三維設(shè)計拆除溝通障礙

劉軍

設(shè)計單位與業(yè)主和施工方的高效溝通已不再是神話。借助三維設(shè)計模式，設(shè)計單位可以直觀地將整個設(shè)計展現(xiàn)在業(yè)主面前，業(yè)主可根據(jù)模型方便地提出修改意見。決策者還可以在項目施工前盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計誤差，及時修改。

近兩年來，中國水電顧問集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院（以下簡稱中南院）大力開展三維設(shè)計工作，確定了Bentley公司作為三維軟件的提供商，在拖巴水電站、龍盤水電站等多個電站開展三維設(shè)計，取得了比較顯著的成果。作為其中一個重要組成部分，電氣三維設(shè)計也取得了較為明顯的成效。

告別錯、碰、漏

作為綜合性大型國家甲級勘測設(shè)計企業(yè)，為了逐步推行抽水蓄能電站的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，深入貫徹全生命周期設(shè)計理念，中南院響應(yīng)國網(wǎng)新源控股有限公司的要求，在標(biāo)準(zhǔn)化的抽蓄典型電站設(shè)計模板——抽水蓄能典型電站地下廠房及開關(guān)站設(shè)備布置典型設(shè)計工作中采用了三維可視化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。中南院希望該項目的三維設(shè)計能實現(xiàn)精確化建模，模型精度和準(zhǔn)確度均能達(dá)到施工詳圖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在水電站設(shè)計中，二維設(shè)計工具在表達(dá)復(fù)雜空間布置時深度和直觀性方面的局限日益凸顯。二維設(shè)計平臺無法滿足水電站設(shè)計中多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的要求，避免各專業(yè)設(shè)計產(chǎn)品之間“錯、碰、漏”的協(xié)調(diào)工作量很大。隨著業(yè)主要求的不斷提高，國內(nèi)眾多水電設(shè)計集團(tuán)公司都大力開展三維設(shè)計。

2012年3月中旬，中南院近20名設(shè)計人員開始封閉開展三維設(shè)計工作。截至2012年6月底，中南院全部完成了4臺300MW機組方案和6臺300MW機組方案的三維設(shè)計工作。

處理好三個關(guān)鍵流程

電氣專業(yè)的專業(yè)性很強，其三維設(shè)計流程也很具特色。從中南院的實踐來看，電氣專業(yè)的三維設(shè)計要處理好電氣設(shè)備布置流程、電纜橋架設(shè)計流程和照明布置流程。

流程1：電氣設(shè)備布置流程

中南院電氣設(shè)備建模及布置的設(shè)計主要通過Bentley三維設(shè)計平臺Substation進(jìn)行。具體的流程是：首先，通過Substation進(jìn)行設(shè)備模型繪制；其次，定義設(shè)備模型屬性，指定廠家型號、尺寸信息；再次，進(jìn)行設(shè)備布置設(shè)計；最后，進(jìn)行導(dǎo)線掛接。

設(shè)備模型是三維設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。作為第一個三維標(biāo)準(zhǔn)化項目，中南院在本項目中非常重視設(shè)備模型數(shù)據(jù)的整理，根據(jù)廠家提供的資料和照片對所有設(shè)備模型進(jìn)行重新繪制。

在進(jìn)行設(shè)備布置設(shè)計時，相關(guān)人員將繪制的發(fā)電機、配電盤、發(fā)電機中性點設(shè)備、地面出線場設(shè)備模型布置到廠房的相應(yīng)位置上，將離相封閉母線、GIS設(shè)備等按電氣設(shè)計需求和規(guī)則組裝在一起。設(shè)計人員可通過參考其他專業(yè)相關(guān)設(shè)備管路進(jìn)行合理布置。

借助Substation的應(yīng)用，中南院快速、準(zhǔn)確地完成總平面布置圖的設(shè)備布置設(shè)計，還通過數(shù)據(jù)庫信息共享避免遺失錯漏。值得一提的是，Substation的數(shù)據(jù)可以無縫集成工程內(nèi)容管理系統(tǒng)ProjectWise，從而與廠房、水機、暖通等專業(yè)密切配合，進(jìn)行實時檢查調(diào)整，有效避免錯誤設(shè)計。

本流程要點：三維設(shè)備需精細(xì)化建模，設(shè)備屬性要詳細(xì)、準(zhǔn)確，設(shè)備布置位置精確，導(dǎo)線掛接符合設(shè)計規(guī)范。

流程2：電纜橋架設(shè)計流程

此前中南院的三維設(shè)計尚未涉及電纜橋架設(shè)計。本次中南院抽蓄典型水電站設(shè)計在進(jìn)行電纜橋架設(shè)計時選用了Bentley新推出的BRCM（Bentley 電纜系統(tǒng)設(shè)計軟件）進(jìn)行設(shè)計。該軟件可以直觀、方便地進(jìn)行橋架設(shè)計。

BRCM軟件提供了托盤式、梯式和槽式3種類型的橋架，導(dǎo)入了部分主流廠家的橋架尺寸，并且支持橋架自定義定制。該軟件提供方便的電纜橋架布置方式，用戶可以自動添加彎通、三通和四通，還可以通過線條自動生成橋架并自動連接。

