BIM技术在某水电站电气一次设计中的应用

姜 睿

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830001)

1 工程概况

随着计算机技术及工程设计理念的不断发展，三维设计凭借其立体化、智能化和模型建成后的高效率等优势，在水电工程设计过程中的应用越来越广泛。三维设计作为BIM技术应用的重要组成部分，与传统的二维设计相比，具有将设计效果直观展示的优势，不仅可以立体化的展示各专业设备的空间布置关系，还可以通过智能化的碰撞检查等工具检查设备间的干扰情况，并且当一个类型的设备模型建成之后，在后续工程设计中，可直接通过修改参数来驱动模型，快捷的得到所需设备模型，诸多优势使得三维设计逐渐成为一种重要的设计手段，也是BIM技术应用的实施基础，本文以某水电站电气一次三维设计为例，介绍BIM技术在水电站电气设计中的应用，并藉此探讨BIM技术在当前水电站设计中的优越性及推广中存在的问题。

水电站工程位于新疆伊犁地区，电站总装机容量50MW，单机容量25MW，共2台机组。电站厂房为引水式河岸厂房，副厂房在主厂房上游，开关站采用220kV GIS全封闭组合电器，布置在副厂房三层，220kV出线场设在副厂房屋顶，副厂房二层为电缆夹层，副厂房一层布置电站中控室及直流厂用电设备。电站的机组口与共箱母线连接，断路器采用发电机专用真空断路器，装设在10.5kV高压开关柜内，布置在副厂房水轮机层，变压器型号为SF10- 63000/220，额定容量63MVA，布置在副厂房上游，变压器低压侧通过油/空气套管与三相共箱母线连接；高压侧通过油/SF6套管与GIS设备SF6气体绝缘全连封闭管道母线连接。

2 三维设计的应用

2.1 三维设计流程

在三维设计过程中，首先要完成模型的建立，在电气一次专业三维设计过程中，需要建立的族文件包括：开关柜、变压器、二次盘柜、GIS设备、户外出现场设备、桥架布置等。该工程电气专业使用的三维设计软件为Autodesk公司为的Revit MEP，它是一款用于Microsoft Windows操作系统的CAD产品，电气专业使用该软件与其他专业所使用的Autodesk Inventor、Autodesk civil 3D等三维设计软件均能够无缝连接。

在Revit MEP中，族文件即模型，族库就是Revit Mep的模型库，是Revit Mep进行项目设计的重要组成部分，只有建立了完备的族库，才能在项目文件中进行布置与连接，并且将族文件参数化，在以后只需要通过修改在族文件中定义好的参数，就可以将族文件调整成所需要的模型，提高了工作效率，做到一次输入重复使用。在建立族文件的过程中，分别对前述设备进行建模并参数化，再将建立好的族文件调用进项目文件中进行布置，在建立族文件时，如GIS等结构较复杂的设备，可以根据设备的结构，将设备按不同间隔分为多个族文件进行建立，再创建为组文件，便于设备模型的参数化，也符合实际设备的预装方式，使得族文件更加灵活，便于以后的项目调用。变压器模型、GIS设备、屋顶出线场户外设备如图1、2、3所示。

图1 变压器族文件渲染图

图2 GIS族文件组装渲染图

图3 屋顶出线场户外设备布置渲染图

在所有设备建模完成后，根据上游专业设备的安装高程及现场资料，以及电站电气主接线与各相关规范进行设备布置与预装，通过项目链接的方式，在同一项目中调用各设备模型，进行设备组装与布置，同时根据设备布置的结果，完成母线及桥架的三维设计。由于三维设计的直观性，在进行布置时，各设备间的空间关系一目了然，同时可以通过碰撞检查等工具检查布置成果，减少错误率。值得一提的是，在Revit Mep中预置了便捷的管道与桥架模型，在进行母线与桥架设计时，只需确定走向与高程即能自动生成母线与桥架模型，直观而又便捷的完成该部分的设计，并且可以通过添加明细表的方式自动完成材料表的生成，免去了许多重复工作，提高了生产效率。桥架组装图、电气设备组装渲染图如图4、5所示。

图4 桥架组装布置渲染图

2.2 各专业预装检查与质量评审

在电气设备完成本专业项目文件后，协同厂房、水机、采暖通风通信及金属结构等设备专业将各自项目文件连接进厂房专业项目文件中，进行各专业预装检查，在此过程中对不同专业设备在布置有冲突或不合理之处进行修正，在修正时项目文件不必重新连接预装，各专业只需要将有调整的项目文件更新，整个项目文件就会自动完成更新，各专业间项目文件也可相互链接，作为本专业设备布置的参考依据。完成各专业预装后，进行项目质量评审，对设计深度与原始资料复核，对碰撞与不合理之处进行消缺检查，然后根据评审意见对项目模型做进一步完善。各专业预装效果如图6、7所示。

