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摘要：随着数字化技术的不断发展，烟草物流行业对项目全生命周期的数字化有新的要求。特别是在项目的设计、变更、交付、运维等阶段，各阶段的数据需要实现可交互，以达到设计数据在项目全生命周期中的流通与应用。传统烟草物流项目在设计阶段通常以二维平面图纸作为项目设计的依据，然而二维图纸对信息数据的表达与使用有较大的局限性，无法满足设计数据流通交互的要求。针对这些问题，本文提出了基于3Dmax的数字制图技术解决方案，通过对制图数据结构和模型结构的优化设计，利用数字化制图技术在3Dmax中实现了物流场景的自动建模、设备干涉检测、图纸信息的自定义提取、平面图转换三维场景等功能。同时，还实现了方案数据在设计、变更、交付各阶段的交互和闭环。为烟草物流系统方案数字化设计提供了有效支撑。
关键词：数字化制图；烟草物流；三维设计
作者：李生者 李茂 毕蕾 高菡阳 田仁秀 李子天
昆船智能技术股份有限公司
一
背景与现状
在烟草物流系统设计领域中，数字化制图设计成为概念到图纸的核心驱动力，不仅手工绘图转变为数字化智能设计，提高了精度和效率，还通过建模、渲染和仿真等功能，为烟草物流提供直观、详尽的设计蓝图。同时数字化制图平台的轻便性和灵活性使得设计方案能迅速调整以适应实际需求，降低设计成本和设计周期。目前，在常规的烟草物流方案设计中（如图1），首先，需精准捕捉项目需求，明确方案设计目标，查阅相应的物流设计标准与规范。其次，根据项目需求，进行设计图纸精度规划，设置制图单位，完成初步方案设计，经评审优化后得到图纸设计方案。最后，依据CAD图纸方案，利用3Dmax软件进行三维信息、三维模型的录入与构建。
图1 常规三维转化流程图
但基于对现代化物流设计技术快捷、精确、高效和可靠的数字化要求，常规的方案图纸设计无法满足方案的数字化设计。在设计过程中，场景设备的选择与尺寸计算皆需要人工推算，众多的参数需要很多计算时间，并且二维图纸也无法展现三维场景，故很多参数并不能有效可视化以启发设计过程[1]；最主要的矛盾是二维到三维的跨平台设计、传输与转换过程复杂，资源整合难度大、成本高，数据兼容性差、格式不统一束缚了数据自由流动与协作，进一步降低了设计效率；设备明细提取自动化程度低，图层、图块使用的不规范，都会导致修改过程中，大量数据的手工重复录入。在此运用过程中信息庞大、人员疲惫等因素，使得设计周期加长，同时还大幅提升了差错率，降低了设计质量[2]。
针对常规方案图纸设计的挑战，需引入集智能识别、转换、协同等功能为一体的物流方案设计技术。现提出一种二维数据自动提取转换、自动三维制图、干涉检测、二维三维关联映射、协同设计的数字化制图技术。新技术在二维与三维转化、信息提取自动化、三维设计集成与优化、三维模型库构建与集成、数据兼容性处理上表现优异，实现物流方案设计效率与质量的双重提升。
二
数字化制图技术与平台
在当今企业数字化转型的背景下，数字化技术的创新应用成为推动烟草产业升级，提升竞争力的关键。构建具备设计图纸的二维和三维互相转换、模型设备干涉检测、设备明细数据提取自动化、设备模块模型库等功能于一体的数字化制图平台，对实现不同烟草项目场景设计需求的快速响应具有重要意义。
图2 数字化制图技术构建三维场景流程
数字化制图综合平台的核心在于深度融合平面二维图纸与三维虚拟场景生成。基于数字化制图技术构建三维场景的流程（如图2），首先从原始CAD二维图纸提取采集信息，通过功能脚本进行信息解析和模型调用，完成基础设备模块的构建。然后，编译策略脚本，对模型模块和信息映射，初步完成设备布局；利用干涉可视化检测技术，对场景进行干涉检测，并消除干涉，优化布局。进一步对场景模型精度校准、几何模型模块化和图层分类管理，再审核与确认最终场景布局。最终完成模型转化和信息自动提取，导出为二维图纸以及信息数据。实现图纸到虚拟场景的快速精准映射，规避了重复劳动与返工现象。同时，构建丰富的模型图块库，能够提升场景部署效率；可视化碰撞检测技术可以快速准确的发现并解决设备在三维空间中部署冲突的问题，实现即时优化；一键导出设备信息功能简化数据提取流程，确保数据高精度与一致性。此外，平台拥有强大可扩展性，支持用户灵活定制自动化数据提取与导出脚本，降低人为错误风险，保障项目高质量执行与高效推进。
