BIM技術在海上升壓站結(jié)構(gòu)設計中的應用

0 概述

上海奉賢海上風電場項目位于奉賢區(qū)海域，規(guī)劃總裝機容量約為200 MW。本風電場場址中心北距蘆潮港海堤線約12 km，東距東海大橋約10.0 km。場址分為I 區(qū)和II 區(qū)，本階段擬安裝單機容量為6.45 MW的風電機組32臺，其中I區(qū)布置16臺6.45 MW機組，II區(qū)布置16臺6.45 MW機組。風電場配套新建1座220 kV海上升壓變電站，風電場所發(fā)電能匯集至海上升壓變電站35 kV 母線，經(jīng)主變升壓至220 kV 以1 回海底電纜接至陸上集控中心，然后接入220 kV碧海站。

總之，我們在解讀文本的同時，也要解讀文本中一幅幅精美、有趣的插圖，認真揣摩編者的意圖，讓每一幅小小的插圖都“動”起來，最大限度地發(fā)揮其作用。只有這樣，才能在小小的圖片中了解精彩的世界，使插圖親近文本，親近孩子，親近我們的語文課堂。

按照主題內(nèi)容，可將本次統(tǒng)計的189篇論文劃分為9個類別（詳見表1）。其中，研究范疇主要圍繞MOOC環(huán)境下圖書館及館員的角色定位、MOOC環(huán)境下圖書館服務創(chuàng)新展開，研究切入點主要包括信息素養(yǎng)教育、版權服務、MOOC平臺技術支持與優(yōu)化，研究基礎側(cè)重于對國外圖書館MOOC實踐經(jīng)驗的借鑒。

作為全國第一個競爭性配置上網(wǎng)電價的海上風電項目，該項目的目標是建設成為“智慧風電場”，在項目的規(guī)劃設計中考慮了風機和海上升壓站的智能技術、儲能、總部運維中心等先進方案的應用，該項目設計過程中也計劃采用先進的設計方法和設計手段，力爭將本項目設計建設成為一個高端示范、技術引領的海上風電項目。

BIM正向設計是自項目草圖設計階段至交付全部成果都是由BIM 三維模型完成，不涉及任何的DWG格式的文件，是將BIM創(chuàng)立伊始的目標，即將設計信息參數(shù)化、方案優(yōu)化、協(xié)同作業(yè)、計算與模型相結(jié)合，實現(xiàn)自動出圖的愿景，現(xiàn)階段雖然乍現(xiàn)曙光的同時，成本、前期效率都抑制了正向設計的良性成長

。

海上升壓站主要由上部組塊、導管架結(jié)構(gòu)、樁基礎結(jié)構(gòu)等三個部分組成，上部組塊結(jié)構(gòu)采用框架-支撐體系。下部結(jié)構(gòu)采用導管架嵌套樁基礎結(jié)構(gòu)，4根導管架豎管間采用橫撐、斜撐相互連接組成空間桁架，以加強導管架側(cè)向剛度。上、下部結(jié)構(gòu)連接后形成多層空間整體桁架，有良好的剛度，更有利于抵抗水平荷載作用。上部組塊作為海上升壓站的重要組成部分，通常是由主梁、立柱、斜撐、次梁等組成的鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，在各類構(gòu)件相交處產(chǎn)生大量的節(jié)點。海上升壓站上部組塊中，主結(jié)構(gòu)的詳細節(jié)點共有80余個，而次梁數(shù)量多達1 200余根，涉及典型節(jié)點2 400 余個。如在海上升壓站設計中采用傳統(tǒng)二維CAD制圖，則需要對一個構(gòu)件繪制多次（平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖以及設計說明和各類圖表）才能表達清晰，并且每張圖都需要獨立繪制，彼此之間互不相連，各個視圖之間錯、漏、碰、缺在所難免，一旦出現(xiàn)變更，多個視圖都需要重新繪制，因而造成設計效率低下。

