BIM技術(shù)在某水電站電氣一次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

姜 睿

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830001)

1 工程概況

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及工程設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展，三維設(shè)計(jì)憑借其立體化、智能化和模型建成后的高效率等優(yōu)勢(shì)，在水電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。三維設(shè)計(jì)作為BIM技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)相比，具有將設(shè)計(jì)效果直觀展示的優(yōu)勢(shì)，不僅可以立體化的展示各專(zhuān)業(yè)設(shè)備的空間布置關(guān)系，還可以通過(guò)智能化的碰撞檢查等工具檢查設(shè)備間的干擾情況，并且當(dāng)一個(gè)類(lèi)型的設(shè)備模型建成之后，在后續(xù)工程設(shè)計(jì)中，可直接通過(guò)修改參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，快捷的得到所需設(shè)備模型，諸多優(yōu)勢(shì)使得三維設(shè)計(jì)逐漸成為一種重要的設(shè)計(jì)手段，也是BIM技術(shù)應(yīng)用的實(shí)施基礎(chǔ)，本文以某水電站電氣一次三維設(shè)計(jì)為例，介紹BIM技術(shù)在水電站電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并藉此探討B(tài)IM技術(shù)在當(dāng)前水電站設(shè)計(jì)中的優(yōu)越性及推廣中存在的問(wèn)題。

水電站工程位于新疆伊犁地區(qū)，電站總裝機(jī)容量50MW，單機(jī)容量25MW，共2臺(tái)機(jī)組。電站廠房為引水式河岸廠房，副廠房在主廠房上游，開(kāi)關(guān)站采用220kV GIS全封閉組合電器，布置在副廠房三層，220kV出線場(chǎng)設(shè)在副廠房屋頂，副廠房二層為電纜夾層，副廠房一層布置電站中控室及直流廠用電設(shè)備。電站的機(jī)組口與共箱母線連接，斷路器采用發(fā)電機(jī)專(zhuān)用真空斷路器，裝設(shè)在10.5kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，布置在副廠房水輪機(jī)層，變壓器型號(hào)為SF10- 63000/220，額定容量63MVA，布置在副廠房上游，變壓器低壓側(cè)通過(guò)油/空氣套管與三相共箱母線連接；高壓側(cè)通過(guò)油/SF6套管與GIS設(shè)備SF6氣體絕緣全連封閉管道母線連接。

2 三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 三維設(shè)計(jì)流程

在三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要完成模型的建立，在電氣一次專(zhuān)業(yè)三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要建立的族文件包括：開(kāi)關(guān)柜、變壓器、二次盤(pán)柜、GIS設(shè)備、戶外出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、橋架布置等。該工程電氣專(zhuān)業(yè)使用的三維設(shè)計(jì)軟件為Autodesk公司為的Revit MEP，它是一款用于Microsoft Windows操作系統(tǒng)的CAD產(chǎn)品，電氣專(zhuān)業(yè)使用該軟件與其他專(zhuān)業(yè)所使用的Autodesk Inventor、Autodesk civil 3D等三維設(shè)計(jì)軟件均能夠無(wú)縫連接。

在Revit MEP中，族文件即模型，族庫(kù)就是Revit Mep的模型庫(kù)，是Revit Mep進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要組成部分，只有建立了完備的族庫(kù)，才能在項(xiàng)目文件中進(jìn)行布置與連接，并且將族文件參數(shù)化，在以后只需要通過(guò)修改在族文件中定義好的參數(shù)，就可以將族文件調(diào)整成所需要的模型，提高了工作效率，做到一次輸入重復(fù)使用。在建立族文件的過(guò)程中，分別對(duì)前述設(shè)備進(jìn)行建模并參數(shù)化，再將建立好的族文件調(diào)用進(jìn)項(xiàng)目文件中進(jìn)行布置，在建立族文件時(shí)，如GIS等結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，將設(shè)備按不同間隔分為多個(gè)族文件進(jìn)行建立，再創(chuàng)建為組文件，便于設(shè)備模型的參數(shù)化，也符合實(shí)際設(shè)備的預(yù)裝方式，使得族文件更加靈活，便于以后的項(xiàng)目調(diào)用。變壓器模型、GIS設(shè)備、屋頂出線場(chǎng)戶外設(shè)備如圖1、2、3所示。