通過BRCM設(shè)計全廠橋架的流程如下：首先，根據(jù)廠房設(shè)計規(guī)劃橋架走向，選定軟件自帶的橋架進(jìn)行設(shè)計布置；其次，添加托臂、工字鋼等，按照設(shè)計要求，放置在適當(dāng)?shù)母叨取?/p>

本流程要點：橋架走向規(guī)劃合理，橋架模型布置符合工程實際，托臂等固定裝置位置準(zhǔn)確。

流程3：照明布置流程

電氣設(shè)計中的照明設(shè)計涉及大量的燈具、開關(guān)插座等設(shè)備，中南院已經(jīng)在BBES（Bentley建筑電氣系統(tǒng)）中繪制了一部分燈具、插座、開關(guān)模型。在本次抽蓄水電站三維設(shè)計中，中南院主要用到了廠房照明燈具布置模塊。

在實際應(yīng)用中，BBES軟件提供照度計算（對光源照亮部分的物體被照亮的程度進(jìn)行計算）的功能。BBES集成了RELUX專業(yè)照度計算軟件。BBES可以大大減少因為人工計算房間面積造成的錯誤；數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出都是自動的，可減少人為干預(yù)錯誤；Relux數(shù)據(jù)庫完備，可以方便查閱照明燈具的負(fù)載或外形尺寸；計算完燈具數(shù)量后，BBES繪圖自動完成，不需要重新畫圖。計算布置完畢以后，BBES可以生成照度計算表。

本流程要點：規(guī)劃好廠房的照度，燈具選擇符合工程實際，根據(jù)軟件計算的照度數(shù)據(jù)對燈具進(jìn)行調(diào)整。

在完成三維設(shè)計后，Substation可以通過動態(tài)切圖方式切出二維圖，然后通過軟件自帶的標(biāo)注功能，按照中南院統(tǒng)一的出圖模式出圖。具體流程是，先利用已經(jīng)建好的圖框建立圖紙文件，將需要出圖的視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注，對視圖屬性進(jìn)行設(shè)置，再將視圖設(shè)置成合適的出圖比例添加到圖紙文件中，然后在圖紙文件中對視圖進(jìn)行文字注釋。設(shè)計人員可以在圖紙中添加不同比例的視圖，以及明細(xì)表、設(shè)備表等，還可以直接將CAD文件導(dǎo)入圖紙中。

有效改進(jìn)各個設(shè)計環(huán)節(jié)

在本項目中，中南院電氣一次專業(yè)第一次全面應(yīng)用三維軟件的各個模塊，并將三維設(shè)計成果部分應(yīng)用到施工圖紙上，初步解決了以往三維設(shè)計結(jié)果只用于效果展示，而難于用于出圖的問題。相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計，三維設(shè)計的意義不僅在于畫圖手段的改進(jìn)，還在于對整個設(shè)計各個環(huán)節(jié)的顯著改進(jìn)。

首先，有效提高設(shè)計質(zhì)量。Bentley軟件提供了碰撞檢查功能，能夠幫助工程師快速、準(zhǔn)確地定位項目中各專業(yè)的碰撞情況，并將碰撞檢查結(jié)果直觀地反映出來，方便排查。這無疑可以有效提高設(shè)計質(zhì)量，減少后續(xù)現(xiàn)場施工時更正設(shè)計所帶來的工作量。設(shè)計師還可根據(jù)模型對整個設(shè)計的合理性進(jìn)行分析，快速完善設(shè)計方案，減少重復(fù)改動的工作量。

其次，三維設(shè)計的直觀性能促進(jìn)設(shè)計方與業(yè)主和施工方進(jìn)行良好溝通。工程師在搭建三維模型后，可以直觀地將整個設(shè)計系統(tǒng)地展現(xiàn)在業(yè)主面前，而不僅僅是提供單調(diào)的二維圖紙。業(yè)主可以生動形象地根據(jù)模型提出修改意見，對整個電站前景形成較為清晰的展望。

最后，三維設(shè)計成果可以幫助設(shè)計人員和決策人員在項目動工之前全面、準(zhǔn)確地掌握技術(shù)要點，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤和缺陷，及時提出可行的修改意見，減少甚至避免工程建設(shè)中出現(xiàn)的問題和可能造成的巨大損失。

在后續(xù)的項目中，中南院將不斷深化三維設(shè)計的應(yīng)用，逐步將應(yīng)用擴展到電氣設(shè)計的各個領(lǐng)域和階段。

鏈接 電氣三維設(shè)計應(yīng)用水平亟待提高

三維設(shè)計的前瞻設(shè)計理念是未來設(shè)計方向，但目前三維軟件在應(yīng)用中還存在一些不足。雖然中南院的三維設(shè)計已取得了一系列成果，但是在從三維設(shè)計中導(dǎo)出二維圖方面還存在一些問題。中南院已經(jīng)摸索了一些出圖方法，但由于軟件本身的局限性，在出二維圖時對機器性能依賴性較高。其中一個原因是軟件公司開放的端口有限，用戶在對軟件進(jìn)行二次開發(fā)時有一定困難，無法很好地滿足行業(yè)化、本地化和個性化需求。

電氣專業(yè)的專業(yè)特殊性顯著，在出具原理圖方面，三維軟件目前尚不能滿足其智能化需求。中南院正在著力于與軟件提供商Bentley合作，研究基于Bentley平臺的用電模塊。這個模塊的開發(fā)，將有效解決電氣原理圖不能自動出具的問題。endprint