劉 睿 陳凱凱

(華北電力大學(xué)，北京 102206)

0 引言

BIM技術(shù)是一種持續(xù)改進(jìn)建筑計(jì)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過程的技術(shù)，它使用標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器可讀的信息模型為每個(gè)建筑部件及設(shè)備建模，該模型包含獨(dú)立創(chuàng)建和收集的能夠在建筑的全生命周期使用的建筑部件及設(shè)備信息[1]。

BIM技術(shù)在民用建筑中的應(yīng)用日漸成熟，而在電力等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中發(fā)展較慢。其原因可歸結(jié)為:一者電力等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)體量大，專業(yè)分工多，新技術(shù)應(yīng)用難度大；再者電力等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)大多屬于政府投資項(xiàng)目，其運(yùn)用新技術(shù)的動(dòng)力不足。

電力工程BIM設(shè)計(jì)技術(shù)是借助三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，以三維設(shè)計(jì)模型為主要成果、設(shè)計(jì)成果在全生命周期范圍內(nèi)得到應(yīng)用的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)。電力BIM技術(shù)是數(shù)字信息技術(shù)在電力工程的具體應(yīng)用，是用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法。電力工程BIM設(shè)計(jì)的核心成果是三維設(shè)計(jì)模型，三維設(shè)計(jì)模型以電力工程各相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)工程建設(shè)全要素進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，建立輸變電設(shè)備、設(shè)施及材料等物理模型和電氣一、二次接線等邏輯模型的工程信息集合，具備完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性、唯一性、擴(kuò)展性等特點(diǎn)，且滿足可視化、可分析、可編輯、可出圖等工程全壽命周期應(yīng)用需求。

電力工程BIM設(shè)計(jì)是利用BIM設(shè)計(jì)的理念、方法和手段，通過專業(yè)化的BIM設(shè)計(jì)工具，對(duì)電力工程進(jìn)行全過程設(shè)計(jì)，輸出符合BIM設(shè)計(jì)理念、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的設(shè)計(jì)成果。

電力工程BIM設(shè)計(jì)是將BIM技術(shù)融入到電力工程的設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)多個(gè)專業(yè)共同參與整個(gè)電力工程的協(xié)同設(shè)計(jì)，包括電氣、總圖、建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、技經(jīng)等專業(yè)，利用專業(yè)的、成熟的智能輔助設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享、繼承及協(xié)同，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的多維協(xié)同設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中形成的數(shù)字化數(shù)據(jù)可以共享傳遞給施工、采購(gòu)、運(yùn)維等階段，覆蓋工程項(xiàng)目各個(gè)階段，具有數(shù)字化關(guān)聯(lián)關(guān)系，服務(wù)于電力工程全壽命周期管理。

電力工程BIM設(shè)計(jì)的最終目的是提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)移交、設(shè)備采購(gòu)、工程建設(shè)招標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)施工管理、ERP(Enterprise Resource Planning)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、PMIS(Project Management Information System)生產(chǎn)管理系統(tǒng)等各個(gè)階段的工程管理提供數(shù)據(jù)源支撐，提高電力工程全壽命周期管理效率和質(zhì)量。

電力工程BIM設(shè)計(jì)方法有三維數(shù)字化建模，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，三維建模標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。三維協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化了常規(guī)設(shè)計(jì)的串行設(shè)計(jì)模式，可縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。

1 電力工程BIM設(shè)計(jì)流程

電力工程BIM設(shè)計(jì)技術(shù)是三維技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、協(xié)同技術(shù)在電力設(shè)計(jì)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新；是以電力設(shè)計(jì)對(duì)象數(shù)字化表達(dá)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電力基礎(chǔ)信息集成化、設(shè)計(jì)過程智能化、設(shè)計(jì)平臺(tái)一體化、專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同化、設(shè)計(jì)成果數(shù)字化、可視化、應(yīng)用成果全程化；形成包含設(shè)計(jì)對(duì)象數(shù)據(jù)、工程過程信息等內(nèi)容。利用BIM設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)變電站工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，電力工程BIM設(shè)計(jì)方法有三維數(shù)字化建模，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，三維建模標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。三維協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化了常規(guī)設(shè)計(jì)的串行設(shè)計(jì)模式，可縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。三維協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2 電力工程BIM全過程設(shè)計(jì)

