变电站BIM三维建模研究

时苏婕 徐州华电电力勘察设计有限公司

BIM属于一种多维模型信息集成技术，将其科学地运用在变电站三维建模中可以取得良好的成效，增强不同部门以及专业间的交流与互动效率，解决工程建设中的细节问题，而且可以科学地研究与探讨变电站的规划方案，并对方案进行模拟及完善。基于对BIM技术的应用可以显著提高变电站的设计精度、施工效率，降低施工成本，使得工程建设更加安全、可靠。

一、BIM技术概述

在传统变电站工程的设计工作中，通常使用二维平面制图，但是二维制图无法对整个产业链进行支持，与实际各环节、领域之间存在着不高的关联性。对于BIM技术而言，可以有效弥补平面制图的不足，能够对变电站工程的整个周期进行设计，完成全周期的信息模型构建，不仅如此，还能够实现对工程管理的建模分析与研究操作[1]，实现工程全生命周期的交付，使得各个不同的工种进行有机地协调、进行通力合作，有效地优化项目的效果，提升建设效率。

二、变电站BIM建模的总流程

变电站的主体主要包括三大部分：一是建筑部分，其中涉及多个图元，例如门窗、墙体与柱等；二是结构部分，有配置钢筋等；三是电气工程族等。图1展示的即为建模流程。

图1 变电站BIM三维建模流程

三、变电站BIM三维建模要点

（一）标高与轴网

在对变电站进行三维建模操作时，先确定标高以及轴网，才可以为建筑定位奠定良好的基础。只有实现对二者的准确、科学构建才可以使得模型更加精准，要在立体图形中对标高进行绘制，充分发挥软件的作用，自动化、智能化地绘制标高，建立平面视图，在此基础上对轴网进行绘制。或者设计人员在视图选项卡中通过手动的方式将平面视图添加进去，在将标高以及轴网构建完毕以后，保证在东、西、南、北立面视图中轴线可以穿过全部的标高[2]，这样一来才可以在平面视图中充分地显示出整个轴网，为后续的工作奠定良好基础。在结构样板中，必须要科学、精准地设置轴网，要充分发挥“复制/监视”工具的作用，对建筑的轴网进行科学复制，在此基础上才可以为后期的模型链接提供便利。

（二）主体建筑

配电装置楼属于变电站的主体建筑物，楼内含有多个房间，例如GIS室、开关室、电容器室、工器具室等。开关室多位于第一层，要在其底部设置电缆，布置电缆沟。电缆沟设计是工程量统计以及建筑设计中具有十分重要的部分。在实际操作中，要充分发挥楼板与墙体的作用对电缆沟进行设计。在核算定额时，复杂地面属于电缆沟的收费子目，轴线的尺寸面积属于其收费的基础，洞口的面积不需要去除，此处和楼板有着相同的工程量统计规则[3]。然而，在开展预算定额操作中是根据沟体的体积对电缆沟的工程量进行计算的。但是，墙体与楼板都不能够将其体积计算出来，最为科学合理的方式即为借助于体量对体积进行计算。可以借助于体量建模的方式对体量的表面积以及体积进行统计，如此一来，就可以更加科学地完成对电缆沟体积的统计操作。

（三）主体结构

该部分重点是实现对构件的配筋处理，一般状况下，在Revit软件中往往会借助于速博插件实施配筋操作。该插件根据对关键数字的统计，达到构件配筋的目的。基于该插件可以顺利完成较简单的配件操作，例如，粗略地完成对基础梁和柱的配筋操作，再利用手动的方式进行调节，以满足设计的相关标准。然而，该插件也会存在一定的不足之处，即为无法对侧向钢筋进行绘制。不仅如此，仅仅可以利用手动的方式完成对屋顶以及楼梯的配筋操作，而且也要通过手动的方式来调节钢筋的形状与尺寸、调节弯钩角度等[4]，如此一来就会使得结构的建模操作变得十分复杂。在表达复杂钢结构方面，Revit软件有着很大的优势，属于典型的代表。我国著名的鸟巢钢结构框架就是借助于该软件进行模拟分析的，该软件能够完成对钢材与钢筋的精细化建模以及预制加工操作，如此一来就能够有效地节约工程的成本，有着更强的经济性。

