隨著光電、半導體、制藥、醫(yī)療、航空航天、精密制造等需要清潔環(huán)境的行業(yè)的發(fā)展，潔凈室結(jié)構(gòu)變得更加復雜，對清潔等級的要求也越來越高。風、水、氣、電等道、設備組織越來越復雜，越來越多的單位需要協(xié)調(diào)設計和施工，各種設備管道和施工單位施工過程碰撞越來越多，無塵車間技術(shù)人員需要提高工程部件和施工過程的預測能力。三維設計和可視化設計為解決設計工人面臨的問題提供了條件。

三維設計集成工程項目中的各種相關(guān)信息和數(shù)據(jù)提供了可視化的思路，以三維實物的形式展示設計圖紙中的線條構(gòu)件。通過建立三維模型，設計師根據(jù)模型存儲所有相關(guān)信息，包括平面圖、立面圖和剖面圖、表格、文字說明和材料清單。所有這些信息都是根據(jù)模型生成的，并隨著模型的變化而調(diào)整。

可視化模型使結(jié)構(gòu)直觀模擬成為可能，提高碰撞檢查和優(yōu)化效率。目前，三維設計技術(shù)已廣泛應用于工業(yè)設計、動畫設計和機械、飛機、汽車、造船、建筑等行業(yè)。特別是建筑業(yè)，近年來發(fā)展迅速，BIM也就是說，基于三維數(shù)字技術(shù)的建筑信息模型已經(jīng)得到了全球建筑業(yè)的廣泛認可。在中國，出現(xiàn)了大量相關(guān)的三維數(shù)字技術(shù)軟件，各有專業(yè)知識，在建筑設計和施工中的應用也如火如荼，如深圳灣體育中心、深圳平安大廈、上海巨無霸上海中心等大型建筑場館BIM技術(shù)、工業(yè)園區(qū)建筑也在逐步引進BIM，如正在建設的深圳灣科技生態(tài)園。

潔凈行業(yè)與建筑密切相關(guān)。在設計施工中，還應根據(jù)行業(yè)特點引入三維設計技術(shù)，提高無塵車間的設計施工水平。

三維設計技術(shù)特點及應用價值

可視化設計

基于三維設計軟件的三維潔凈室系統(tǒng)模型，通過三維渲染、虛擬漫游、虛擬施工、虛擬切割等方式將隔離系統(tǒng)、送回風系統(tǒng)、空調(diào)水、蒸汽、純水、純氣、電氣管道和清潔設備、過濾端、照明直觀地展示給工程設計人員、施工人員和業(yè)主（圖1）。

參數(shù)化設計

三維建模過程是參數(shù)設計，通過參數(shù)屬性定義潔凈室組件、設備，包括管道和外部建筑，并通過這些屬性自動統(tǒng)計、計算、分析、修改三維模型參數(shù)、調(diào)整，達到設計和模型驅(qū)動的目的。結(jié)合可視化渲染，工程圖紙將工程信息準確地傳達給工程技術(shù)人員和項目管理人員。

關(guān)聯(lián)修改

在無塵車間項目設計中，工程圖各視圖與三維模型參數(shù)實時相關(guān)，在設計或評審過程中增加，刪除或修改三維特征，自動更新各視圖，提高設計變更效率，減少漏畫、少畫等工程圖錯誤（圖2）。

協(xié)同設計

無塵車間涉及暖通空調(diào)、給排水、建筑、電氣、自動控制、機械、結(jié)構(gòu)等專業(yè)。在工程設計中，特別是在大型清潔項目中，專業(yè)技術(shù)人員需要同時工作，專業(yè)人員對其他專業(yè)知識的理解有限，導致溝通不良和協(xié)作困難（圖3）。在參數(shù)三維設計中，各專業(yè)設計只能基于同一三維設計平臺實現(xiàn)多專業(yè)、多團隊合作，輔以實時協(xié)作和分階段控制點協(xié)作、三維校準等方法，及時解決各種錯誤和碰撞，提高無塵車間的設計質(zhì)量和速度。

設計結(jié)果性能分析

三維設計是參數(shù)設計。模型構(gòu)建完成后，可以利用設計平臺本身的分析功能進行基本的參數(shù)分析。對于一些特殊的模擬，如：CFD模擬潔凈室氣流組織、熱傳導和熱流組織?？梢岳迷O計平臺的格式轉(zhuǎn)換工具，將三維設計模型轉(zhuǎn)換為適合分析平臺或軟件識別的格式，然后在轉(zhuǎn)換格式的基礎(chǔ)上進行修改和調(diào)整，無需二次建立三維邊界，即可對模型進行功能分析和調(diào)試。通過對設計結(jié)果參數(shù)的分析，指導回風、照明、設備、出入口的結(jié)構(gòu)布局，為優(yōu)化潔凈度、氣流速度、氣流組織等功能參數(shù)提供依據(jù)，消除使用過程中可能存在的隱患，實現(xiàn)施工結(jié)果的可控性。