BIM 技術因其具有可視化、效率高、碰撞分析、施工模擬等優(yōu)勢被行業(yè)廣泛認可，本文以海上升壓站為例，運用BIM 三維正向設計方法，將BIM技術的優(yōu)勢與海上升壓站設計相結(jié)合，依據(jù)模型進行設計交互、信息共享，進一步提升設計的精確度，提高設計效率。

1 海上升壓站結(jié)構(gòu)正向設計方法

1)建立海上升壓站預制構(gòu)件庫

預制構(gòu)件庫是進行海上升壓站BIM 正向設計的前期條件，從而保障提高生產(chǎn)和設計效率。預制構(gòu)件庫的關鍵是實現(xiàn)構(gòu)件和零件的參數(shù)化與通用化，其中構(gòu)件參數(shù)化是BIM 建模效率的保證，是用于復雜建模需求的必要手段，通用化則可滿足每個海上升壓站的功能需求

。

構(gòu)件參數(shù)化設計是按照構(gòu)件的種類特點，將特定數(shù)據(jù)參數(shù)賦予模型構(gòu)件，修改對應的參數(shù)即可快速修改模型的細部尺寸，快速調(diào)整模型。BIM 參數(shù)化設計分兩類：一類是通過參數(shù)控制項目整體或局部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)模型具體可通過Tekla 二次開發(fā)的插件實現(xiàn)，完成梁、柱構(gòu)件創(chuàng)建，并進行鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設計；另一類是參數(shù)化控制構(gòu)件，如門窗、欄桿、樓梯、管道等，通過將舾裝構(gòu)件和設備的各種真實屬性采用參數(shù)的形式進行模擬，通過參數(shù)調(diào)整，改變構(gòu)件尺寸大小和形狀

。

2)結(jié)構(gòu)設計

這天又到中午啦，就見從西方的天邊，飛來八只雪白的天鵝，落到天池邊就變成了八個俊俏的姑娘。這八個姑娘脫了衣服，跳到天池里洗澡。大約洗了半個時辰吧，哈！上岸穿上衣服，又變成了八只天鵝，往西邊天上飛走了。這八個獵人光傻愣愣地看著，誰也沒敢吱聲，等姑娘們變成天鵝飛走了，才從藏身的地方出來，核計一陣子，說好明天再來。

在只傳輸TEM模的條件下,限定外徑b的值,對a求導可得最大功率容量,此時外直徑與內(nèi)直徑比值約為1.65,而相應的特性阻抗為30 Ω。

海上升壓站三維正向設計方法包括主框架布置、次梁結(jié)構(gòu)布置、鋪板加勁肋布置等。依據(jù)廠家提供資料和相關規(guī)范要求，進行海上升壓站結(jié)構(gòu)設計，并完成BIM結(jié)構(gòu)模型。

3)結(jié)構(gòu)分析

(4)加強信息溝通。強化信息搜集能力，不斷提高信息化技術在工程造價中應用?？梢越r格信息數(shù)據(jù)庫，或以往設計方案的數(shù)據(jù)庫，并進行整理分析、定期匯總，通過網(wǎng)絡進行工程造價全過程的動態(tài)監(jiān)控和管理，使工程造價工作逐步走上科學化、規(guī)范化、信息化道路。

BIM 模型及深化設計結(jié)束后，需要驗證結(jié)構(gòu)模型是否滿足設計規(guī)范、結(jié)構(gòu)要求等，通過BIM 碰撞分析等功能對結(jié)構(gòu)進行進一步優(yōu)化，直至結(jié)構(gòu)整體合理滿足要求，并保證經(jīng)濟性。

4)施工圖設計

6)出施工圖

5)BIM模型分析與優(yōu)化

將BIM結(jié)構(gòu)模型導入專業(yè)海工結(jié)構(gòu)軟件SACS中，通過SACS軟件對海上升壓站進行結(jié)構(gòu)分析，輸入風、浪、流等各類環(huán)境荷載，對海上升壓站結(jié)構(gòu)進行靜力分析、動力分析和疲勞分析，用于校核平臺剛度和強度，確保結(jié)構(gòu)設計的合理性和安全性，滿足相關規(guī)范要求。

