BIM在水电设计中的全面深入运用——云南金沙江阿海水电站

◎ 本刊记者 宁 冉

项目介绍

阿海水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与宁蒗县（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段一库八级的第四级，上游与梨园水电站相衔接，下游为金安桥水电站。

电站装机容量2000MW（5×400MW），库容8.06×108m3，多年平均发电量单独运行为80.98×108kW.h，联合运行为89.92×108kW.h。电站建成后将成为云南电网的骨干电源之一，对弥补云南省和西电东送电力电量的不足，增强电网调峰能力，促进电网经济安全运行和提高供电质量等具有重要作用。并在电网中担任基荷、调峰、调频、事故备用任务。计划2012年首批机组投产发电。电站按“无人值班”设计。

解决方案

一、BIM模型概况

水电站设计涉及多个不同专业，包括地质、水工、施工、建筑、机电等。水工专业利用Autodesk Revit Architecture进行大坝及厂房三维体型建模（如图3所示）。

图1 施工中的阿海水电站

图2 阿海水电站三维效果图

建筑及机电专业（包括水力机械、通风、电气一次、电气二次、金属结构）在此BIM模型基础上，同时进行设计工作，完成各自专业的设计（如图4、图5、图6所示）。最终完成一个水电站项目的BIM设计工作（如图7所示）。

图3 金沙江阿海水电站大坝及厂房模型

图4 金沙江阿海水电站——压缩空气系统模型

图5 金沙江阿海水电站——机械专业三维模型

图6 金沙江阿海水电站——电气专业三维模型

图7 金沙江阿海水电站——机电设备总体布置三维模型

二、BIM模型机电设备族库的建立

建立完备的机电设备三维族库，是进行BIM设计的基础。基于Revit MEP软件平台，昆明院机电分院BIM设计师建立了完备的机电设备三维模型参数化族库。水机、通风、电气一次等专业的建模成果覆盖了水电站BIM设计所需的机电设备门类，包括水轮发电机组、蜗壳、尾水管等主机三维模型 ；自动滤水器、深井泵、排水盘形阀、水力控制阀、气罐、低压空压机、油桶等水机辅助系统设备三维模型 ；10kV厂用盘、400V公用盘、端子柜、主变压器、GIS设备、桥架构件、灯具、户外出线设备等电气设备三维模型；离心风机、分体空调、屋顶风机、风阀等通风设备三维模型。图8所示为部分水电站机电设备三维模型。

图8 机电设备三维模型

图9 Revit工作集界面

图10 系统分类

三、各专业BIM协同设计

BIM设计的核心及精华在于协同。通过Autodesk Revit MEP软件平台，使用工作集模式（或者链接模式），各专业高效实时的在同一信息模型下完成专业架构和设计（如图9所示）。并且通过过滤器，按照需要分出各个系统以进行计算分析以及效果显示（如图10所示）。

四、BIM设计提供的产品

昆明院BIM设计始终坚持的理念是为实际工程服务、为业主及施工单位提供高质量的设计产品。BIM设计不是简单的应用于概念设计阶段。BIM设计可为客户提供多种高质量施工设计产品。包括工程施工图（如图11所示）、PDF三维模型（如图12所示）、漫游视频文件（如图13所示）。平面图、剖面图以及三维导视图，共同组成工程施工详图。从Autodesk Revit MEP中导出.sat文件，制作成PDF格式的三维模型提供给客户，客户可任意旋转、剖切、注释该模型。通过Autodesk NavisWorks软件平台制作漫游视频文件，客户可提前身临其境的漫游尚在建设中的工程。

图11 工程施工图

图12 PDF文件BIM模型

图13 漫游视频

五、BIM设计的优点

1.提高工作效率，提高产品质量

BIM设计能准确自动生成任意需要的剖面，减少了传统二维设计中绘制剖面图的工作量。并且保证了各个视图之间完全对应的关系，减少因疏忽而导致的错误。

2.方便设计修改

传统二维设计中，如有设计更改，需逐一修改涉及的各个视图，易因疏忽而漏改，导致错误。BIM设计中，只需更改其中一个视图、剖面或者三维图，其他所有视图、剖面以及三维图将自动更改，校审人员可将更多的精力用于产品结构和布置合理性的检查。

3.避免专业间交叉干扰

水电站设计中的各专业，水工、水机、电气一次、通风、金属结构等，基于同一BIM模型开展协同设计工作。各专业的最新设计成果实时反映在同一BIM模型上。相互关系在三维模型上一目了然，“错、碰、漏”的问题迎刃而解。

4.材料的自动统计

水机专业的各种设备、阀门、管道，电气专业的电缆长度，金属结构专业闸门的零部件重量及数量等可以准确的自动统计。不再需要二维设计中繁琐而极易发生错漏的材料统计工作。

5.产品表达的直观性

对于设计人员，BIM设计可以有效避免一些由于空间想象不正确而导致的错误。同时由于产品实体模型所带来的直观性，很容易激发设计者对产品进行优化设计的“灵感”，以使产品结构更加合理。对于读图的施工人员，通过三维BIM模型，将大大提高读图效率和准确度。

未来展望

水电站BIM设计的过程不仅仅是构造三维外形的过程，更是水电站数据库搭建的过程。在建立水电站机电设备模型库的过程中，设备技术参数应该集成在模型中。将门类众多的设备组合起来，构成电站各个功能系统，借助KKS设备编码技术，精确地按系统类型、设备布置位置、运行特性等属性对设备进行编码，即为该设备的数据库索引。

基于全息数据库，结合虚拟现实技术，未来可进行以下几方面的研究工作：电站虚拟运行、电站应急预案的制定与虚拟演练、设备使用状况分析、设备更换预警信息系统、设备采购辅助系统。