BIM技术在水电工程标准化设计中的应用

郭 优

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）

水电行业的传统设计方式主要基于Auto CAD软件开展，设计成果通过二维图纸进行转化表达，由于水电工程中往往水工建筑物众多，设备管道布局复杂，设计人员需要想象出空间关系后再在CAD软件中抽象化表示，误差和碰撞难以避免，且设计人员的作图习惯不同，种种因素影响下，图纸质量难以保证。因此传统设计存在专业间沟通成本高、标准化程度低、直观性差等问题。为解决以上问题，近年来随着BIM技术不断推广普及，BIM设计概念也为行业内设计单位所接受，在水电工程中逐渐得到应用[1-2]。由于BIM技术在水电领域发展较晚，理论标准尚不完善，为提高水电工程的BIM设计效率和水平，有必要选用合适的BIM 软件，在此基础上建立一套标准化设计流程，进一步发掘BIM技术的效益。

本文基于Bentley 系列软件，依托某水电站项目，简要阐述BIM技术在水电工程标准化设计中的应用，应用成果可对类似项目起到参考借鉴作用，以期通过对BIM技术的使用和探索，在水电项目中逐渐形成规范化，可复用的应用标准。

1 BIM技术应用现状

BIM（Building Information Modeling）意为建筑信息模型，对其概念性表述不再赘述，在水电工程领域，目前主要基于BIM 模型的可视化特性，开展如碰撞检查、场景渲染、轻量化展示等应用。

1.1 碰撞检查

碰撞检查是BIM 技术提高设计效率的典型应用方式，在水电工程中，专业众多，设计过程中难以充分沟通交流，设备、管道、桥架、结构等发生碰撞难以避免，可能造成设计变更和施工返工，影响工程工期和质量。通过设计过程中的碰撞检查可以有效规避和减少此类问题[3]。

1.2 场景渲染

基于BIM模型可以设置不同模型场景，定义完BIM 模型的材质、光照条件后，按需加载人物、交通工具、景观、水体、天气等多种元素，通过图形渲染和特效处理即可生成一个虚拟现场场景。在该场景中，可以按预设路径进行虚拟漫游或借助VR 设备沉浸式体验，在项目展示，宣传视频等方面应用广泛[4]。

1.3 轻量化展示

为满足BIM技术在工程施工阶段、运维阶段中的使用需求，降低软硬件要求，可通过轻量化引擎解析和转换BIM模型的几何信息，优化显示内容从而大大减少模型的文件大小。模型经过轻量化处理后即可在移动端、web端进行访问，实现BIM+GIS场景融合、关联设计图纸文档、数据共享等功能[5]。

2 BIM软件功能分析

2.1 软件选择

水电工程需要多专业协同作业，因此选择成熟高效的BIM 软件解决方案对保证项目质量至关重要，目前Autodesk 和Bentley 公司的产品技术相对领先，在国内市场占有率高、学习资料丰富、技术支持及时，且均有大量的工程案例支撑。经过比较，Bentley 系列软件在大型基础设施领域中使用更为广泛，对大体量模型的支持性和处理效率更优，数据格式统一兼容性强，所以，更适合水电工程的设计应用。

2.2 软件功能

Bentley系列软件超过400多款，在BIM应用的各个环节均有相对应的产品和服务，软件针对性较强，水电工程通常是大型复杂项目，需要多款软件配合完成，为测绘、地质、建筑、水工、水机、电气、水暖等主要专业设计工作提供良好的支持，各专业选用的Bentley 系列软件详见表1。其中ProjectWise 为协同设计软件，可将各专业的设计全过程集成在一个统一的工作平台上，改变了传统设计的分散交流模式，大大提高了工作效率，也为实现设计的标准化提供了软件基础[6-7]。

表1 Bentley系列软件汇总

为实现标准化的BIM 设计，减少设计人员重复配置、后期调整的工作，Bentley系列软件采用定制工作空间来实现这一需求。工作空间是Bentley系列软件的重要组成部分，目的是为了存储一套适用于某类工程的标准化内容，如图层、文字样式、线型样式、特征、出图配置等，可解决工程项目协同工作中标准化统一等问题。

对某一类或一种项目类型，分软件定制好工作空间后，将其部署至Projectwise服务器（见图1），由项目管理员进行统一管理，设计人员在协同作业时就能统一标准，增强了成果的准确性，减少了修改工作量。

图1 ProjectWise服务器端

3 BIM 技术在标准化设计中的具体应用

3.1 工程概况

本文所选取的工程实例为某抽水蓄能电站，电站装机容量为1200 MW，承担电网的调峰、填谷、调频、调相、储能和紧急事故备用等任务，枢纽布置由上水库、下水库、地下厂房洞室群、地面开关站等部分组成（见图2）。

图2 BIM模型示意

3.2 协同设计环境搭建

基于Projectwise 协同平台搭建项目的设计环境，建立分部位分专业的目录结构（见图3），设置好每一级目录的编辑、访问权限后，即可实现项目信息的集中存储和访问，确保项目信息模型及信息的有效管理、共享[8]。

