基于Bentley軟件的智慧水利水電工程電氣三維正向設計研究

陳立強

[摘 ? ?要]水利水電工程智慧化是響應國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型號召的一項重要工作。為推進智慧水利水電工程落地，輸出符合要求的設計成果，開展了以Bentley軟件為基礎的三維正向設計研究。智慧水利水電工程的底層是以電氣設備為基礎建設的，且?guī)缀文Ｐ秃蛥?shù)模型有機結(jié)合在一起。三維正向設計最終實現(xiàn)了設備模型、設備編碼以及設備屬性的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為智慧水利水電工程的建設提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

[關鍵詞]BIM;智慧水利水電工程;數(shù)字資產(chǎn);三維正向設計;Substation;BRCM

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–04

Research on Electrical 3D Forward Design of Intelligent water Conservancy

and Hydropower Project Based on Bentley Software

Chen Li-qiang

[Abstract]The intellectualization of water conservancy and hydropower projects is an important work in response to the call of national digital transformation. In order to promote the implementation of smart water conservancy and hydropower projects， output qualified design results. The research on three-dimensional forward design based on Bentley software is carried out. The bottom layer of smart water conservancy and hydropower project is based on electrical equipment， and the geometric model and parameter model are organically combined. The three-dimensional forward design finally realizes the data unification of equipment model， equipment code and equipment attributes， which provides important data support for the construction of smart water conservancy and hydropower projects.

[Keywords]BIM;smart water conservancy and hydropower project; digital assets; three dimensional forward design; substation;BRCM

目前智慧工程建設如火如荼，在國家大力推廣下，社會經(jīng)濟價值日益顯著。作為國家和企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略的重要著力點，數(shù)字化發(fā)展水平的重要指標，智慧工程的實現(xiàn)將打通工程全生命周期的數(shù)據(jù)流通，提升整個產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化升級。BIM正向設計的智慧工程主要采用三維協(xié)同設計，設計出的模型包括幾何模型和參數(shù)模型，通過模型直接得到所需的圖紙、報表、視圖、數(shù)據(jù)等，而不再是單純的翻模。BIM正向設計能夠減少部分重復勞動，降低勞動成本和信息交換成本，其優(yōu)點得到業(yè)界的廣泛認同。國內(nèi)大多數(shù)大中型設計院都在積極開展BIM設計與應用，但是可以稱得上是BIM正向設計的，相對稀缺。上?？睖y設計院經(jīng)過多年的項目實踐和科研實踐總結(jié)出了一套BIM正向設計與應用的實施方案，且這套實施方案隨著軟硬件的發(fā)展也在不斷完善和發(fā)展。隨著國內(nèi)BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的BIM咨詢模式已不能滿足快速發(fā)展的應用需求，正向設計在實際應用過程中也遇到了很多困難。通過工程經(jīng)驗和文獻調(diào)研，總結(jié)正向設計存在的問題，如：缺乏與之適應的標準、國內(nèi)環(huán)境的制約、技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟、各軟件平臺間存在數(shù)據(jù)不兼容的問題等。設計院如何在工程項目規(guī)劃設計階段就為工程的智慧化做好基礎工作顯得尤為重，使規(guī)劃設計階段產(chǎn)生的圖紙、文檔、模型、施工組織以及投資規(guī)劃等，完整全面地流通到建設和運營維護階段。項目標準規(guī)范的制定，圍繞三維設備庫、編碼、模型、圖紙和報表等設計成果的制作規(guī)范，衍生出適合智慧工程的設計成果，解決好與施工方和軟件平臺方的配合，實現(xiàn)數(shù)字化成果移交，進而達到智慧工程的要求。

1 Bentley軟件平臺和智慧工程

Bentley軟件系列產(chǎn)品是基于Microstation開發(fā)的一系列行業(yè)軟件，特點是專業(yè)化程度高，數(shù)據(jù)統(tǒng)一性強。上?？睖y設計院引進Bentley軟件已有十幾年時間，現(xiàn)已規(guī)范多專業(yè)協(xié)同設計及校審流程，制定三維正向設計以及數(shù)字化移交等標準。在電氣三維正向設計方向應用到的軟件包括Microstation、Substation和BRCM。對于電氣設備布置、接線圖設計及出圖，一般采用電氣專業(yè)軟件Substation來完成。對于電纜橋架以及電纜敷設一般采用電氣專業(yè)軟件BRCM來

完成。

智慧工程與本文討論的三維正向設計關系非常密切，可以說三維正向設計是智慧工程的基礎。在工程的可研階段，可以利用三維技術(shù)設計更直觀更嚴謹?shù)姆桨?。在工程的設計階段，可以利用三維技術(shù)優(yōu)化設計方案并指導施工。在工程的施工階段，可以利用三維技術(shù)管理工地的人員、物資以及進度等。在工程的運維階段，前期各個階段的三維數(shù)據(jù)可以整合在一起，打造一個智慧化運維管理平臺。