海上升壓站施工圖設計包括結(jié)構(gòu)總體設計、節(jié)點設計、吊裝設計、附屬構(gòu)件設計等。設計人員根據(jù)要求進行設計，需要滿足結(jié)構(gòu)的吊裝、運輸、施工荷載以及結(jié)構(gòu)的整體安全性因素。

基于BIM 技術的優(yōu)勢，進行海上風電的施工模擬，將BIM 模型中的數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)協(xié)同，對現(xiàn)場施工進行指導，建立整體協(xié)同平臺，打通設計、生產(chǎn)和施工的壁壘。同時，三維動畫也可以更直觀地向施工單位傳遞設計意圖，指導施工單位的海上安裝方案

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第五，學習型團隊能提高學習效率。學霸寢室學生的學習成績居于班級前列，但并不意味著他們高考成績一定最為優(yōu)異。大學期間，他們之所以表現(xiàn)出眾，其中非常重要的原因在于他們?nèi)谌肓艘粋€學習團隊，團隊成員是他們朝夕相處的室友，他們之間雖然有原生家庭帶來的差異，但這些差異并不會給團隊合作造成多少負面影響，他們相互激勵和啟發(fā)，你追我趕，因此學習效率很高，為日后成為棟梁之才打下了扎實的基礎。

7)BIM 施工模擬

教師必須具備淵博的生物學知識和敏銳地關注生物學發(fā)展的動態(tài)能力，從而成為中學生認為的生物學方面的專家。這樣，學生會產(chǎn)生強烈的興趣，能夠有意識或無意識地投入到生物學的學習中，并積極探討生物方面的有關內(nèi)容。例如，教師補充生物教科書所涉及的如生物知識的當前熱點——克隆、轉(zhuǎn)基因等。具備淵博生物學知識的教師應成為學生的偶像，樹立了權威形象，能更好地暗示學生。當然，生物教師的知識結(jié)構(gòu)和個人素質(zhì)存在差異，不必也不可能對生物學有全面的了解。另外，教師的另一要求是崇高的人格魅力，即平等對待學生，敢于承認自己不足和錯誤的態(tài)度，不斷進取和奉獻的生物教學精神，使學生無對抗、無批判、無抵制地接受教師的暗示。

8)現(xiàn)場施工

依據(jù)BIM施工模擬的指導，安排預制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和堆放，從而進行現(xiàn)場的建造施工。

BIM三維協(xié)同設計是各專業(yè)在同一個模型空間進行協(xié)同，項目信息高度集成，數(shù)據(jù)交互一致。項目劃分工作集可實現(xiàn)多人同時完成同一個模型設計。各專業(yè)采用同一協(xié)同平臺進行數(shù)據(jù)交換，確保圖紙的一致性，及時發(fā)現(xiàn)專業(yè)沖突，完成全程、全階段可視化、透明化、信息共享化的協(xié)同設計

。上海奉賢海上風電BIM 項目以ProjectWise 為管理平臺，各專業(yè)在該平臺下進行交互管理。ProjectWise管理系統(tǒng)見圖3。

2 BIM正向設計應用

2.1 建模設計階段

海上升壓站施工圖設計時，需首先根據(jù)電氣總布置提出初始結(jié)構(gòu)和舾裝等專業(yè)布置圖，在全專業(yè)完成初始模型后進行第一次合模檢查，設計工作均基于BIM 模型進行交互和模型深化，綜合結(jié)構(gòu)、舾裝、電氣、暖通和消防各專業(yè)進行BIM協(xié)同、碰撞檢查、相互校核，進行項目全專業(yè)沖突檢測和機電管線綜合設計，完成施工圖設計，并將部分施工等具體要求反饋到BIM模型和相關數(shù)據(jù)庫

