BIM技術在牽引變電所設計中的應用研究

■ 王麗霞

BIM技術在牽引變電所設計中的應用研究

■ 王麗霞

探討BIM技術在牽引變電所設計中的應用，以實際工程為例，闡述利用Revit軟件設計牽引變電所的流程。在工程建模的基礎上，總結設計過程中存在的問題，并對下一步需要開展的工作進行展望，為BIM技術在牽引變電所設計中的應用提供新思路。

BIM；Revit；牽引變電所；參數化建模

0 引言

信息化技術的發展影響著基建行業的設計方式，對于牽引變電所這個需要多專業、多過程參與的項目，建立一個完善的信息化模型，可以通過模型分析進行節能設計和碰撞檢查，有效協同建筑、結構、水暖電等各相關專業的工作[1-2]，并通過自動更新所有變更減少整個項目設計失誤。同時，通過信息化模型的傳遞，也能夠在設計、施工、運營管理全流程中有效完成信息的交互，更有效協同設計單位、施工單位、廠家、運營單位等多個參與者之間的信息傳遞，提高工程建設和運營的管理水平。作為工程設計人員，首先建立一個本專業三維信息化模型是完成上述工作的基礎，由于目前我國普遍采用AutoCAD作為二維圖紙設計工具，為了便于二維圖紙和三維圖紙的轉換，采用 Revit軟件作為設計輔助工具，進行牽引變電所BIM設計研究。

1 基于Revit設計平臺的牽引變電所設計

1.1 牽引變電所設計特點

在27．5 kV交流供電的鐵路牽引供電系統中，牽引變電所往往是與站房等建筑相對獨立的設施，采用全室內布置、全室外布置和混合式布置等布置方式。牽引變電所的房屋結構往往相對簡單，主要分布著大量的高壓機電設備和相關的基礎、架構等輔助設施。目前，在Revit平臺下開發了許多輔助設計功能用于機電系統的設計[3-4]，預設了各種管道、橋架、導線族，但是對于牽引變電所內的牽引變壓器、互感器、斷路器等強電設備，沒有相關的預設族，需要建立族進行設計。

以某牽引變電所為例，介紹如何使用Revit工具建立牽引變電所模型。該牽引變電所的布置形式為高壓側室外布置、低壓側室內布置。

1.2 準備工作

首先，為牽引變電所模型建立一個工程。單擊“應用程序菜單”→“新建”→“項目”，選擇一個項目樣板文件創建項目文件，在項目文件的實例屬性中輸入相關項目信息。然后，對于室內部分，需要先鏈接建筑、結構模型，為后續設計工作做一些基本設置。需要特別注意的是，為了保持鏈接模型的位置與項目文件位置匹配，在選擇鏈接文件時的定位一欄設置中要選擇“自動-原點到原點”。

1.3 族文件的建立

由于目前Revit軟件中沒有牽引變電所相關設備，而牽引變電所設備的類型相對較多，模型也相對復雜，因此需要大量的時間來完成牽引變電所設備的三維模型。

1.3.1 高壓側設備

牽引變電所高壓側根據外部電源情況一般分為110 kV、220 kV或330 kV，布置形式分室內布置和室外布置，在環境條件較好（非大風區、污穢等級不高、用地不緊張等）時一般采用室外布置型式。以330 kV為例介紹高壓側設備的建族。高壓側設備主要包含牽引變壓器、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等，以及架空導線、支柱和門型架。根據二維設計圖紙并結合現場情況，對這些設備建立族。圖1為330 kV牽引變壓器，圖2為330 kV隔離開關。

值得一提的是，對于變壓器（其他等級和其他設備也是相同情況）來說，相同廠家相同電壓等級不同容量的變壓器外形有差異，而且不同廠家的相同等級相同容量的變壓器外形結構也不同，因此變壓器的尺寸和外觀千差萬別，并且隨著工藝的改進，同一廠家相同容量的變壓器外觀也在不斷改變。如何在設計圖紙上表現牽引變壓器有兩種思路。一是建立一個標準化模型，主要影響場坪設計和施工的是變壓器尺寸而不是外觀，因此無需完全按照實際的所有細節去表示變壓器，此種設計的思路可以更有效率地完成設計，并更適合于設備尚未招標的前期設計階段；另外一種變壓器表現形式就是完全按照變壓器的實際尺寸和外形來表現變壓器，這種方式使得建立起的族文件難以適用于多次設計，需要由廠家來提供產品的BIM模型，才能更精確更切合實際地在圖紙上變現設備的實際狀況。此設計思路的優點在于能使得圖紙最大可能地貼近現實，更適合于設備招標后的施工圖設計階段。