2 電氣三維正向設計

十幾年的發(fā)展和大量的項目實踐顯示，三維正向設計不是去推翻二維圖紙而是豐富設計成果。三維正向設計最核心的部分是數(shù)據(jù)，包括幾何模型、參數(shù)模型、模型編碼、圖紙和文檔等，可以概括為從規(guī)劃設計、施工建造到運營維護的所有數(shù)據(jù)資產(chǎn)。智慧工程資產(chǎn)包括實物資產(chǎn)和數(shù)據(jù)資產(chǎn)。三維正向設計的目的就是形成一套數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

2.1 三維設備庫

在眾多項目的三維協(xié)同設計實施中，積累了大量的三維數(shù)字化元件（以下簡稱“BIM元件”），這些BIM元件覆蓋面廣、復用率高，是三維數(shù)字化技術(shù)的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)。工程三維設計軟件Bentley由眾多專業(yè)設計模塊組成，BIM元件與編碼賦碼形式各異，導致元件創(chuàng)建與賦碼不同步，制約了工程數(shù)字化編碼的應用。工程項目中構(gòu)建了大量的設備類元件，因缺少對此類元件集中管理的手段，這些元件分散存儲在項目中，不利于復用。為此開展了《三維數(shù)字化設計標準庫》的建設，同時基于標準庫研發(fā)標準庫管理平臺。通過工程數(shù)字化BIM元件管理平臺的開發(fā)，實現(xiàn)對附加工程數(shù)字化編碼的元件進行集中管理，開發(fā)高效的BIM元件編碼入庫與調(diào)用通道和工具，進而建立起元件庫積累的長效機制。三維設備庫的建設是三維正向設計的起點，它規(guī)范了模型的參數(shù)化結(jié)構(gòu)并且顯著地提高了設計效率。

2.2 編碼

編碼的目的是給BIM元件賦予名稱，智慧運維管理平臺需要管理設備和采集設備實時數(shù)據(jù)，首先要能找到這些設備。在BIM元件錄入三維設備庫時，就會獲得一個編碼數(shù)據(jù)。

編碼系統(tǒng)是與三維設備庫配套使用的。在此基礎上針對不同的項目編制相應的項目編碼標準，對工程子項劃分命名、各專業(yè)系統(tǒng)劃分、文件夾命名、模型文件命名等做出規(guī)定，使數(shù)據(jù)在工程的各個建設階段有序地流通傳遞下去。

2.3 模型

利用三維設備庫快速搭建各專業(yè)三維模型，結(jié)合具體項目的編碼標準系統(tǒng)，在各專業(yè)正向設計過程中就錄入編碼。各專業(yè)協(xié)同設計的項目模型見圖1。

模型看似是三維設計中最好看、最直觀的部分，其實模型也只是一種設計手段，模型中核心的部分應該是模型中的數(shù)據(jù)，甚至在電氣三維正向設計中還會存在無模型但是有數(shù)據(jù)傳遞的情況。規(guī)劃設計階段定義好電氣設備模型的編碼并錄入相應的設計參數(shù)，這個模型的編碼和參數(shù)將在施工建造階段傳遞到施工單位和設備廠家并錄入相應的施工參數(shù)和設備參數(shù)。規(guī)劃設計和施工建造階段的數(shù)據(jù)將完整地傳遞到運營維護階段，業(yè)主拿到的不再僅僅是一個設備和它的說明書，這臺設備在生命周期內(nèi)的所有信息將完整呈現(xiàn)。管理樓電氣設備布置見圖2。

電氣正向設計階段錄入電氣設備編碼及參數(shù)屬性等，為下階段的施工建造提供數(shù)據(jù)支撐，見圖3。

三維導線設計是電氣三維設計中一個難點，設計過程涉及到導線的規(guī)格選擇、起始點定義及路徑選擇。在利用三維設計軟件和公司設備庫的基礎上，大大減輕了導線設計的工作量三維，而且設計質(zhì)量也明顯提高。在正向設計階段錄入導線屬性信息，包括起點終點、路徑以及規(guī)格。導線的布置方法見圖4。

在設計過程中會涉及到很多隱蔽工程，電氣的埋管就是其中一種。埋管規(guī)格多樣，埋管路徑交縱疊加，也可能會出現(xiàn)埋管太多，影響到樓板或者墻體的強度。電氣三維正向設計可以很好地解決這個問題，采用透明視圖可以清楚地看到埋管實際情況，提前暴露潛在風險并指導施工。電纜橋架及埋管的布置見圖5。