圖1 變壓器族文件渲染圖

圖2 GIS族文件組裝渲染圖

圖3 屋頂出線場(chǎng)戶外設(shè)備布置渲染圖

在所有設(shè)備建模完成后，根據(jù)上游專(zhuān)業(yè)設(shè)備的安裝高程及現(xiàn)場(chǎng)資料，以及電站電氣主接線與各相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)備布置與預(yù)裝，通過(guò)項(xiàng)目鏈接的方式，在同一項(xiàng)目中調(diào)用各設(shè)備模型，進(jìn)行設(shè)備組裝與布置，同時(shí)根據(jù)設(shè)備布置的結(jié)果，完成母線及橋架的三維設(shè)計(jì)。由于三維設(shè)計(jì)的直觀性，在進(jìn)行布置時(shí)，各設(shè)備間的空間關(guān)系一目了然，同時(shí)可以通過(guò)碰撞檢查等工具檢查布置成果，減少錯(cuò)誤率。值得一提的是，在Revit Mep中預(yù)置了便捷的管道與橋架模型，在進(jìn)行母線與橋架設(shè)計(jì)時(shí)，只需確定走向與高程即能自動(dòng)生成母線與橋架模型，直觀而又便捷的完成該部分的設(shè)計(jì)，并且可以通過(guò)添加明細(xì)表的方式自動(dòng)完成材料表的生成，免去了許多重復(fù)工作，提高了生產(chǎn)效率。橋架組裝圖、電氣設(shè)備組裝渲染圖如圖4、5所示。

圖4 橋架組裝布置渲染圖

2.2 各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝檢查與質(zhì)量評(píng)審

在電氣設(shè)備完成本專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目文件后，協(xié)同廠房、水機(jī)、采暖通風(fēng)通信及金屬結(jié)構(gòu)等設(shè)備專(zhuān)業(yè)將各自項(xiàng)目文件連接進(jìn)廠房專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目文件中，進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝檢查，在此過(guò)程中對(duì)不同專(zhuān)業(yè)設(shè)備在布置有沖突或不合理之處進(jìn)行修正，在修正時(shí)項(xiàng)目文件不必重新連接預(yù)裝，各專(zhuān)業(yè)只需要將有調(diào)整的項(xiàng)目文件更新，整個(gè)項(xiàng)目文件就會(huì)自動(dòng)完成更新，各專(zhuān)業(yè)間項(xiàng)目文件也可相互鏈接，作為本專(zhuān)業(yè)設(shè)備布置的參考依據(jù)。完成各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝后，進(jìn)行項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)審，對(duì)設(shè)計(jì)深度與原始資料復(fù)核，對(duì)碰撞與不合理之處進(jìn)行消缺檢查，然后根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)對(duì)項(xiàng)目模型做進(jìn)一步完善。各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝效果如圖6、7所示。

圖6 各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝布置剖面渲染圖

圖7 副廠房剖面布置渲染圖

2.3 二維圖紙與材料表提取

Revit Mep視圖選項(xiàng)中已提供各樓層平面、天花板屏面標(biāo)高視圖，并且在軟件中可以通過(guò)剖面功能在任意位置進(jìn)行剖面設(shè)置，取得相應(yīng)位置的剖面視圖，然后通過(guò)復(fù)制視圖與設(shè)置景深范圍功能，可以方便的取得各樓層或天花板視圖的二維圖紙，且根據(jù)自身專(zhuān)業(yè)的特性，可以將項(xiàng)目模型中與本專(zhuān)業(yè)圖紙無(wú)關(guān)的設(shè)備做臨時(shí)隱藏，以得到美觀整齊的二維圖紙。通過(guò)明細(xì)表功能，可以便捷的取得相應(yīng)設(shè)備的材料表。在抽取的二維圖紙中進(jìn)行整合、標(biāo)注與細(xì)化說(shuō)明后，生成施工圖紙。

3 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中的優(yōu)越性

BIM技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段相比具有許多優(yōu)越之處。

3.1 直觀立體

傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)過(guò)程中，圖紙是通過(guò)三視圖來(lái)表明設(shè)備空間布置的關(guān)系，在不同專(zhuān)業(yè)與設(shè)備接口處，因?yàn)槠矫嬉晥D的思維盲區(qū)，稍有不慎便有可能產(chǎn)生失誤，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施發(fā)現(xiàn)時(shí)往往不便于協(xié)調(diào)解決，而三維設(shè)計(jì)方法通過(guò)所見(jiàn)即所得的設(shè)計(jì)方式，準(zhǔn)確清晰的反映出設(shè)計(jì)人員的意圖，降低了工程技術(shù)人員對(duì)不同設(shè)備的空間關(guān)系的認(rèn)識(shí)難度，使得設(shè)備布置更加準(zhǔn)確，將設(shè)備布置沖突消滅在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的問(wèn)題，提高了施工圖紙的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.2 智能便捷

在BIM技施應(yīng)用中，模型庫(kù)一旦建立，便可以在未來(lái)的項(xiàng)目中反復(fù)調(diào)用，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模型參數(shù)，便可以獲得不同尺寸的設(shè)備模型；在調(diào)整模型文件時(shí)，在同一項(xiàng)目中導(dǎo)入的該類(lèi)模型會(huì)統(tǒng)一調(diào)整，繪制管道與橋架模型時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)添加相適應(yīng)的彎頭、彎通等連接件，并且可以通過(guò)明細(xì)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料表；在項(xiàng)目模型化后，可以根據(jù)需要任意調(diào)取剖面，大大減少了設(shè)計(jì)人員工作量；執(zhí)行碰撞檢查等工具能夠替設(shè)計(jì)人員檢查容易疏忽或者不便觀察的設(shè)備沖突。通過(guò)以上種種智能便捷的功能將設(shè)計(jì)人員從重復(fù)工作中解放出來(lái)，幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，這些優(yōu)勢(shì)都是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段所不具備的。