。上海奉賢海上風電項目BIM模型創(chuàng)建如圖2所示。

丟失的GT角點是因為算法并不能對地面上的建筑物的每一個角點進行精確檢測,Noble和SUSAN算法均錯過了一些角點(圖7)。主要是因為這些建筑物特征通常具有非常低的對比度,建筑物邊緣角點的周圍具有不連續(xù)的特性(由于模糊,陰影或兩個物體的疊加)。郊區(qū)的情況特別多,物體自身也很小。更多的角點信息將需要找到這些非本地明顯的角點,以達到精確檢測遙感影像角點檢測的目的。

2.2 設計準備階段

1)BIM設計環(huán)境

基于Tekla Structures 的設計環(huán)境主要包括項目基準、模型標準、注釋標準。項目基準包括項目標高、軸網(wǎng)、立面、視圖范圍設定。模型標準包括梁、柱、甲板、屋頂?shù)饶Ｐ蜆?gòu)件的設定。注釋標準包括尺寸標注、文字標注、門窗標記、填充、注釋線等設定。

2)模型協(xié)同與工作集

項目類型不同，其模型組織方式也不同，對于海上升壓站項目一般按照專業(yè)進行拆分，每個分區(qū)對應結(jié)構(gòu)、舾裝、電氣、消防和暖通等子項建模設計，最后進行合模優(yōu)化和出圖。

我告訴賽十娘說，他原先叫桂生，是狼啃了半個耳朵，才叫的狼剩兒。四歲那年，兩個風水先生把他拐跑了。我塆的慢成說——他有見識，在縣上做官——那風水先生應該是東洋人，假裝看風水，其實是到鐵冶找礦，順帶拐了我的狼剩兒……我發(fā)了瘋地找啊，塆里人也幫著找，找了整整十三年！跑團風，跑陽新，還把懷的毛毛跑落了……

待BIM 分析與優(yōu)化結(jié)束后，基于BIM 的可視化，可形成一套完整的二維及三維施工圖，自動統(tǒng)計工程量，提高設計出圖效率。

基于BIM 的海上升壓站三維正向結(jié)構(gòu)設計流程見圖1。

2.3 BIM應用成果

運用BIM 進行數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢在于模型、信息、表格是關聯(lián)的。BIM 設計過程就是布置各類構(gòu)件族的過程，結(jié)構(gòu)布置完成、輸入構(gòu)件信息屬性正確后，相當于結(jié)構(gòu)工程量數(shù)據(jù)表格已完成，項目所需要的信息指標可通過明細表功能提取出來，根據(jù)模型進行的工程量計算、數(shù)據(jù)結(jié)果均無需手動計算會自動更新，上海奉賢海上風電BIM項目工程量計算如圖4所示。

在海上升壓站的設計與施工中，常會出現(xiàn)各系統(tǒng)之間、各系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)之間的沖突，導致大量的設計變更與現(xiàn)場返工。BIM可通過在虛擬的三維環(huán)境下對各專業(yè)模型進行全面檢查和驗證，提前發(fā)現(xiàn)設計中的碰撞沖突，從而及時排除項目施工環(huán)節(jié)中可能遇到的問題，顯著減少由此產(chǎn)生的變更，可以大幅提高施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，降低由于施工協(xié)調(diào)造成的成本增加和工期延誤

。各專業(yè)模型在Bentley 平臺下組裝完成后在Microstation 中進行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)問題并反饋給設計人員進行優(yōu)化調(diào)整，減少后期設計變更。針對海上升壓站進行了各專業(yè)間的碰撞檢測，提高了設計精度與效率。碰撞檢測效果示意圖見圖5。

近年來，我公司研制生產(chǎn)的型號產(chǎn)品主要包括宇航系列發(fā)射平臺、導彈武器地面設備等，各型號產(chǎn)品中很多零部件產(chǎn)品由于使用環(huán)境特殊，對產(chǎn)品表面硬度（淬硬層）或局部硬度（淬硬層）有特殊要求，所以需要對產(chǎn)品表面或局部進行表面淬火。但因中高頻感應淬火感應器制作難以滿足形狀較為復雜的淬火部位（如圖1所示產(chǎn)品淬火部位燕尾槽、S形槽形狀），且采用目前公司內(nèi)表面淬火方法不容易保證產(chǎn)品淬硬層深度1mm左右的技術要求。