数字化制图综合平台以3DMax作为基础开发平台，凭借丰富的工具集和强大功能，能够满足个性化需求，丰富的API接口，能够与其他设计软件如CAD、BIM、Unity和SolidWorks等进行数据交换，实现对不同场景设计需求的快速响应，和多平台的协调设计与交付。下面从虚拟场景自动建模、模型碰撞检测、场景图纸化构建、数字信息提取输出等方面详细介绍数字化制图综合平台。
1.虚拟场景自动建模
烟草物流系统方案设计中，需精确部署输送、分拣设备及货架存储的二维平面布局，并构建三维场景。数字化制图采用参数化建模，通过调整少量参数来快速构建烟草物流场景和产品模型，减少重复劳动，确保数据的一致性和准确性，提高了模型的复用性。首先利用3Dmax内置maxscript插件，编译数据识别脚本代码，提取方案数据并可视化。然后，准确映射设备信息与设备模型模块，调用单元设备模型模块与信息数据匹配，完成三维场景模型的精细部署。烟草物流系统中条烟分拣系统的自动建模过程（如图3），通过调用输送系统CAD方案明细数据，链接模型库进行信息与模型映射。数据信息与模型匹配后，进一步调取链式机、辊道机、提升机、皮带机以及立式分发机等基础烟草物流设备模型，并结合策略脚本和数据信息，对链式机、辊道机和皮带机尺寸大小、形体比例以及空间位置自动调整，实现托盘输送系统和条烟输送系统的三维场景部署。
图3 信息模型映射
2.场景模型碰撞检测
场景模型搭建完后，需要进行全场景干涉碰撞检测，检测烟草仓库布局、输送系统设计和墙体是否存在模型碰撞、重叠等问题，以便进一步优化场景布局。传统碰撞检测主要是通过几何形体检测和包围盒检测，但要将两个复杂的三维几何物体对象直接进行碰撞测试，计算机要付出庞大的计算量、高昂的成本，尤其是上千万个点面组成的多边形模型时，工作量更是难以估计[3]。特别是在烟草物流系统中，条烟数量庞大，输送及分拣设备繁多，导致计算复杂度高、检测结果过度保守、难以应对变形物体、对复杂场景适应性差以及缺乏直观性等诸多问题。
图4 模型BVH划分（左）与树状结构图（右）
本平台采用Polygon Mesh碰撞检测，其核心在于空间划分技术BVH，将条烟立式分发机等复杂的几何对象分割成一系列简单的包围体，这些包围体按照层次关系组织成树状结构（如图4）。通过构建层次结构，BVH技术能够快速地从根节点筛查，排除不可能发生碰撞的子节点对象，从而大大减少需要进行详细碰撞检测的对象数量，提高整体检测效率。
Polygon Mesh碰撞检测的实现包括数据预处理、碰撞检测和干涉可视化渲染三个关键步骤。在预处理阶段，将场景模型调整优化并统一转为Polygon Mesh，为碰撞检测奠定基础；在碰撞检测阶段，利用空间划分技术BVH快速筛选出相交干涉的物体对；在干涉可视化渲染阶段，基于Vray渲染器和V-Ray Dirt材质渲染检测，将相交干涉区域显化为红色，其他区域为白色，以颜色区别快速精准定位干涉部分。
在3Dmax中采用Polygon Mesh碰撞检测，实现对场景中的设备模型精准、快速自动地进行多边形网格干涉检查，并可视化显示干涉部分。通过编译脚本插件，可快速设置检测参数，如精度、范围、响应方式等，帮助设计人员能直观准确地看到干涉的部分，及时优化调整，提高设计效率。
3.场景图纸化构建
通过自动建模、干涉检测以及优化调整后，虚拟场景初步搭建完成，但三维方案设计参数相比二维图纸数据有所增加，托盘输送系统、条烟输送系统以及仓库布局也有所变动。为保证数据的完整性、准确性和可读性，需将三维虚拟场景数据导出为能够被二维图纸所识别和加载的数据。
图5 脚本代码
利用3Dmax脚本编译器，通过对三维和二维场景数据的映射和加工，编写数据转换脚本（如图5），基于平面投影原理，对场景进行顶视图正射投影，根据特征要素提取对应图层、中点、线、多线段和块等模型信息[4]，并得到模型模块轮廓图形。以世界坐标原点（0，0，0）为基点，把图形的世界坐标Z轴归零，完成三维模型Z轴方向上齐平。取烟草设备模型投影轮廓X、Y轴方向上形体长度的1/2确立单元模块的中心点，同时为单元模块的相对坐标原点。三维模型转二维图纸时，以世界坐标为场景所有设备的基准点，进行转换部署，结合设备模块形体、位置变化的相对坐标，实现相对定位与精确变换。并根据场景规模自动设置系统单位、坐标基准，确保导出的图纸数据完好，以适应不同的二维平台。同时也可选择性导出，导出单个设备模块构建二维图库，便于方案设计。
图6 模型转CAD平面图（上）与立体图（下）
