BIM在水電設(shè)計(jì)中的全面深入運(yùn)用
——云南金沙江阿海水電站

◎ 本刊記者 寧 冉

項(xiàng)目介紹

阿海水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與寧蒗縣（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段一庫(kù)八級(jí)的第四級(jí)，上游與梨園水電站相銜接，下游為金安橋水電站。

電站裝機(jī)容量2000MW（5×400MW），庫(kù)容8.06×108m3，多年平均發(fā)電量單獨(dú)運(yùn)行為80.98×108kW.h，聯(lián)合運(yùn)行為89.92×108kW.h。電站建成后將成為云南電網(wǎng)的骨干電源之一，對(duì)彌補(bǔ)云南省和西電東送電力電量的不足，增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力，促進(jìn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行和提高供電質(zhì)量等具有重要作用。并在電網(wǎng)中擔(dān)任基荷、調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用任務(wù)。計(jì)劃2012年首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。電站按“無(wú)人值班”設(shè)計(jì)。

解決方案

一、BIM模型概況

水電站設(shè)計(jì)涉及多個(gè)不同專(zhuān)業(yè)，包括地質(zhì)、水工、施工、建筑、機(jī)電等。水工專(zhuān)業(yè)利用Autodesk Revit Architecture進(jìn)行大壩及廠房三維體型建模（如圖3所示）。

圖1 施工中的阿海水電站

圖2 阿海水電站三維效果圖

建筑及機(jī)電專(zhuān)業(yè)（包括水力機(jī)械、通風(fēng)、電氣一次、電氣二次、金屬結(jié)構(gòu)）在此BIM模型基礎(chǔ)上，同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，完成各自專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)（如圖4、圖5、圖6所示）。最終完成一個(gè)水電站項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)工作（如圖7所示）。

圖3 金沙江阿海水電站大壩及廠房模型

圖4 金沙江阿海水電站——壓縮空氣系統(tǒng)模型

圖5 金沙江阿海水電站——機(jī)械專(zhuān)業(yè)三維模型

圖6 金沙江阿海水電站——電氣專(zhuān)業(yè)三維模型

圖7 金沙江阿海水電站——機(jī)電設(shè)備總體布置三維模型

二、BIM模型機(jī)電設(shè)備族庫(kù)的建立

建立完備的機(jī)電設(shè)備三維族庫(kù)，是進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。基于Revit MEP軟件平臺(tái)，昆明院機(jī)電分院BIM設(shè)計(jì)師建立了完備的機(jī)電設(shè)備三維模型參數(shù)化族庫(kù)。水機(jī)、通風(fēng)、電氣一次等專(zhuān)業(yè)的建模成果覆蓋了水電站BIM設(shè)計(jì)所需的機(jī)電設(shè)備門(mén)類(lèi)，包括水輪發(fā)電機(jī)組、蝸殼、尾水管等主機(jī)三維模型 ；自動(dòng)濾水器、深井泵、排水盤(pán)形閥、水力控制閥、氣罐、低壓空壓機(jī)、油桶等水機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)備三維模型 ；10kV廠用盤(pán)、400V公用盤(pán)、端子柜、主變壓器、GIS設(shè)備、橋架構(gòu)件、燈具、戶外出線設(shè)備等電氣設(shè)備三維模型；離心風(fēng)機(jī)、分體空調(diào)、屋頂風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等通風(fēng)設(shè)備三維模型。圖8所示為部分水電站機(jī)電設(shè)備三維模型。

圖8 機(jī)電設(shè)備三維模型

圖9 Revit工作集界面

圖10 系統(tǒng)分類(lèi)

三、各專(zhuān)業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM設(shè)計(jì)的核心及精華在于協(xié)同。通過(guò)Autodesk Revit MEP軟件平臺(tái)，使用工作集模式（或者鏈接模式），各專(zhuān)業(yè)高效實(shí)時(shí)的在同一信息模型下完成專(zhuān)業(yè)架構(gòu)和設(shè)計(jì)（如圖9所示）。并且通過(guò)過(guò)濾器，按照需要分出各個(gè)系統(tǒng)以進(jìn)行計(jì)算分析以及效果顯示（如圖10所示）。