三維設計交付

三維設計帶來了直觀的可視化三維模型、準確的二維表達工程圖紙和詳細的自動生成材料清單，包括功能參數(shù)和性能特征，使設計結(jié)果交付更加直觀、詳細，成為無塵車間設計交付或設計交底的新模式。

無塵車間三維設計的應用優(yōu)勢

設計階段工作重點提前工作

隨著無塵車間技術(shù)的發(fā)展和管理水平的提高，無塵車間項目管理將由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，要求設計文件更加詳細、準確，工程設備及配件更加，促進潔凈室施工模式向裝配模式的轉(zhuǎn)變。裝配模式導致無塵車間項目方案設計、施工圖設計和施工過程中工期比例的變化。以無塵車間項目為例，二維設計方法和三維設計方法各階段的工期如圖4所示。

從圖4可以看出，在二維設計中，設計師根據(jù)以往的經(jīng)驗和參數(shù)進行設計，花費了大量的時間在繪圖、清單編制和協(xié)調(diào)上，而與項目質(zhì)量密切相關(guān)的方案選擇、專業(yè)技術(shù)設計等重要部分花費的時間相對較少。由于三維設計可以自動生成各種工程圖紙和清單，提高了無塵車間項目的設計效率和質(zhì)量。設計師有更多的時間用于三維模型和方案的選擇、專業(yè)設計、優(yōu)化和協(xié)作。詳細的三維模型設計和優(yōu)化協(xié)作的結(jié)果也促進了潔凈室構(gòu)件尺寸的精度，參數(shù)化的構(gòu)件設計圖紙更適合工程構(gòu)件的工廠化、標準化生產(chǎn)，縮短了現(xiàn)場施工時間。

虛擬裝配使現(xiàn)場施工簡化，提高質(zhì)量

與二維設計相比，在三維設計中，潔凈室部件通過參數(shù)三維數(shù)據(jù)顯示，工程計算通過三維建模自動更新，數(shù)據(jù)信息完整，傳輸過程無信息損失，可進行驗證計算和模擬，設計參數(shù)（圖5、圖6）可根據(jù)計算結(jié)果進行調(diào)整。設計調(diào)整后的三維設計結(jié)果與物理部件一致?？蛇M行虛擬裝配施工，使無塵車間從3開始D設計轉(zhuǎn)向4D施工。

潔凈室的虛擬施工是在施工前進行的。也就是說，在施工前，基于虛擬環(huán)境、模擬、分析、測試設計結(jié)果和施工組織設計方案的可行性，然后優(yōu)化和調(diào)整，獲得方案。因此，虛擬施工不僅是一個設計繪圖過程，而且是一個設計方案和結(jié)果比較過程。在潔凈室虛擬施工中，除了所有虛擬潔凈室原型構(gòu)件外，還需要通過三維可視化平臺創(chuàng)造虛擬現(xiàn)實施工環(huán)境、資源模型和工藝模型，實現(xiàn)施工過程的有效可視化模擬。通過原型構(gòu)件的模擬施工，減少各系統(tǒng)之間結(jié)構(gòu)碰撞和施工周期碰撞的優(yōu)化設計方案和施工方案，提高設計精度和設計精度，提高施工精度和無塵車間質(zhì)量。

優(yōu)化施工成本

在無塵車間，工程的規(guī)模和復雜性一般不如大型建筑工程大，因此不會建立工期。成本數(shù)學模型，然后通過復雜的迭代過程優(yōu)化成本。在無塵車間，工程項目可以通過三維設計和施工技術(shù)進行分段分段，通過三維可視化模型模擬施工過程，使構(gòu)件材料更加準確(圖1)。模擬過程優(yōu)化施工方案，使施工組織更加合理有序。通過提高人、材、機的綜合配置能力和施工管理能力，降低損耗和成本。

三維技術(shù)在無塵車間的應用

目前有很多三維設計平臺和軟件，包括各種建筑BIM軟件，如Autodesk的Revit等等；機械類Pro-e，Solidworks三維工程軟件等。但結(jié)合無塵車間裝配式施工的特點、建筑的特點，BIM軟件和機械軟件都缺乏，這也是無塵車間行業(yè)三維設計和應用發(fā)展緩慢的原因。以下是一個項目Solidworks模型介紹了無塵車間的三維設計和應用過程。