3.3 協(xié)同高效

三維設(shè)計(jì)時(shí)，各專(zhuān)業(yè)在同一平臺(tái)同時(shí)展開(kāi)設(shè)計(jì)，通過(guò)鏈接相關(guān)專(zhuān)業(yè)的最新項(xiàng)目文件，可以實(shí)時(shí)參考本專(zhuān)業(yè)的設(shè)備布置與走向，提早確定各自方案，避免出現(xiàn)反復(fù)修改。進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)預(yù)裝時(shí)，可以直觀的看到設(shè)計(jì)效果，通過(guò)碰撞檢查避免專(zhuān)業(yè)接口中配合不到位而產(chǎn)生的設(shè)備局沖突、干擾等問(wèn)題，并且可以通過(guò)模塊化的修改，快捷的完成調(diào)整，減少對(duì)其他專(zhuān)業(yè)的影響。

4 BIM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用推廣中存在的問(wèn)題

BIM技術(shù)作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)工具，尚處于推廣階段，根據(jù)本文電站的電氣一次專(zhuān)業(yè)在三維設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中遇到一些問(wèn)題。

4.1 先期建模時(shí)間長(zhǎng)

目前三維設(shè)計(jì)軟件普遍預(yù)置了很多設(shè)備模型，但是這些模型與實(shí)際工作中的要求還有一些差距，很多設(shè)備模型需要自行建立，而且各工程中的設(shè)備型式也有所差異，因此在三維設(shè)計(jì)先期建模的時(shí)間較長(zhǎng)，這個(gè)環(huán)節(jié)相對(duì)二維設(shè)計(jì)更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以只有在三維設(shè)計(jì)中積累一定經(jīng)驗(yàn)后，才能真正實(shí)現(xiàn)通過(guò)模型參數(shù)化快捷的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 無(wú)統(tǒng)一的三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)并無(wú)統(tǒng)一的三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)平臺(tái)多種多樣，同時(shí)三維設(shè)計(jì)軟件也具有專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，地勘、土建、設(shè)備專(zhuān)業(yè)各自使用的軟件不同，以電氣專(zhuān)業(yè)為例，不同的廠家有不同的設(shè)計(jì)軟件，各軟件數(shù)據(jù)文件格式不同，以后無(wú)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在部分環(huán)節(jié)需要重新建模，增加了重復(fù)工作。當(dāng)前推廣應(yīng)用三維設(shè)計(jì)的各設(shè)計(jì)院均制定了企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，但如何在行業(yè)中制定統(tǒng)一的三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)下三維設(shè)計(jì)應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。

4.3 建模能力與糾錯(cuò)能力有待提升

以Revit Mep軟件為例，雖然模型功能很強(qiáng)大，但是對(duì)于設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜設(shè)備的建模能力較弱，例如水輪發(fā)電機(jī)組中的蝸殼部分，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，較為簡(jiǎn)單的幾何形狀模型在實(shí)際二維設(shè)計(jì)中本身錯(cuò)誤率也很低，而結(jié)構(gòu)較復(fù)雜設(shè)備錯(cuò)誤率高，但這恰恰是需要三維設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率的部分。同時(shí)Revit Mep軟件的糾錯(cuò)能力欠缺，報(bào)錯(cuò)時(shí)無(wú)法指出相沖突的錯(cuò)誤原因而僅僅是指出錯(cuò)誤的操作是哪一步，因此在模型調(diào)試時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)。

4.4 加大BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)正處于全面推廣階段，在不同專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用也深淺不一，以我院金屬結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)為例，該專(zhuān)業(yè)自2008年便已使用三維設(shè)計(jì)軟件作為主要設(shè)計(jì)手段進(jìn)行各階段設(shè)計(jì)，而現(xiàn)有三維設(shè)計(jì)軟件的功能缺陷，使得對(duì)部分專(zhuān)業(yè)而言，三維設(shè)計(jì)軟件僅能暫時(shí)作為輔助設(shè)計(jì)軟件，BIM設(shè)計(jì)過(guò)程作為一個(gè)系統(tǒng)工程，首先要實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)的全面推廣，需要各專(zhuān)業(yè)在三維設(shè)計(jì)應(yīng)用上有相對(duì)統(tǒng)一的深度，才能完全發(fā)揮出三維設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)BIM技術(shù)的應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了某水電站電氣一次設(shè)計(jì)中的三維建模設(shè)計(jì)應(yīng)用，總結(jié)了BIM技術(shù)在水電行業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與推廣中遇到的問(wèn)題。在新技術(shù)的摸索與探索中，勢(shì)必會(huì)遇到一些新困難、新問(wèn)題，但是作為先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，BIM技術(shù)因其具有的信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)，相信在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累后，必將發(fā)揮出其巨大的應(yīng)用潛力，成為一種主流設(shè)計(jì)手段。

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