（四）附属建筑物

该部分属于变电站的一个重要组成部分，其中涉及事故油池、泵房以及蓄水池等建筑物。在实际操作中，要结合项目的具体要求，在不同的屋顶平面上完成绘制操作。在创建泵房时要采用与配电装置楼较为相似的方式与方法，由墙体出发逐步地完成绘制操作，可以十分简单、快速地完成创建操作。对于蓄水池而言，借助于楼板工具生成其中的水体，通过对材质属性的修改来完成相关的操作。对于事故油池而言，要采用手动式的方式对族进行创建，然后完成对其的构建操作。其中需要注意的是，要在把手以及楼顶等部位生成模型族，在此基础上能够更加方便、快捷地联动变化。

（五）族库建设

在Revit2014中会将基本图形单元称作图元，是利用族建立的。族属于参数化的组件，其中包含大量能够进行自由调节的参数，诸多的参数对图元在项目中的位置、尺寸大小以及材质等关键的信息资料进行管理与控制。通过对于相关命令的科学运用，能够建立多元化、不同类型的族文件。对于变电站而言，族库中涉及多种构件，其中包括变压器、母线、开关柜以及盖板等，如图2所示。图3展示的是模型构建的几何信息与非几何信息属性。根据编码、汉字描述以及英文描述等方式对字段的描述方式进行科学地选择和统一。在建立族的过程中，为了更高效地利用族，达到一族多用的目的，可以对族的参数进行科学、合理地关联，在此基础上达到联动参数化设计的目的。

图2 变电站工程部分族库

图3 模型构建几何信息与非几何信息属性信息

（六）工程量统计

在三维模型建设中可以智能化、自动化地得到项目工程量明细表，然而很多量是无法直接作为计费基准的。例如，电力定额中，要求在梁中要融入梁和板搭接的部分，对于Revit软件，计算规则要求将该部分计算在板中。为了解决矛盾与冲突，可以采用以下方法：首先，再一次地加工信息资料，实现反馈控制。完成操作后，在excel表格中导入各类的明细表，然后完成加工调整操作，并且将其导入至计价软件当中。其次，在前期要对定额计算的基本规则进行全面地了解，将定额规则作为标准，完成建模操作，也就是进行前馈控制。要在设计的环节中有效地防范工程量误差情况的发生。比如，要对楼板边界线进行科学、合理地调节，要利用梁来替代梁和板搭接的部分，在此基础上得到的模型更符合电力的定额规范[5]。对两种方法进行对比分析发现，第二种方法有着更多的优势，在后期完成很少的工作量就可以顺利地完成相关的任务。

四、变电站的BIM三维模型建模

（一）设计阶段

在设计工作中要全面地研究与分析变电站的BIM模型建模要点与规则，对编码体系进行统一；要结合具体的实践案例进行数字化、智能化地设计，使得设计水平得到大幅度的提升。除此以外，要把数字化平台作为载体，实现对设计成果的标准化复用以及积累，为全生命周期奠定良好的基础，提供有力的数据。不仅如此，也可以充分发挥数字化移交技术的作用，完成数字化的评审操作，借助于网络评审的方式可以更加高效地完成操作，有效地节约成本，实现对质量的监督管理与控制[6]。

（二）造价阶段

在造价阶段要全面地分析与探讨变电站的模型三维建模规则与方法，再根据电力工程的概预算标准，更加科学、精准地完成三维正向设计操作。根据自动统计，自动化地造价输出，实现对造价数据的可视化分析，实现造价全过程的应用，在此基础上建立造价以及设计结合的BIM模型建模体系。除此以外，也可以基于BIM模型三维建模的规则与操作，科学地制定自动算量计价规范，实现动态化地造价输出，并且其中会涉及所有的三维数字化设计要素。

（三）施工阶段

基于对变电站BIM模型三维建模的分析与探索，建立相对较为完整、科学的编码体系，根据不同时期变电站数字化成果的数据流通情况，将这些成果提交到施工管理平台中，而且要充分发挥先进技术的作用，例如模拟、仿真以及移动终端等，在此基础上充分确保施工的质量。要充分发挥BIM模型的作用，借助于可视化数字化与网络化技术来完成施工仿真操作，建立五方协同作业平台，包括业主、监理以及施工方等[7]，使得信息变得更加对称，更加公开、公正、透明，从而使得各方可以更好地协同作业，完成任务。

总之，利用BIM技术实现对变电站的三维设计，有助于工程全生命周期的交付，使得各工种进行科学合作，获得更好的成果。其能够得到工程中不同环节的参数，能够科学地管理与控制相关的设施，使得不同专业之间进行更好的交流与协作。该项技术十分便捷、准确，能够有效地缩短工期，改善工程的效率与效果，可以进行数字化地移交，构建更加科学的模型，从而更好地保证变电站的建设质量，更好地满足实际的需求。