BIM技術(shù)在風電場升壓站三維正向設(shè)計中的應(yīng)用★

王文利 謝曉宇 秦 浩 楊朦朦 高圣智

(武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

升壓站是風電場設(shè)計的重要內(nèi)容之一，主要包括升壓站位置的選取和各專業(yè)施工圖的繪制等內(nèi)容。一方面風電場建設(shè)集中在風資源好的山地、戈壁等偏遠地區(qū)，由于這些地區(qū)范圍大，地勢復(fù)雜多變，通過傳統(tǒng)測繪確定升壓站的位置工作量巨大且周期較長；另一方面在升壓站的設(shè)計過程中涉及到道路、建筑、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、電氣、給排水等眾多專業(yè)，各專業(yè)之間協(xié)同工作程度及數(shù)據(jù)交換的暢通性，對整個風電場升壓站項目設(shè)計方案制定的效率和效果有很大影響[1]。正因為風電場設(shè)計項目具有地域廣、專業(yè)多的特點，若是利用將全部地形信息、道路信息、建筑信息、結(jié)構(gòu)信息附著在模型上進行設(shè)計和精細化模型創(chuàng)建，顯然很難實現(xiàn)。

結(jié)合風電場升壓站設(shè)計項目的特點，本文提出BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計，發(fā)揮BIM(即Building Information Modeling建筑信息模型)技術(shù)具有精細的幾何特征、豐富的屬性信息的特點，進行風電場升壓站建筑物及電氣設(shè)備的精細化設(shè)計模型的創(chuàng)建。

三維正向設(shè)計是指直接利用三維軟件進行施工圖的設(shè)計，達到真正的可視化目的，能節(jié)約巨大的資金和人力、物力，在國內(nèi)許多大型設(shè)計院已經(jīng)在三維正向設(shè)計方面進行了積極的探索，在歐美許多國家也已經(jīng)制定政策全面推動三維正向設(shè)計。三維正向設(shè)計也是BIM應(yīng)用的終極目標[2]。

本文以何家山風電場設(shè)計項目為例，首先利用CIVIL 3D軟件進行三維可視化升壓站選址[3]，然后利用BIM技術(shù)將CIVIL 3D軟件生成的地形圖和道路布置導(dǎo)入到Revit軟件，并進行風機塔架和升壓站三維參數(shù)化模型的創(chuàng)建，從而直接生成二維的施工圖和深化設(shè)計圖。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)即“建筑信息模型”，是創(chuàng)建并利用具備全方位建設(shè)項目數(shù)字化信息的模型對建設(shè)工程項目的設(shè)計、建造、運維及拆除的全生命周期進行優(yōu)化和管理的過程、方法和技術(shù)[4]。BIM技術(shù)應(yīng)用到項目的設(shè)計，一方面可以實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，較好的避免專業(yè)間的設(shè)計沖突，從而影響工程建造和運維；另一方面，BIM模型中構(gòu)件的幾何特征和屬性信息比較全面，具有較強的可視化作用。

BIM技術(shù)能夠給風電場設(shè)計項目提供全新的數(shù)字化、可視化和量化的工具，同時促進風電場設(shè)計建設(shè)從二維設(shè)計或利用二維圖紙進行三維模型翻建向三維正向設(shè)計轉(zhuǎn)變，縮短風電場設(shè)計周期和設(shè)計成本，提高設(shè)計質(zhì)量。

2 工程概況及實施方案

2.1 工程概況

大唐廣元何家山風電場位于四川省廣元市利州區(qū)境內(nèi)，整個風電場場址內(nèi)由數(shù)條近西南—東北走向的主山脊及支脈山脊組成，海拔高度介于1 350 m～1 670 m，場址總面積約28.9 km2。何家山風電場建設(shè)規(guī)模102 MW，擬安裝單機容量為2 000 kW風電機組51臺，初擬新建一座110 kV升壓站。

2.2 BIM技術(shù)三維正向設(shè)計實施方案

首先利用CIVIL 3D軟件進行得到三維場地模型，再利用Meteodyn_WT軟件建立場區(qū)模型，三維模擬場區(qū)資源特點，實現(xiàn)機位快速選擇與布置，然后利用BIM技術(shù)將CIVIL 3D軟件生成的地形圖和道路布置導(dǎo)入到Revit軟件，并進行風機塔架和升壓站三維參數(shù)化模型的創(chuàng)建，從而直接生成二維的施工圖和深化設(shè)計圖。