2.4 圖紙

電氣三維正向設計所產(chǎn)生的圖紙跟以往的CAD二維圖紙存在很大的不同，把它稱為“活的”二維圖紙。二維圖紙與三維模型聯(lián)動，可以互相導航快速切換，設備三維模型的數(shù)據(jù)也會傳遞到二維圖紙的設備符號上。

2.4.1 電氣主接線圖

電氣主接線圖采用單線圖模式（Single line mode）創(chuàng)建，主接線圖上的每一個符號都與三維模型關聯(lián)，設備三維模型在運維平臺中被選中，相對應的二維符號也會高亮顯示并顯示出參數(shù)列表。另外圖紙完成后，每個間隔圖紙創(chuàng)建為一個Macro，整張圖紙創(chuàng)建為一個Macro，這樣，就把電氣主線圖作為一種標準方案加入到了標準數(shù)據(jù)庫中，在新項目中可以調(diào)用。

2.4.2 電氣三維分裝布置圖

3D布置圖采用協(xié)同設計的模式來完成，在進行本專業(yè)圖紙設計前，先使用智能參照功能定義好相關專業(yè)圖紙的參考關系，文件的劃分可按照區(qū)域—專業(yè)的規(guī)則來細分。每個區(qū)域要有一張電氣匯總圖，總圖由區(qū)域匯總圖參考組成。3D的圖紙名稱單獨編制一套;橋架、導線分開畫在一個單獨的mode里面;與設備在一個dgn文件中;本期和最終分開繪制到不同的圖紙里面。

2.4.3 電氣三維總裝布置圖

將電氣專業(yè)的分裝模型進行有效組織，形成電氣專業(yè)總裝模型。

2.4.4 電氣平、斷面圖

不是說推翻CAD和二維圖紙就叫三維正向設計，三維正向設計是二維圖紙的發(fā)展和深化。在正向設計中，施工單位拿到的施工圖大部分還是二維圖紙，但是它的準確性極大提高、設計交底的方式更加直觀清楚、圖紙表達的內(nèi)容也會大幅提升。平斷面圖的剖切采取動態(tài)剖切的方式，將獲得的視圖參考到空白圖中，采用1∶1的比例參考，根據(jù)需要，調(diào)整圖框的比例。標注等操作采用斷面圖模塊來完成。另外材料表的生成可使用“報表生成器”自動生成材料表、電纜清冊等。

3 智慧工程運維平臺

3.1 弱電集成

在三維正向設計的基礎上，設計成果中的模型和圖紙，在這個階段將移交給軟件平臺商。在圖紙的基礎上，利用設備的編碼采用WebService接口或者Web API 接口，將實體設備和三維設備模型關聯(lián)起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)相互專遞。例如，集成門禁、傳感器、電表等電氣監(jiān)控設備分布圖紙及對應的編號信息。

3.2 運維平臺

借助BIM理念及其相關技術(shù)來搭建統(tǒng)一的數(shù)字化運維管理平臺，實現(xiàn)BIM運維階段的應用，進而提升項目在長期運營過程中的價值，提高項目管理效率與質(zhì)量。

通過對信息化技術(shù)在運維中的研究，探索改變以往運維過程中由于各類型的維護數(shù)據(jù)不一致所導致的浪費與落后，幫助相關維護管理部門對水利水電工程實際能耗情況、水利水電工程空間管理、消防安全管理、設施運維方面進行合理調(diào)配及功能優(yōu)化，達到節(jié)能降耗、科學管理、降低維護成本、提高文檔管理效率目的。

4 結(jié)語

為了順應未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，打造新時期高質(zhì)量發(fā)展核心能力。在諸多業(yè)務和管理領域，均有依托數(shù)字化實現(xiàn)效率提升、管理優(yōu)化、創(chuàng)新發(fā)展的巨大潛力。深入開展數(shù)字化核心產(chǎn)品研發(fā)、重要技術(shù)攻關、新興業(yè)務孵化、人才隊伍培養(yǎng)，積極探索業(yè)務+數(shù)字化深度融合的新技術(shù)、新方法、新標準、新模式，以數(shù)字化促進傳統(tǒng)業(yè)務能級提升、培育發(fā)展新動能。

業(yè)務+數(shù)字化的實現(xiàn)，離不開基礎工作的深化和升級。三維正向設計作為智慧工程的基礎，這個過程有很多痛點，設計產(chǎn)品與以往有很大的不同且設計內(nèi)容增加，更加注重各專業(yè)的協(xié)作。但是對提升工程設計質(zhì)量、施工管理以及后期的運維管理都大有益處，工程的全生命周期形成了一個完整的閉環(huán)。

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