导出的CAD图纸，设备模型三维几何参数转为节点信息存储，包括模型模块形体参数和颜色材质参数，可在二维平台上解析节点信息并构建三维模型，实现二维平面模式与三维立体模式的切换（如图6），增强了图纸立体感。设计人员在设计时就可以直观地看到条烟分拣系统设备的平面和空间结构布局，准确理解各输送设备的走向、交汇点以及分拣区域的划分，便于绘制烟草物流系统的布局图和流程图，同时为方案系统规划和优化提供了依据。在二维平台上调整单元设备模块后的方案图纸可直接导入到3Dmax中形成三维立体图，确保了图纸数据一致性，促进协同效率。
4.数字信息提取输出
图7 可视化插件
在烟草物流系统中，设备模型包含大量的关键信息，如设备的位置、状态和性能参数，这些信息对于系统方案的设计和管理至关重要。但3Dmax缺乏直接转化提取设备信息的功能组件，导致导出的CAD二维方案图纸没有信息数据参照，需要再次从其他平台上进行属性赋值、图块优化以及设备信息选择导出等繁琐操作，才能完成设备信息的提取输出。这种方式存在重复设计、周期长、效率低等问题。为解决上述难题，在虚拟场景导出为CAD图纸时，以结构化方式快捷导出设备信息数据，并以Excel表格保存，方便设计人员比对参考。利用maxscript语言设计脚本代码，并转化为可视化插件（如图7），选择需要导出信息的烟草项目场景模型，运行策略脚本代码，利用循环查询算法遍历场景中的设备模块，获取设备名称、设备长度、设备宽度和设备高度等属性，并归类排序。同时，集成Excel API与BIM API接口，实现提取归类信息的批量Excel写入。并转化模型模块和数据表格导入BIM平台，完成设备信息数据的集成，促进协同设计，为项目优化成本估算、施工指导及后期运维管理提供数据参考（如图8）。
图8 数字化信息
三
技术在项目中的应用
在某烟草物流项目方案设计过程中，发现该项目的规模较大，库区占地约13000m2，由高架立体库、多穿件烟存储系统、条烟分拣线和平库货架四大区域构成，共同组成仓储分拣联合工房。同时该项目的设备种类多、数量大，部署广泛，纵向空间的利用也非常紧凑。传统平面设计技术无法准确表达纵向空间和复杂设备交互空间，且平面图纸数据无法直接应用，不能够较为快捷地完成对设备明细、造价、材料等的统计，需要较长的设计周期。面对大型复杂的烟草物流设计项目时，频繁变更与返工成为制约进度和质量的关键。施工进度的延误、资源的浪费以及质量问题的频发，都给项目的顺利推进带来了巨大的挑战。
图9 项目场景实体化
为了使该物流设计任务顺利开展，满足业主数字设计、数字交付的要求。采用数字化制图技术，从方案设计到项目实景化进行数字化设计。
图10 多角度360度全景图
针对该项目规模大、设备多、输送系统复杂但又快速准确设计方案的实际需求，调用原始CAD方案图纸设备明细以及基础模块模型进行数据模型映射。转换数据模型系统单位，包括模型精度和世界坐标，完成CAD与3Dmax基础环境匹配，保证坐标值以及尺寸数据的统一。再通过编译脚本，把设备明细中的数据赋值到链式输送机、皮带输送机和辊道输送机基础模型的属性值上，快速、精准地部署出该项目的分拣输送系统和托盘输送系统。同时，基于仓储货架的坐标和尺寸参数，结合几何建模方法，利用阵列、克隆和多边形修改组件，完成仓储货架的搭建。最后，输送系统与仓储系统组成该项目工房（如图9）。自动建模方法较传统建模方法相比，极大地提高了建模效率，缩短了项目周期，模型的准确性和一致性也得到了显著提升，在构建该项目场景的流程上提高了50%的效率。并结合360全景技术，渲染多角度项目场景图片，可实现切换查看不同方位的系统布局，呈现该项目的每一个细节和空间关系（如图10），为后续的设计优化和仿真分析提供了可靠的基础。
图11 场景干涉可视化检测（左）与优化后检测（右）
因项目复杂、规模大、设备多，CAD方案图纸设计时易出现模型重叠、设备干涉，导致提取数据并自动建模错误和空间冲突，若以肉眼甄别干涉区域耗时耗力。本项目采用干涉可视化技术，全面检测仓储、分拣、配送三维模型。利用BHV分割设备、货架、土建为简单包围体，快速检测干涉并筛选区域，结合V-Ray Dirt材质渲染，将干涉区域显化为红色（如图11），对卧式分拣区域进行干涉检测，有三处区域为局部设备干涉，有一个区域为设备重叠，通过不同的颜色显示出来。白色区域为正常。对存在局部干涉的区域，红色会比较浅，如图中卧式分发机支腿的局部干涉和辊道输送机与墙体的部分干涉，只要微调设备尺寸或空间布局就能避免干涉；设备重叠的区域，红色会比较深，图中立式分发机和辊道输送机以及升降机设备，需要把重叠的设备删除，才能显示正常。通过干涉可视化检测，使得设计人员能够迅速发现项目场景中存在的干涉、碰撞等问题，并及时进行调整优化，减少了因设计错误而导致的返工和修改，确保了设计的准确性和可靠性。
