BIM技术在牵引变电所设计中的应用研究

■ 王丽霞

BIM技术在牵引变电所设计中的应用研究

■ 王丽霞

探讨BIM技术在牵引变电所设计中的应用，以实际工程为例，阐述利用Revit软件设计牵引变电所的流程。在工程建模的基础上，总结设计过程中存在的问题，并对下一步需要开展的工作进行展望，为BIM技术在牵引变电所设计中的应用提供新思路。

BIM；Revit；牵引变电所；参数化建模

0 引言

信息化技术的发展影响着基建行业的设计方式，对于牵引变电所这个需要多专业、多过程参与的项目，建立一个完善的信息化模型，可以通过模型分析进行节能设计和碰撞检查，有效协同建筑、结构、水暖电等各相关专业的工作[1-2]，并通过自动更新所有变更减少整个项目设计失误。同时，通过信息化模型的传递，也能够在设计、施工、运营管理全流程中有效完成信息的交互，更有效协同设计单位、施工单位、厂家、运营单位等多个参与者之间的信息传递，提高工程建设和运营的管理水平。作为工程设计人员，首先建立一个本专业三维信息化模型是完成上述工作的基础，由于目前我国普遍采用AutoCAD作为二维图纸设计工具，为了便于二维图纸和三维图纸的转换，采用 Revit软件作为设计辅助工具，进行牵引变电所BIM设计研究。

1 基于Revit设计平台的牵引变电所设计

1.1 牵引变电所设计特点

在27．5 kV交流供电的铁路牵引供电系统中，牵引变电所往往是与站房等建筑相对独立的设施，采用全室内布置、全室外布置和混合式布置等布置方式。牵引变电所的房屋结构往往相对简单，主要分布着大量的高压机电设备和相关的基础、架构等辅助设施。目前，在Revit平台下开发了许多辅助设计功能用于机电系统的设计[3-4]，预设了各种管道、桥架、导线族，但是对于牵引变电所内的牵引变压器、互感器、断路器等强电设备，没有相关的预设族，需要建立族进行设计。

以某牵引变电所为例，介绍如何使用Revit工具建立牵引变电所模型。该牵引变电所的布置形式为高压侧室外布置、低压侧室内布置。

1.2 准备工作

首先，为牵引变电所模型建立一个工程。单击“应用程序菜单”→“新建”→“项目”，选择一个项目样板文件创建项目文件，在项目文件的实例属性中输入相关项目信息。然后，对于室内部分，需要先链接建筑、结构模型，为后续设计工作做一些基本设置。需要特别注意的是，为了保持链接模型的位置与项目文件位置匹配，在选择链接文件时的定位一栏设置中要选择“自动-原点到原点”。

1.3 族文件的建立

由于目前Revit软件中没有牵引变电所相关设备，而牵引变电所设备的类型相对较多，模型也相对复杂，因此需要大量的时间来完成牵引变电所设备的三维模型。

1.3.1 高压侧设备

牵引变电所高压侧根据外部电源情况一般分为110 kV、220 kV或330 kV，布置形式分室内布置和室外布置，在环境条件较好（非大风区、污秽等级不高、用地不紧张等）时一般采用室外布置型式。以330 kV为例介绍高压侧设备的建族。高压侧设备主要包含牵引变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等，以及架空导线、支柱和门型架。根据二维设计图纸并结合现场情况，对这些设备建立族。图1为330 kV牵引变压器，图2为330 kV隔离开关。

值得一提的是，对于变压器（其他等级和其他设备也是相同情况）来说，相同厂家相同电压等级不同容量的变压器外形有差异，而且不同厂家的相同等级相同容量的变压器外形结构也不同，因此变压器的尺寸和外观千差万别，并且随着工艺的改进，同一厂家相同容量的变压器外观也在不断改变。如何在设计图纸上表现牵引变压器有两种思路。一是建立一个标准化模型，主要影响场坪设计和施工的是变压器尺寸而不是外观，因此无需完全按照实际的所有细节去表示变压器，此种设计的思路可以更有效率地完成设计，并更适合于设备尚未招标的前期设计阶段；另外一种变压器表现形式就是完全按照变压器的实际尺寸和外形来表现变压器，这种方式使得建立起的族文件难以适用于多次设计，需要由厂家来提供产品的BIM模型，才能更精确更切合实际地在图纸上变现设备的实际状况。此设计思路的优点在于能使得图纸最大可能地贴近现实，更适合于设备招标后的施工图设计阶段。