图3 项目协同设计环境

由于参与设计人员较多，为了满足专业内部BIM模型分装、专业间资料互提、项目模型总装的需要，在开展协同设计前，需要根据水电项目的特点，对设计坐标系进行统一规定：对于测绘、地质、引水、坝工、施工、交通等专业，设计成果相对独立，因此统一按照世界坐标即项目实际坐标点进行设计；对厂房专业，为了方便水机、电气、建筑、金结等专业的机电设备、门窗在厂房内进行布置，采用正交坐标系进行设计，以原点（0，0，0）作为控制点，以上专业均在完成专业分装后再统一移动到项目实际坐标点。

3.3 工作空间定制典型应用

3.3.1 工程量统计

本节以工程中常用的混凝土材料为例，简述通过定制工作空间来实现精确统计厂房工程量的技术路径[9]。

（1）由于Bentley 系列软件多数在美标、欧标的基础上进行开发，首先需要将所需的国标材料类型导入OpenBuildings Designer（OBD）软件内，在OBD软件的设计种子文件中，新建所需材料类型的图层。

（2）OBD软件的材料类型通过类别样式编辑器进行定义（见图4），根据设计中选用的混凝土类别分别添加，并设置材料图层。

图4 类别样式编辑器

（3）编辑材料的工程量计算公式（见图5），在设计过程中正确设置BIM模型的类别样式后，即可通过数据报表输出厂房的混凝土工程量。

图5 工程量计算公式

3.3.2 定制管道系统

水机、给排水、消防等专业管道系统复杂，通过在OpenPlant Modeler（OPM）软件的工作空间中定制一套符合国标的管道及管件，并预设各种管道系统的颜色，可以大大提高相关专业的设计效率。以下简述定制过程和实现功能。

1）在OPM中，不同标准的管件以mdb格式文件存储，整理水电工程中常用的管道、阀门、弯头、三通、法兰等元件，按照现行国标，分压力等级建立从1.0 Mpa到10.0 Mpa的一套国标管道管件数据库（见图6），即可在OPM中调用，方便统计工程量[10]。

图6 国标数据库

2）根据水电站不同管道系统的颜色规定，在设计时即按颜色加以区分，直观且方便修改。在OPModeler.dgnlib 库文件中通过图层管理器新建管道类型图层，规定对应的颜色和线形，同步修改模板文件中的逻辑表达式，将管道的显示样式通过介质代号名与图层关联。

3）在设计种子文件中，添加常用的水、油、气、消防等系统，并细分为技术供水、绝缘油、高压气、消防用水等管道类型作为介质代号，介质代号名与在OPModeler.dgnlib 库文件中新建的管道类型保持一致（见图7）。在后续设计过程中，即可实现管道系统颜色的统一[11]。

图7 管道系统颜色预设

3.3.3 出图配置

Bentley 系列软件主要采用模型、图纸联动的DV 切图方式生成图纸，为了减少出图工作量，尽量接近二维图纸的表达效果，主要对以下几点进行定制[12]。

（1）规范字体和图框。为保持图纸的一致性，在Bentley 系列软件中延用CAD 公司定制字体，按照国标工程字体高度，在字体库文件中添加2.5-20 mm字高的七种字体。项目使用图框按照A4-A0图幅制作，添加图纸标题框后形成此项目的标准切图种子，切图时选择所需的切图种子即可。

（2）自定义材料截面。软件内预设了部分材料的截面填充样式，但和传统表达效果差别较大，在出图前有必要自定义所使用材料的截面，通过在工作空间内的截面库文件中添加或修改截面图形并设置视图组，即可自定义截面的填充效果。

（3）添加常用符号。在二维图纸中有指北针、比例尺、十字坐标等常用符号，对水位、高程标注也有样式要求。将常用的符号做成单元库，并在软件内添加图标，可方便出图时调用或标注。

4 结语

在水电工程设计过程中，基于Bentley系列软件的工作空间功能，可建立一套标准化的BIM设计流程，通过在工程实例中的探索应用，主要形成以下经验成果：

（1）基于ProjectWise 协同设计平台，各专业根据专业特点，在统一坐标系下开展协同设计。通过定制标准化工作空间并部署到服务器端，由管理员统一管理，可规范图层、字体、线形、出图设置等，大幅减少重复配置和后期修改工作。

（2）为统计工程材料，需要先将材料类型添加至软件中，通过类别样式编辑器定义材料类型、显示图层、统计公式后，可通过报表功能输出工程量，提高设计效率。

（3）水电工程中的管道系统较为复杂，可在工作空间中预设颜色区分管道类型，让设计和修改更为直观。按照现行国标，分压力等级建立一套管道管件数据库，可提高BIM设计的准确性和方便统计工程量。

（4）出图效果尽量参考二维图纸，在工作空间中定制字体、图框、材料截面、常用符号和标注样式，可减少出图工作量，提高图纸质量。