2.1 電力工程BIM設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

工程開始之前需收集工程所需圖紙。首先收集工程電氣一次相關(guān)圖紙，包括主接線圖、平面布置圖、各配電裝置的布置圖、斷面圖以及接線圖；然后收集土建相關(guān)圖紙。電力工程設(shè)計(jì)范圍包括電氣一次、總圖、建筑、結(jié)構(gòu)、水暖等內(nèi)容。

2.2 設(shè)備建族

電力工程BIM設(shè)計(jì)開始，首先進(jìn)行設(shè)備族模型建立，需要建立本工程BIM設(shè)計(jì)所需的設(shè)備族模型包括變壓器,斷路器,電流互感器,電壓互感器,HGIS,GIS,避雷器,電抗器,電容器組,站用變,屏柜,隔離開關(guān)等相關(guān)設(shè)備族模型。

2.3 主接線設(shè)計(jì)

以BIM為理念的主接線設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主接線系統(tǒng)搭建、確定主變?nèi)萘亢碗娍蛊骷半娙萜鹘M參數(shù)等信息、短路電流計(jì)算、設(shè)備選型校驗(yàn)、設(shè)備賦值、回路標(biāo)注、期次劃分、設(shè)備編碼、主接線設(shè)計(jì)成果發(fā)布等內(nèi)容[2]。

2.4 電氣布置設(shè)計(jì)

電氣布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電氣一次設(shè)計(jì)布置和電氣二次設(shè)計(jì)布置[3]。其中，電氣一次設(shè)計(jì)布置包括電氣一次設(shè)備布置、母線布置、導(dǎo)線連接、電纜溝和橋架布置、照明設(shè)備布置、避雷針及避雷線布置、接地網(wǎng)布置等，電氣二次布置包括屏柜布置、屏柜內(nèi)裝置及柜面布置、監(jiān)控?cái)z像頭布置、防護(hù)網(wǎng)布置、消防報(bào)警布置等[4]。

可以分成兩種辦法進(jìn)行設(shè)備布置：一種是首先進(jìn)行主接線設(shè)計(jì)，把主接線已經(jīng)賦值的設(shè)備導(dǎo)入工程模型庫(kù)里面，然后進(jìn)行設(shè)備布置；另一種是主接線與設(shè)備布置同時(shí)進(jìn)行，然后給設(shè)備賦值，通過編碼把兩者聯(lián)合起來。在已經(jīng)完成的主接線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行電氣一次設(shè)備布置，設(shè)備布置主要以第一種方式進(jìn)行操作。

2.5 防雷接地設(shè)計(jì)

三維防雷設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括避雷針布置、防雷計(jì)算、輸出保護(hù)范圍表和計(jì)算書。有效的防雷保護(hù)可以減少或者避免人員財(cái)產(chǎn)損失。而對(duì)于電力工程來說更是重中之重，如果設(shè)計(jì)有缺陷那將會(huì)造成重大事故。

對(duì)于大型工程來說，接地設(shè)計(jì)跟防雷設(shè)計(jì)一樣是不可缺少的一部分，有效的接地保護(hù)可以減少或者避免人員財(cái)產(chǎn)損失。而對(duì)于電力工程來說更是重中之重，當(dāng)電力設(shè)計(jì)遇到故障或者事故的時(shí)候，可以保護(hù)檢修或者操作人員人身安全。但是在接地設(shè)計(jì)包括接地網(wǎng)的繪制、接地極的插入、大量的準(zhǔn)確材料統(tǒng)計(jì)，以及修改方案后材料的更新等。

2.6 總圖設(shè)計(jì)

總圖設(shè)計(jì)即總平面圖設(shè)計(jì)，總圖專業(yè)的主要內(nèi)容包括站區(qū)的總平面設(shè)計(jì)、站區(qū)的護(hù)坡、擋土墻等的設(shè)計(jì)、站區(qū)內(nèi)道路的規(guī)劃以及對(duì)廠區(qū)內(nèi)各種建筑物、構(gòu)筑物的具體布置[5]。