图6 各专业预装布置剖面渲染图

图7 副厂房剖面布置渲染图

2.3 二维图纸与材料表提取

Revit Mep视图选项中已提供各楼层平面、天花板屏面标高视图，并且在软件中可以通过剖面功能在任意位置进行剖面设置，取得相应位置的剖面视图，然后通过复制视图与设置景深范围功能，可以方便的取得各楼层或天花板视图的二维图纸，且根据自身专业的特性，可以将项目模型中与本专业图纸无关的设备做临时隐藏，以得到美观整齐的二维图纸。通过明细表功能，可以便捷的取得相应设备的材料表。在抽取的二维图纸中进行整合、标注与细化说明后，生成施工图纸。

3 BIM技术在设计中的优越性

BIM技术与传统设计手段相比具有许多优越之处。

3.1 直观立体

传统的二维设计过程中，图纸是通过三视图来表明设备空间布置的关系，在不同专业与设备接口处，因为平面视图的思维盲区，稍有不慎便有可能产生失误，在现场实施发现时往往不便于协调解决，而三维设计方法通过所见即所得的设计方式，准确清晰的反映出设计人员的意图，降低了工程技术人员对不同设备的空间关系的认识难度，使得设备布置更加准确，将设备布置冲突消灭在图纸设计阶段，减少了现场施工过程中的问题，提高了施工图纸的设计质量。

3.2 智能便捷

在BIM技施应用中，模型库一旦建立，便可以在未来的项目中反复调用，通过驱动模型参数，便可以获得不同尺寸的设备模型；在调整模型文件时，在同一项目中导入的该类模型会统一调整，绘制管道与桥架模型时，软件会自动添加相适应的弯头、弯通等连接件，并且可以通过明细表自动统计材料表；在项目模型化后，可以根据需要任意调取剖面，大大减少了设计人员工作量；执行碰撞检查等工具能够替设计人员检查容易疏忽或者不便观察的设备冲突。通过以上种种智能便捷的功能将设计人员从重复工作中解放出来，帮助设计人员发现难以发现的问题，这些优势都是传统的设计手段所不具备的。

3.3 协同高效

三维设计时，各专业在同一平台同时展开设计，通过链接相关专业的最新项目文件，可以实时参考本专业的设备布置与走向，提早确定各自方案，避免出现反复修改。进行各专业预装时，可以直观的看到设计效果，通过碰撞检查避免专业接口中配合不到位而产生的设备局冲突、干扰等问题，并且可以通过模块化的修改，快捷的完成调整，减少对其他专业的影响。

4 BIM技术在实际应用推广中存在的问题

BIM技术作为一种先进的生产设计工具，尚处于推广阶段，根据本文电站的电气一次专业在三维设计实践过程中遇到一些问题。

4.1 先期建模时间长

目前三维设计软件普遍预置了很多设备模型，但是这些模型与实际工作中的要求还有一些差距，很多设备模型需要自行建立，而且各工程中的设备型式也有所差异，因此在三维设计先期建模的时间较长，这个环节相对二维设计更加费时费力，所以只有在三维设计中积累一定经验后，才能真正实现通过模型参数化快捷的进行设计。

4.2 无统一的三维设计标准

目前国内并无统一的三维设计标准，设计平台多种多样，同时三维设计软件也具有专业性强的特点，地勘、土建、设备专业各自使用的软件不同，以电气专业为例，不同的厂家有不同的设计软件，各软件数据文件格式不同，以后无进行数据交换，在部分环节需要重新建模，增加了重复工作。当前推广应用三维设计的各设计院均制定了企业内部标准，但如何在行业中制定统一的三维设计标准，是当下三维设计应用中亟待解决的问题。

4.3 建模能力与纠错能力有待提升

以Revit Mep软件为例，虽然模型功能很强大，但是对于设计中结构较复杂设备的建模能力较弱，例如水轮发电机组中的蜗壳部分，对设计人员而言，较为简单的几何形状模型在实际二维设计中本身错误率也很低，而结构较复杂设备错误率高，但这恰恰是需要三维设计提高设计质量与效率的部分。同时Revit Mep软件的纠错能力欠缺，报错时无法指出相冲突的错误原因而仅仅是指出错误的操作是哪一步，因此在模型调试时耗时较长。

4.4 加大BIM技术应用

BIM技术正处于全面推广阶段，在不同专业的应用也深浅不一，以我院金属结构专业为例，该专业自2008年便已使用三维设计软件作为主要设计手段进行各阶段设计，而现有三维设计软件的功能缺陷，使得对部分专业而言，三维设计软件仅能暂时作为辅助设计软件，BIM设计过程作为一个系统工程，首先要实现三维设计的全面推广，需要各专业在三维设计应用上有相对统一的深度，才能完全发挥出三维设计的优越性，进而能够实现BIM技术的应用。

5 结语

本文介绍了某水电站电气一次设计中的三维建模设计应用，总结了BIM技术在水电行业中的应用经验与推广中遇到的问题。在新技术的摸索与探索中，势必会遇到一些新困难、新问题，但是作为先进设计理念，BIM技术因其具有的信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点，相信在经过一段时间实践经验积累后，必将发挥出其巨大的应用潜力，成为一种主流设计手段。

[1] 周兴东. 电厂三维设计系统的应用分析[J]. 云南电力技术, 2000(09): 42- 44.

[2] 和扁. 三维设计在宝泉水电站水机专业技施设计中的应用[J]. 水力发电, 2008(10): 67- 68.