3 BIM在風電場三維正向設(shè)計應(yīng)用

3.1 升壓站的三維選址

升壓站的選址需要綜合考慮風電機組的點位、升壓站面積大小、升壓站場址高程差及送出線路方向等因素。CIVIL 3D軟件能夠較快較準的得到整個風電場場區(qū)的三維場區(qū)模型和相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對場區(qū)模型風資源的分析可以合理確定風機機位；進而規(guī)劃出合適的交通路線進行道路設(shè)計，最終將升壓站需布置在風電場中央地帶，地勢相對平坦，地質(zhì)條件好的地方[5]，如圖1所示為風機機位示意圖。

3.2 風機塔架BIM參數(shù)化建模及深化設(shè)計

由于風機塔架構(gòu)造復(fù)雜，包括葉片、輪轂、機艙、塔架等復(fù)雜構(gòu)件，空間體量復(fù)雜且不規(guī)則，無法按照常規(guī)方式采用軟件自帶的構(gòu)件族進行模型創(chuàng)建。故本項目的建模工作采用建立風電塔架構(gòu)件專用族庫的方法，首先對塔架各個復(fù)雜構(gòu)件進行精細的參數(shù)化的族文件的創(chuàng)建，并精確定位模型的參考點；然后將族文件載入至項目中，依據(jù)各個族文件的參考點將其裝配在一起，從而構(gòu)成完整的風電塔架模型。

3.3 升壓站各專業(yè)BIM參數(shù)化模型協(xié)同創(chuàng)建

升壓站主要由建筑樓宇結(jié)構(gòu)區(qū)、電氣一次、二次設(shè)備區(qū)和附屬結(jié)構(gòu)區(qū)等組成，涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等多個專業(yè)。傳統(tǒng)的二維設(shè)計往往會由于信息傳遞不及時，導(dǎo)致專業(yè)之間圖紙沖突較多，對施工進度和成本產(chǎn)生很大影響。于是通過BIM技術(shù)，以Revit軟件為平臺，創(chuàng)建本項目的工作集，全部專業(yè)均在此工作集中進行模型的搭建，由項目負責人對設(shè)計工作進行統(tǒng)一的分配和校審。圖2為升壓站某一單體建筑整合后的各專業(yè)模型。

在各專業(yè)模型創(chuàng)建過程中，由于Revit自帶的族文件類型有限，譬如變壓器、斷路器、接地變等電氣設(shè)備在Revit自帶的族庫中均沒有，需要進行其定制化族文件的創(chuàng)建，并將建好的族文件載入建筑模型的設(shè)備室中進行調(diào)整。如圖3～圖5為本項目新建的部分族文件。

3.4 施工圖導(dǎo)出

創(chuàng)建好了三維模型之后，就可以結(jié)合施工要求，進行相應(yīng)的標注，進而可以快速的生成二維圖紙的功能，實現(xiàn)由三維轉(zhuǎn)二維的過程。對于不同項目升壓站設(shè)計過程中，可以對某些建筑構(gòu)件或電氣設(shè)備的族文件進行參數(shù)化的設(shè)置，以族文件的形式導(dǎo)入到其他待設(shè)計項目的模型文件中，進行快捷的三維正向設(shè)計。

4 結(jié)語

以何家山風電場升壓站設(shè)計項目為例，系統(tǒng)介紹了BIM技術(shù)在風電場升壓站項目三維正向設(shè)計中的應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用極大提高了工程設(shè)計的準確性、高效性和美觀性，顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計模式。

鑒于BIM軟件接口不完善、工程復(fù)雜度強的因素，目前BIM技術(shù)在風電工程行業(yè)的應(yīng)用仍較少[6]，特別是在施工和運維階段的應(yīng)用極少，未來我們將繼續(xù)探索BIM技術(shù)在風電行業(yè)的研發(fā)應(yīng)用，為新能源建設(shè)發(fā)展提供更多的幫助。