總圖設(shè)計(jì)思路根據(jù)站區(qū)所在的地理位置、站區(qū)的容量及站區(qū)內(nèi)的建構(gòu)筑物劃分情況等進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路為通過Civil 3D對(duì)站區(qū)周邊地形環(huán)境進(jìn)行模擬，模擬站區(qū)用地的基本情況，并將站區(qū)及周邊環(huán)境導(dǎo)入到Revit然后對(duì)站區(qū)進(jìn)行詳細(xì)道路、圍墻、電纜溝及排水溝等的設(shè)計(jì)。

2.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為場(chǎng)地結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)兩部分：場(chǎng)地結(jié)構(gòu)及承重類結(jié)構(gòu)，承擔(dān)設(shè)備及建筑的主要受力部分，主要包括場(chǎng)地中的構(gòu)架、支架及建筑底部基礎(chǔ)、基礎(chǔ)埋件及建筑中起到支撐作用的部分，如框架結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱等部分[6]。場(chǎng)地結(jié)構(gòu)中主要進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括場(chǎng)地中的構(gòu)架、支架、相關(guān)基礎(chǔ)及埋件。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，場(chǎng)地結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)，一方面滿足建筑的安全適用性，另一方面滿足建筑的經(jīng)濟(jì)性，控制建筑的成本，以滿足建筑相關(guān)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

2.8 建筑設(shè)計(jì)

建筑BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，變電站BIM設(shè)計(jì)中的建筑設(shè)計(jì)方法和一般建筑BIM設(shè)計(jì)一樣。在變電站中，建筑設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括主控通信樓設(shè)計(jì)、繼電器小室設(shè)計(jì)、配電室設(shè)計(jì)和消防小室設(shè)計(jì)等。

2.9 水暖設(shè)計(jì)

水暖設(shè)計(jì)是指水工設(shè)計(jì)和暖通設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、消防噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。水暖設(shè)計(jì)步驟包括：管道構(gòu)件配置，管道數(shù)據(jù)信息配置，管道系統(tǒng)類型建立，水暖設(shè)備模型布置等。

2.10 協(xié)同設(shè)計(jì)

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM設(shè)計(jì)的核心，是設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢(shì)，是提升設(shè)計(jì)管理水平、設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的主要手段和方法。協(xié)同設(shè)計(jì)可以將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)信息和成果通過交互和整合形成有機(jī)整體[7]。

協(xié)同設(shè)計(jì)思路是基于三維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際工程協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用，一般需要對(duì)工程參與人員的角色和權(quán)限進(jìn)行劃分，明確不同專業(yè)間的專業(yè)分工和權(quán)限。各專業(yè)按照設(shè)計(jì)流程和任務(wù)各自開展設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)的過程中通過協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行成果發(fā)布和提資交互，通過協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行各專業(yè)設(shè)計(jì)成果的整合，并對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行電氣安全凈距校驗(yàn)、碰撞檢查、防火間距校核、安裝通道和吊裝空間檢查等，校核設(shè)計(jì)中問題并進(jìn)行相應(yīng)的修改和完善，直至完全滿足設(shè)計(jì)要求和深度。

3 設(shè)計(jì)成果

工程BIM設(shè)計(jì)完成后可以輸出的初步設(shè)計(jì)成果主要包括以下內(nèi)容：全站BIM設(shè)計(jì)模型；場(chǎng)地平整圖和土方量計(jì)算結(jié)果表；主接線設(shè)計(jì)圖紙；平面圖和斷面圖；材料統(tǒng)計(jì)表；計(jì)算結(jié)果表和計(jì)算書；安全凈距校核、碰撞檢查等；全站三維渲染和漫游成果等。全站成果圖和局部圖如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電力工程運(yùn)營(yíng)規(guī)模不斷加大，傳統(tǒng)管理和技術(shù)手段難以應(yīng)對(duì)日益增加的任務(wù)，亟待尋求更加有效的管理和技術(shù)手段。本文通過對(duì)電力工程設(shè)計(jì)階段的流程梳理，為BIM技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)全過程中的應(yīng)用提供參考依據(jù)，同時(shí)也可為其他基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域參考。

本文旨在推動(dòng)電力工程BIM設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，為BIM技術(shù)在其他基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的應(yīng)用提供參考思路。下一步工作計(jì)劃:以電力工程BIM在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用為基礎(chǔ)，拓展到采購(gòu)、施工、運(yùn)維等全生命周期中，使電力工程BIM在電力工程中得到持續(xù)應(yīng)用。