BIM设计在水利水电工程电气专业中的应用分析

黄志明

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言

建设工程项目信息模型技术简称为BIM，它是建设工程项目发展与信息技术资源融合的产物。BIM体现了技术特征，也具有设计功能。例如，BIM设计可视性强，可以把只有借助想象才能进行构建的立体空间，通过信息技术与软件功能进行实际模拟，使其转换成“虚拟场景中的实体”。同时，BIM设计协调性相对较高，水利水电工程项目在新时期的专业化发展需求日益增长，需要处理的问题与牵涉到的要素逐渐增多，此时，应用BIM设计可以较好的满足其需求。

1 BIM设计概述

1.1 概念

BIM是英文全称“Building Information Modeling”的首字母缩写形式，翻译为中文为“建筑信息模型”，通常将其称BIM技术。从本质上讲，它是一种以计算机为载体的应用软件，其功能集中体现在“三维建模”方面。通过对BIM技术的应用，能够在“虚拟网络”中，构建与“现场场景”对应的“数据模型”。当前，BIM技术在装配式建筑设计中的运用经验表明，“模型世界”与“现实世界”能够实现全面对应。从实现途径方面看，BIM设计应用，主要是以工业基础类的IFC为标准，如利用水利水电工程项目产品相关的生产要素生成的数据信息，对其实施标准化的设计与处理，以及表达，从而完成BIM技术在电气专业设计中的系统性运用等。

1.2 应用现状

从应用现状方面看， BIM技术在水利水电工程设计中已涉及各个方面。因此，其应用范围相对广泛。然而，在当前的应用中，重点仍然集中于多元化应用、专门化应用。尤其是BIM技术应用中存在“二次应用”的现象，浪费了诸多资源。主要表现为①在原有设计基础上，运用BIM技术进行优化处理。②对二维平面设计实施三维空间设计转换。③软件应用差异导致的BIM技术应用受限，以及在同一项目的建设单位、设计单位、监理单位、施工单位之间的信息化标准与格式不统一等。这些均阻碍了其技术的系统性应用。不利于通过BIM技术在水利水电工程设计中的全面、有效运用，因此，间接导致了对其应用后的效用不高等问题。因此，需要增强对其多元化应用的分析，逐渐强化其三维空间设计、集成设计、诸环节设计，化解相关的阻碍因素，为其提供资源支持等。

1.3 比较优势

首先，BIM技术作为一种建筑信息模型，旨在通过对工程项目产品生产建设相关的各项信息数据的采集与处理，从而构建三维可视化的产品设计模型，并使其实现有效运用。因此，从系统性应用方面看，BIM技术的三维空间设计，首先突破了原有的二维平面设计，在根本上转变了设计思维。同时，通过对其三维空间设计功能的使用，可以使信息数据化或数字化的建筑设计一步到位，克服3D类型的设计软件弊端，实现产品信息的全面三维几何化操作。比如，当前的水利水电工程电气三维空间设计中，就将各类电气设备、电气设备相关的各类材料、材料下设的各类性质进行了由上到下的统一设计，能够达到对电气的价格信息、位置信息、性能信息、材料信息、进度信息、重量信息、接地信息、埋管信息、照明信息、电缆敷设信息等全面集成应用。

其次，在三维空间设计基础上，BIM技术的运用集成化程度较高，其工作模式转变到了协同合作方向，运用BIM技术配套的使用软件，可以对协同信息进行全面计算与分析，可以保障水利水电工程电气设计中的材料与设备环节、施工建设环节、投入运营后的维护管理环节，全面纳入到电气信息模型之中，从而完成各个环节之间的协同设计，确保设计环节的系统性、全面性、有效性。当前的应用也证实，应用BIM技术的工作模式，既可以减少“错漏缺”问题，也能够在线实时的开展“联动式修改”，进而降低设计中的时间成本、修改成本等。另外，在现代水利水电工程产业链条上，电气的研发设计贯穿着整个链条。同时，设计环节的IP生产，往往能够扩增原来的水利水电工程项目可营利空间。因此，在水利水电工程电气设计中，十分重视对研发设计环节的投入。需要注意的是，由于诸环节的设计与研发设计环节存在系统性设计与配套性设计的一体化关系。因此，当前的环节设计主要由方案设计、初步设计、施工图设计三大环节构成，节省了针对产业链条诸环节的设计，增加了分步骤的设计环节。