1.3.2 低壓側設備

我國電氣化鐵路牽引變電所采用27．5 kV交流供電，因此低壓側電壓等級為27．5 kV。27．5 kV側低壓設備布置型式分為室外布置型和室內布置型，室內布置又分為間隔式布置、空氣柜布置和GIS柜布置[5]。其中室內間隔式布置的BIM建模最為復雜，因此以室內布置式為例建立設備族。包含的設備有所用變壓器、斷路器、隔離開關、互感器及保護測控類柜等，以及網柵、網門等輔助設施。圖3、圖4分別展示了2個27．5 kV側的設備。不同于相對獨立的室外布置設備，室內型設備的布置與建筑、結構等專業有密切關系，需要相互配合。

1.4 牽引變電所房屋、總坪布置

在建立了牽引變電所高、低壓側設備的族文件之后，就可以進行工程室內布置的平面圖、軸測圖、大樣圖等的繪制。該工作的基礎為鏈接至該項目的房屋建筑圖。

在建立了變電所各設備的族模型，并且完成了房屋室內布置，最后需要設計整個牽引變電所BIM圖紙。圖5和圖6分別為牽引變電所27．5 kV側間隔式布置和一個總坪圖。Revit三維制圖與傳統CAD二維制圖的區別在于，在房屋布置中，同時考慮各個維度的設備空間關系，區別于二維制圖的平面、立面單獨考慮，能夠更有效地避免出現兩張圖相互矛盾、出現錯漏的問題。與傳統CAD設計出二維施工圖相比，三維參數化設計除了出二維圖紙外，還可以通過設置相機獲取漫游圖來達到復雜空間布局的全方位展示，從而更好地指導施工。

1.5 碰撞檢查

在設計完成本專業BIM設計圖紙后，需要檢查和其他專業之間的關系，找出并調整有碰撞的管線和設備等。使用Revit的“碰撞檢查”功能，具有直觀的三維顯示，能快速準確地幫助用戶定位并修改碰撞的圖元，同時還可導出沖突報告，使項目的設計和施工質量得到保證。圖7、圖8為碰撞檢查示意圖。在碰撞檢測完成并進行相應的修改后，即可出圖。

2 存在的問題及應用展望

2.1 存在的問題

在繪圖方面，首先Revit軟件占用內存較多，目前一般辦公用計算機難以正常運行；再者Revit軟件的三維繪制功能需要不斷完善以提高繪圖效率；三是Revit設計時，不如CAD設計便利，需要加大二次開發力度。

2.2 應用展望

由于建立三維模型只是最基礎的部分，如何添加模型信息才是重點。作為設計者，可能關注設備的材質、尺寸和安裝方式；作為施工單位可能關注設備的重量、耗材、安裝所耗的工時等因素；作為業主，可能關注設備的廠家、使用壽命、運行維護情況等因素。要實現BIM技術的全過程管理，就要研究這些信息添加的需求，制定一套標準的參數格式，只有從最初建立BIM模型就規劃好此部分的內容，才能在成果交付的各個環節更順利地交接。

3 結束語

采用BIM技術進行牽引變電所設計，可以更具體地展示設計成果并有利于信息化管理。介紹了使用Revit設計牽引變電所的流程，并探討了BIM技術在牽引變電設計中的應用前景和未來的研究方向。在我國電氣化鐵路行業，BIM技術的研究還處于一個初級階段，相信隨著設計軟件的不斷推廣和完善，標準的不斷建立，各參與方的共同努力，可以真正的實現工程信息化設計和信息化管理。

[1] 張建平． BIM技術的研究與應用[J]． 施工技術，2011(1)：15-18．

[2] 何關培． BIM在建筑業的位置、評價體系及可能應用[J]．土木建筑工程信息技術，2010，2 (1)：109-110．

[3] 苗倩． 基于BIM技術的水利水電工程施工可視化仿真研究[D]． 天津：天津大學，2011．

[4] 林坤河，關宏德． BIM在建筑電氣設計中的應用情況及探討[J]． 建筑電氣，2012(5)：76-77．

[5] 賀威俊，高士斌，張淑琴，等． 電力牽引供變電技術[M]．成都：西南交通大學出版社，1998．

王麗霞：中鐵第一勘察設計院集團有限公司電化處，工程師，陜西 西安，710043

責任編輯 盧敏

U224；TP319

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1672-061X（2015）06-0087-03