图12 项目场景导出CAD图纸 立体图（左）与平面图（右）
在完成项目场景干涉检测并调整优化后，校对场景布局、模型精度、单位设置和图层设置，并在俯视图模式下，一键导出为CAD图纸，同时保留项目三维场景参数信息，确保了导出后的CAD图纸与场景模型布局一致，并支持在二维平台上进行修改和调整（如图12），平面布局和立体布局的自由切换，在设计项目方案时便于准确部署设备模型，降低设备空间冲突。在CAD中修改后的项目图纸重新导入到3Dmax等三维建模软件中，无需数据的重复提取，直接显示为三维模型，实现了二维与三维的正逆向工程便捷转化，提高了设计协同率。
图13 场景设备信息
最后导出项目场景为CAD图纸的过程中，为了高效支持后续的采购、安装及调试环节，设计了一键提取设备模型信息的功能。此功能能够智能识别项目场景内的设备模型模块，并自动捕获其坐标、尺寸、图层归属以及材质属性等关键信息。随后，这些信息精准提取并整合至一份详尽的设备清单Excel表格中。通过这一技术，实现了对项目场景中300多台设备参数信息的一键式提取（如图13），涵盖设备名称、尺寸规格、面体参数、图层分配以及模块详情等全面数据。此技术极大地简化了操作流程，显著节省了时间与精力，确保了数据的高度准确与一致性。
这一系列新技术的应用，不仅显著提升了项目的构建效率和质量，还大幅降低了出错的概率，为该烟草项目的方案分析评估、报告编制及决策制定提供了坚实可靠的数据支撑。
基于数字化制图平台的功能与性能规范，深入剖析并重构功能和工作流程，旨在构建一个强大软件架构，支撑业务活动，确保灵活应对需求。融合可扩展性、易维护性、高可靠性等原则，确保架构灵活扩展、易于维护、运行稳定。通过技术创新，集成自动化建模、精确碰撞检测、智能图纸构建及信息提取等功能，成功构建数字化制图平台。该平台实现烟草物流项目二维到三维无缝转换，技术核心在于自动化建模、碰撞检测准确性、图纸细致与信息全面提取。通过信息集成与共享，可以提高效率，降低成本，并避免信息孤岛现象[5]，共同助力物流项目设计与实施的高效进行。
四
展望
随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展与融合，基于3Dmax的数字制图技术将在烟草物流系统方案设计中展现出更加广阔的应用前景。为了进一步提升设计效率与质量，计划在未来工作中加强以下几方面研究与优化：一是深化与AI（人工智能技术）的结合应用，实现设计过程的智能化决策与优化；二是拓展与大数据技术的整合应用，提升设计成果的数据分析能力与预测能力；三是加强设计团队之间的协同合作与知识共享机制建设，推动设计管理体系不断完善升级。相信通过这些努力与探索，基于3Dmax的数字制图技术将为烟草物流系统方案设计领域带来更深远的影响与变革。
参考文献:
[1]胡浩晨.工业仓储物流场景快速生成与仿真研究[D].合肥工业大学,2020.DOI:10.27101/d.cnki.ghfgu.2020.000918.
[2]熊高金,张永. BIM技术在物流系统设计中的应用 [J].物流技术与应用,2018,23(01):113-114.
[3]张明宇.基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统的研究与实现[D].哈尔滨工程大学,2016.
[4]杨波,樊超群.基于AutoCAD的快速生成三维建筑模型技术研究[J].新技术新工艺,2022,(06):51-54.DOI:10.16635/j.cnki.1003-5311.2022.06.008.
[5]陈涛.基于BIM技术的数字化工厂设计系统研究[J].自动化与仪表,2024,39(08):162-164.DOI:10.19557/j.cnki.1001-9944.2024.08.036.
———— 物流技术与应用 ————
编辑、排版：王茜
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