目前僅做到BIM與CAD之間的無縫對接，才能真正讓BIM正向設計落地，設計人員基于三維模型進行項目設計優(yōu)化、碰撞檢查、施工模擬等協(xié)調(diào)工作，完成后通過剖切模型生成平面視圖，并對二維平面視圖進行標注，最后完成施工圖出圖

。海上升壓站采用鋼結(jié)構(gòu)框架形式，大量采用立柱及梁結(jié)構(gòu)，提前利用軟件Tekla Structures 對鋼結(jié)構(gòu)進行深化，著重對梁柱節(jié)點、梁梁節(jié)點、支撐節(jié)點進行優(yōu)化。節(jié)點三維切圖見圖6。目前軟件Tekla Structures通過圖層、字體、標注、圖塊等數(shù)十項的設置與優(yōu)化，保證了三維模型出圖與CAD 制圖一致性和準確性，在大幅縮短工期的同時也減輕了設計人員的工作量。

BIM 模型可以用于指導現(xiàn)場施工，BIM 模型中的每一個構(gòu)件都有唯一的ID和編碼，每個編碼對應施工現(xiàn)場的預制構(gòu)件，即預制構(gòu)件也有一個相對應的識別碼，包含構(gòu)件類別、尺寸、位置、材料等其他信息

。BIM可以實現(xiàn)全過程監(jiān)控，能隨時追溯構(gòu)件的質(zhì)量與安全問題，實現(xiàn)全壽命周期管理。通過三維動畫模擬安裝工藝可以幫助設計人員提前發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，優(yōu)化設計方案。同時，三維動畫也可以更直觀地向施工單位傳遞設計意圖，指導施工單位的海上安裝方案。虛擬施工模擬圖見圖7。

3 總結(jié)

BIM 正向設計是整個設計過程的流程再造與優(yōu)化升級。它不僅通過BIM 軟件建立BIM 模型進行設計，并且出圖，更關鍵的在于多專業(yè)的協(xié)同設計、互提資料、校對、審核、交付、歸檔、變更，乃至設計過程中的討論、匯報，施工配合階段的交底、工地巡場等全流程生產(chǎn)方式的切換。只有將BIM模型、BIM 軟件作為日常設計、交流的工具，才能形成可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)力。BIM正向設計的普及僅是時間問題，BIM 最終會實現(xiàn)項目全生命周期的信息化和數(shù)字化精益管理。

豬高熱綜合征的發(fā)病特點主要包含以下內(nèi)容：主要出現(xiàn)在夏秋季節(jié)，病程為5～20 d，現(xiàn)有數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的發(fā)病率約為50%，死亡率為10%～50%；從傳播途徑方面分析，該病大多出現(xiàn)于養(yǎng)豬場中的母豬或生長育肥階段的豬，待疫情進一步爆發(fā)后，處于保育階段的豬也會受到波及；從現(xiàn)有治療辦法分析，抗生素對于該病沒有明顯的控制作用，甚至有可能加速病豬死亡；部分養(yǎng)殖場自身環(huán)境較差、管理不到位，對防疫工作的重視程度不高，導致了中小型養(yǎng)豬場疫情更為嚴重。

海上升壓站BIM 項目三維設計成果廣泛地應用于項目的施工圖階段，成果如下：

1）通過海上升壓站鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點參數(shù)化設計，形成了節(jié)點庫，同時實現(xiàn)了三維切圖和自動工程量統(tǒng)計，實現(xiàn)了正向設計，與傳統(tǒng)的二維節(jié)點出圖相比，可以提高約90%的設計效率。

2）通過碰撞檢測，各專業(yè)避免了相互干涉，提前發(fā)現(xiàn)問題并反饋給設計人員進行優(yōu)化調(diào)整，減少了后期設計變更。通過三維模型的碰撞檢測，比傳統(tǒng)二維設計更好地避免了施工圖階段的交叉干涉，提高了設計效率。

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