2 BIM设计在水利水电工程电气专业中的应用

2.1 工程概况

以某供水工程项目设计为例，具体要求建设一座新电站，其中，包括1座升压站，并且需要配置35kV户外设备。在初步设计阶段，已经完成了项目参数的录入工作，建立了针对该项目的信息模型。然而，由于建设单位对交付标准有较高的要求。所以，施工单位为了满足其实际要求，对升压站电气设备诸项内容做了进一步优化处理，应用BIM技术实施了具体的电气设计。

2.2 设计准备

（1）制作电气设备族。在BIM设计中，以电气设备族作为基本构成单位，完成信息模型基础创建。具体操作中以Revit系列软件为准，在其自带电气设计族相对不足的情况下。该项目设计人员结合实际对LCU柜与户外配电设备的实际需求，制作了相关电气设备族，为了达到模拟仿真目标，设计人员需要通过外形尺寸、性能参数等细致的数据信息，为电气设备族类赋予清晰性与明确性。

（2）由于水利水电工程电气专业设备族种类多、数量大、属性参数影响大、参数校验、工程量统计相对复杂。设计人员花费了较长时间，户外35kV断路器、LCU柜均为本项目制作的部分电气族，如图1所示。对电气设备中的户外35kV断路器、LCU柜进行了标准化分析，从而制作了与之匹配的内容详细的设备产品族库。

（3）在协同设计工作方式方面，为了使优化设计适用于项目。设计人员未采用各专业共用信息模型协同模式，而是根据各专业的单独信息模型构建方式，进行了较为快速的连接、调用，既化解了设计资源配置相对较低的问题，也使各专业实现了有效配合，起到了对设计失误的有效预防。

图1 户外35 kV断路器及LCU柜电气族

2.3 设计流程及应用

首先，以Revit设计环境为准，制作BIM电气设计信息模型。在初步设计阶段，制作电气专业设备族库。在施工图设计阶段，完成相关电气设计。设计流程如下：整体规划——BIM方案模型——BIM深化模型（水利水电工程、电气专业、MEP多专业协同）——BIM交付模型（自动出图）——竣工模型——竣工图的BIM设计流程。对应BIM设计流程，可以制定出BIM技术在装配式建筑设计中的应用流程。按照对应关系，可以构建由整体规划（效果总图）——平面、立面、剖面设计——整体分析专业协同（电气安装位置、立面示意、连接位置、系统大样和节点大样）——电气深化设计（如尺寸控制图，具体到了设备布置、接地、照明、埋管等各项要素）。

其次，在接地、埋管设计完成后，可提取任意剖面应用于二维出图。再完成供配电系统校验、碰撞检查、模型布置、出图。应用Revit设计环境能够以初步设计阶段创建的电气设备族库，使其族属性在自动生成过程中，转化为具体的设备材料明细表。具体包括：电器设备、设备材料的各类明细。

2.4 设计中的注意事项

BIM技术在水利水电工程电气设计中的应用主要是利用三维模型，对方案设计、初步设计、施工图设计进行参数优化、协同管理、模型优化。简单讲，就是通过BIM技术细化、优化电气设计。因此，在其应用之前，需要先做好设计准备工作。具体而言，要根据电气设备、安装位置、安装阶段等相关数据，先建立一些初步的、粗略的BIM方案模型，相当于在BIM应用软件中画一幅电气设计草图。再实施全面设计。在本次设计过程中，电气设备族库的标准分析与族库创建花费时间较多。其原因主要来自Revit系列软件在水利水电工程电气专业设计方面的族库不够，仅能够满足管线敷设方面的一些基本族类信息。另一方面，辅助软件的兼容性相对较差，在三维图向二维转换后，其中的一些族元素并没有清晰的表达出来。所以，选择了其它软件进行辅助处理。

3 结束语

总之，现代水利水电工程项目产品的生产建设与我国新时代的系统性改革密切关联，为了做好水利水电工程项目，一方面，应该结合实际的电气专业需求，按照电气工业设计思维，选择与其设计需求相一致的BIM技术。另一方面，在BIM设计实践中，应该对其优势进行全面解析，确保在三维建模空间内，合理的应用BIM技术，使水利水电工程电气专业的设计过程中，增强针对各类构成要素参数的精准计算。结合以上初步分析，建议按照具体的水利水电工程项目中，电气专业的实际设计需求，严格按照其电气设备的布置、埋管、线缆敷设、照明、接地等，做好对二维设计方案信息的提取与转换及优化，提高BIM设计在应用实践层面的效用生产效率。