四、BIM設(shè)計(jì)提供的產(chǎn)品

昆明院BIM設(shè)計(jì)始終堅(jiān)持的理念是為實(shí)際工程服務(wù)、為業(yè)主及施工單位提供高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。BIM設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)階段。BIM設(shè)計(jì)可為客戶提供多種高質(zhì)量施工設(shè)計(jì)產(chǎn)品。包括工程施工圖（如圖11所示）、PDF三維模型（如圖12所示）、漫游視頻文件（如圖13所示）。平面圖、剖面圖以及三維導(dǎo)視圖，共同組成工程施工詳圖。從Autodesk Revit MEP中導(dǎo)出.sat文件，制作成PDF格式的三維模型提供給客戶，客戶可任意旋轉(zhuǎn)、剖切、注釋該模型。通過(guò)Autodesk NavisWorks軟件平臺(tái)制作漫游視頻文件，客戶可提前身臨其境的漫游尚在建設(shè)中的工程。

圖11 工程施工圖

圖12 PDF文件BIM模型

圖13 漫游視頻

五、BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1.提高工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量

BIM設(shè)計(jì)能準(zhǔn)確自動(dòng)生成任意需要的剖面，減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中繪制剖面圖的工作量。并且保證了各個(gè)視圖之間完全對(duì)應(yīng)的關(guān)系，減少因疏忽而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

2.方便設(shè)計(jì)修改

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中，如有設(shè)計(jì)更改，需逐一修改涉及的各個(gè)視圖，易因疏忽而漏改，導(dǎo)致錯(cuò)誤。BIM設(shè)計(jì)中，只需更改其中一個(gè)視圖、剖面或者三維圖，其他所有視圖、剖面以及三維圖將自動(dòng)更改，校審人員可將更多的精力用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和布置合理性的檢查。

3.避免專(zhuān)業(yè)間交叉干擾

水電站設(shè)計(jì)中的各專(zhuān)業(yè)，水工、水機(jī)、電氣一次、通風(fēng)、金屬結(jié)構(gòu)等，基于同一BIM模型開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)工作。各專(zhuān)業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM模型上。相互關(guān)系在三維模型上一目了然，“錯(cuò)、碰、漏”的問(wèn)題迎刃而解。

4.材料的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

水機(jī)專(zhuān)業(yè)的各種設(shè)備、閥門(mén)、管道，電氣專(zhuān)業(yè)的電纜長(zhǎng)度，金屬結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)閘門(mén)的零部件重量及數(shù)量等可以準(zhǔn)確的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。不再需要二維設(shè)計(jì)中繁瑣而極易發(fā)生錯(cuò)漏的材料統(tǒng)計(jì)工作。

5.產(chǎn)品表達(dá)的直觀性

對(duì)于設(shè)計(jì)人員，BIM設(shè)計(jì)可以有效避免一些由于空間想象不正確而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。同時(shí)由于產(chǎn)品實(shí)體模型所帶來(lái)的直觀性，很容易激發(fā)設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的“靈感”，以使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加合理。對(duì)于讀圖的施工人員，通過(guò)三維BIM模型，將大大提高讀圖效率和準(zhǔn)確度。

未來(lái)展望

水電站BIM設(shè)計(jì)的過(guò)程不僅僅是構(gòu)造三維外形的過(guò)程，更是水電站數(shù)據(jù)庫(kù)搭建的過(guò)程。在建立水電站機(jī)電設(shè)備模型庫(kù)的過(guò)程中，設(shè)備技術(shù)參數(shù)應(yīng)該集成在模型中。將門(mén)類(lèi)眾多的設(shè)備組合起來(lái)，構(gòu)成電站各個(gè)功能系統(tǒng)，借助KKS設(shè)備編碼技術(shù)，精確地按系統(tǒng)類(lèi)型、設(shè)備布置位置、運(yùn)行特性等屬性對(duì)設(shè)備進(jìn)行編碼，即為該設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)索引。

基于全息數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，未來(lái)可進(jìn)行以下幾方面的研究工作：電站虛擬運(yùn)行、電站應(yīng)急預(yù)案的制定與虛擬演練、設(shè)備使用狀況分析、設(shè)備更換預(yù)警信息系統(tǒng)、設(shè)備采購(gòu)輔助系統(tǒng)。