1.3.2 低压侧设备

我国电气化铁路牵引变电所采用27．5 kV交流供电，因此低压侧电压等级为27．5 kV。27．5 kV侧低压设备布置型式分为室外布置型和室内布置型，室内布置又分为间隔式布置、空气柜布置和GIS柜布置[5]。其中室内间隔式布置的BIM建模最为复杂，因此以室内布置式为例建立设备族。包含的设备有所用变压器、断路器、隔离开关、互感器及保护测控类柜等，以及网栅、网门等辅助设施。图3、图4分别展示了2个27．5 kV侧的设备。不同于相对独立的室外布置设备，室内型设备的布置与建筑、结构等专业有密切关系，需要相互配合。

1.4 牵引变电所房屋、总坪布置

在建立了牵引变电所高、低压侧设备的族文件之后，就可以进行工程室内布置的平面图、轴测图、大样图等的绘制。该工作的基础为链接至该项目的房屋建筑图。

在建立了变电所各设备的族模型，并且完成了房屋室内布置，最后需要设计整个牵引变电所BIM图纸。图5和图6分别为牵引变电所27．5 kV侧间隔式布置和一个总坪图。Revit三维制图与传统CAD二维制图的区别在于，在房屋布置中，同时考虑各个维度的设备空间关系，区别于二维制图的平面、立面单独考虑，能够更有效地避免出现两张图相互矛盾、出现错漏的问题。与传统CAD设计出二维施工图相比，三维参数化设计除了出二维图纸外，还可以通过设置相机获取漫游图来达到复杂空间布局的全方位展示，从而更好地指导施工。

1.5 碰撞检查

在设计完成本专业BIM设计图纸后，需要检查和其他专业之间的关系，找出并调整有碰撞的管线和设备等。使用Revit的“碰撞检查”功能，具有直观的三维显示，能快速准确地帮助用户定位并修改碰撞的图元，同时还可导出冲突报告，使项目的设计和施工质量得到保证。图7、图8为碰撞检查示意图。在碰撞检测完成并进行相应的修改后，即可出图。

2 存在的问题及应用展望

2.1 存在的问题

在绘图方面，首先Revit软件占用内存较多，目前一般办公用计算机难以正常运行；再者Revit软件的三维绘制功能需要不断完善以提高绘图效率；三是Revit设计时，不如CAD设计便利，需要加大二次开发力度。

2.2 应用展望

由于建立三维模型只是最基础的部分，如何添加模型信息才是重点。作为设计者，可能关注设备的材质、尺寸和安装方式；作为施工单位可能关注设备的重量、耗材、安装所耗的工时等因素；作为业主，可能关注设备的厂家、使用寿命、运行维护情况等因素。要实现BIM技术的全过程管理，就要研究这些信息添加的需求，制定一套标准的参数格式，只有从最初建立BIM模型就规划好此部分的内容，才能在成果交付的各个环节更顺利地交接。

3 结束语

采用BIM技术进行牵引变电所设计，可以更具体地展示设计成果并有利于信息化管理。介绍了使用Revit设计牵引变电所的流程，并探讨了BIM技术在牵引变电设计中的应用前景和未来的研究方向。在我国电气化铁路行业，BIM技术的研究还处于一个初级阶段，相信随着设计软件的不断推广和完善，标准的不断建立，各参与方的共同努力，可以真正的实现工程信息化设计和信息化管理。

[1] 张建平． BIM技术的研究与应用[J]． 施工技术，2011(1)：15-18．

[2] 何关培． BIM在建筑业的位置、评价体系及可能应用[J]．土木建筑工程信息技术，2010，2 (1)：109-110．

[3] 苗倩． 基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真研究[D]． 天津：天津大学，2011．

[4] 林坤河，关宏德． BIM在建筑电气设计中的应用情况及探讨[J]． 建筑电气，2012(5)：76-77．

[5] 贺威俊，高士斌，张淑琴，等． 电力牵引供变电技术[M]．成都：西南交通大学出版社，1998．

王丽霞：中铁第一勘察设计院集团有限公司电化处，工程师，陕西 西安，710043

责任编辑 卢敏

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1672-061X（2015）06-0087-03