全专业三维协同设计在抽水蓄能电站中的应用

陈 沉 ，陆真嘉，斯铁冬，张文东

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江杭州，311122）

0 引言

“三维协同设计”是一种全新的设计手段，是工程行业的一次技术革命。相比于二维设计，它带来的是一种全新的设计模式和协同状态，能够极大地提高企业生产力以及产品质量，同时为优化施工方案、指导工程施工以及为设计产品的最终交付提供了新的思路和途径。抽水蓄能电站比常规电站标准化程度更高，可实现全专业的三维协同设计。通过协同设计，建立起三维数字化模型，抽取各种施工所需的设计图纸，极大地促进了设计及现场施工效率和质量的提高、现场问题的处理等，三维设计模型成果及图纸成果可依次在勘测、枢纽和工厂的各个设计阶段中得到应用。在竣工阶段可以将三维设计成果轻量化做数字化移交，在三维模型的基础上集成了设计、施工、运维等阶段的数据，为电站运维阶段的应用做了基础准备，实现“一站式”的工程管理、资产管理、生产管理、安全管理、运监管理、资料管理等。

1 三维协同设计技术应用情况

1.1 勘测三维设计

抽蓄电站勘测三维设计分为数据库和三维模型两部分。数据库中主要是地质元素数据，包括项目各阶段勘察地质资料和大量的施工期地质数据，由现场基于地质三维勘察设计系统Geostation收集、编录而成，包括地形数据库、地质数据库、勘探数据库、物探数据库、试验数据库、观测数据库等。基于数据库、通过地质三维勘察设计系统GeoStation建立起来的勘测全信息三维模型，主要包括三维地形、地质线框模型、地质界面模型、实体模型。

图1 勘探模型示意图Fig.1 Schematic diagram of geological model

图2 地质面模型Fig.2 Geological surface model

图3 地质实体模型Fig.3 Geological solid model

同时，抽蓄电站工程地质图纸全部通过地质三维勘察设计系统Geostation完成自动抽取。

1.2 枢纽工程三维设计

通过坝工、厂房、引水、路桥、金结、建筑、观测等专业的三维建模及配合，在对可研成果进行修改完善的基础上，完成枢纽建筑物的细化、优化工作。固化后的三维模型满足由三维模型直接抽取加标注生成结构布置图作为招标附图和技施图的要求，并且基本实现了三维校审。

图4 某抽蓄电站枢纽鸟瞰图Fig.4 Aerial view of a pumped storage power station

1.3 工厂系统三维数字化协同设计

工厂三维数字化设计应用的范围包括：厂房土建结构及机电设备布置设计、三维出图、设计联络会和设计交底应用等；应用的专业包括：厂房、建筑、水机、电一、电二、暖通、给排水等工厂三维设计全专业；设计阶段包括了可研设计阶段、土建标招标设计、机电标招标设计、机电标技施设计全过程。

工厂三维数字化设计应用的具体内容包括：工厂各专业三维建模协同设计及设备布置优化、电气端子接线和电缆敷设设计、工程量计算、分析计算、三维出图、设计交底及联络会应用等。因抽水蓄能电站厂房机电设备繁多，为了使设备布置更加合理，减少设备及管线间的“错、漏、碰、缺”，开展了厂房、建筑、水机、电一、电二、暖通、给排水等工厂三维设计专业参与的三维数字化协同设计。各专业在同一个协同设计平台上进行设计，能够实时了解其他专业的设计成果，可以更好地进行专业配合，使厂房布置设计达到最优。

1.4 三维出图

由于在三维设计建模阶段，各专业已经在协调设计平台上进行了很好的沟通和配合，通过模型浏览、碰撞检查、三维校审等先进技术手段，基本消除了专业间的冲突，使最终的设计方案基本达到最优；此外，自动统计材料表的功能也确保了材料统计的准确性，因此，三维出图的质量和效率得到了很大的提高。

1.5 设计联络会和设计交底应用

图5 某抽蓄电站厂房三维总装模型Fig.5 3D assembly model of a pumped storage power station

图6 某抽蓄电站主厂房三维模型Fig.6 3D model of main powerhouse of a pumped storage powerstation

图7 某抽蓄电站副厂房三维模型Fig.7 3D model of auxiliary powerhouse of a pumped storage powerstation

图8 三维模型碰撞检查Fig.8 Collision check of 3D model

图9 三维模型漫游查看Fig.9 Walkviewof 3Dmodel

在机组设计联络会上，通过三维模型展示电站的设备布置和土建结构尺寸，使参会各方都能够直观地得到设备布置的准确信息，从而为设备布置的优化、解决问题最佳方案的发现创造了有利的条件。设计交底为设计单位必须履行的一项义务，通过三维数字化模型向施工单位进行设计交底，克服了传统的采用多张平面图纸进行交底的缺陷，能够更好地表达设计的意图，使参建各方对工程形成直观的概念，强化了设计交底的效果，在一定程度上减少了现场施工中的返工处理，为工程顺利施工起到了很好的推动作用。

2 数字化移交及数字化管理应用

抽水蓄能电站的数字化移交结合工程项目进度开展渐进式移交，数据移交范围包括整个抽水蓄能电站的地形地质、厂房和枢纽系统，利用数字化移交系统在移交过程中建立对象之间的相互关系，以及移交数据与三维模型之间的对应关系，形成数字化资产管理系统。数字化资产管理系统基于三维可视化模型，支持从系统、空间位置、模型等多入口进行资产信息的查询。

图10 某电站数字化管理系统Fig.10 Digital management system of a power station

3 结语

三维数字化设计和工程全生命周期管理是工程设计的新起点，将引领着工程建设和运维手段的全面革新，也将引导市场延伸出巨大的数字化设计、施工、运维咨询等业务市场。