談變電站鋼結構二次深化設計

胡鵬飛 陳 軒 劉偉亮 宗 鋒

(上海電力設計院有限公司，上海 213300)

1 概述

謝國昂等編著的《鋼結構設計深化設計與詳圖表達》[1]介紹了傳統的鋼結構二次深化設計的研究內容，指出鋼結構施工安裝前在工廠加工的特殊性以及構件加工精度要求高，需要大量的工廠二次深化圖紙。國家電網有限公司對輸變電工程的三維建模深度、交付標準等作了規定。中鐵四局采用TEKLA軟件提高深化效率，解決鋼結構生產加工的問題。PKPM軟件公司設置了PKPM-BIM協同平臺，開發了“PKPM轉TEKLA”接口軟件，實現了PKPMSTS和PS模型完整正確地導出到TEKLA中的功能。

2019年由中電聯組織的“2019輸變電工程三維設計發展論壇”上，華東勘測設計研究院、三維設計軟件公司、江蘇電力院等分享了各自的三維開發與應用成果，雖然成果豐碩，但在三維設計應用方面尤其是正向化設計方面尚未取得革命性成果。

電力設計院已進入三維數字化設計階段，但是相關的二次開發軟件尚未形成規模，設計院傳統的設計模式尚未根本轉變。基于此，從電力設計院設計實際出發，提出基于BIM的鋼結構二次深化設計理念、原則、方向。

2 基于BIM的鋼結構二次深化設計理念、原則、方向

2.1 基于BIM的鋼結構二次深化設計理念

鋼結構二次深化設計可以分為兩種模式，傳統二次深化設計模式與基于三維設計的二次深化模式。前者是設計院施工圖設計、廠家深化加工、施工安裝的模式，深化由廠家完成。后者是電力設計院廣泛應用BIM進行三維設計發展的必然，其本質是設計院采用BIM進行三維建模、計算、出圖，依托BIM進行三維協同設計，并進行三維交付的一個過程。

從電力設計院的設計傳統看，電力設計院與加工車間沒有直接關系，這與各自在設計生產中的角色有關；兩者又是有聯系的，施工圖設計深度需要滿足鋼結構制圖與表示方法方面的要求便于廠家識圖，而廠家則可以將加工過程中發現的問題反饋給施工圖設計方，使設計方能夠在設計過程中更加注重施工圖實現的可行性和便利性。

在基于BIM的鋼結構二次深化設計中，電力設計院進行設計時可以向傳統二次深化設計進行有限的延伸，但不能延伸到替代生產廠家的本質工作上去。

2.2 基于BIM的鋼結構二次深化設計原則

基于2.1節，從提高建模效率與出圖質量出發，提出基于BIM的鋼結構二次深化設計原則。

1)適度精細化建模原則。向廠家進行的二次深化設計有限延伸，基于此原則對鋼結構各實體進行分類，確定建模深度。比如在施工圖建模階段，鋼筋桁架樓承板內的鋼筋不必強調彎鉤的長度等細節，相應細節通過相應圖集反映即可。2)模型深度遞進原則。不同的設計階段建立不同深度的模型。比如在初設階段，地下室混凝土部分不進行配筋，地上鋼結構不進行螺栓及相應節點板的建模；不用強調暖通等專業小孔、埋件的精確定位。3)設計院傳統深化與BIM結合原則。將電力設計院已經進行相關傳統鋼結構二次深化設計研究的內容，如梁柱截面、梁柱分段、梁柱節點、柱腳節點、內外墻墻板、檐溝、女兒墻等內容，進行相應族的參數化建模。根據需要不斷拓展新的族。4)三維模型出圖與CAD說明并重原則。過渡階段，三維模型出圖與CAD說明并重，最終實現無紙化三維模型指導加工與施工的狀態。初設階段模型較粗，出圖后干預相應較少且容易；施工圖階段，模型精細，出圖的細節較多，需要干預內容較多，難度較大，但是CAD配合解釋的內容較少，如鋼結構模型中梁柱節點連接較細時，在三維平面出圖后該節點在平面上的表示就較復雜，會出現不同標高的構件在水平面上的投影相互覆蓋，并且很難通過實虛線進行表達，而該節點在傳統CAD平面圖上表達是通過節點詳圖(三視圖)來表達的。

2.3 基于BIM的鋼結構二次深化設計方向

與設計院相關的主要干系人是加工廠和施工方，鋼結構加工廠的工作是依據設計圖紙采用TEKLA進行建模深化并生成零件圖，目前TEKLA在深化建模方面成熟，而鋼結構設計用的PKPM軟件目前可以直接接口TEKLA軟件；施工方依據三維模型及圖紙進行地上鋼結構的吊裝、安裝。

立足設計院本身，鋼結構深化設計應從方案、可研、初設、施工圖整體考慮，著手實現以BIM(如REVIT平臺)建模為中心，計算(結構設計軟件)作為前處理，協同和出圖為后處理的深化方向，如圖1所示。

當設計方采用REVIT建立模型細致到一定程度時，含設計在內的各相關方應該從理念上進行轉變，即設計將三維模型提供給業主，業主將模型提供給加工廠，加工廠通過三維模型完全可以實現深化加工的需求；對于施工方，上部結構施工工作是吊裝、安裝，當通過業主提供施工方的深化階段三維模型時，施工方通過三維模型(輔以施工模擬)進行吊裝安裝將會更形象，更便利，具體如圖2所示。

圖2關系為打造“模型為主、圖紙為輔”的鋼結構模型設計、鋼結構加工、鋼結構安裝新模式提供了基礎。由此，相對傳統二維出圖，模型建立的越細，越不需要出圖，而只需要提供模型、設計說明、工程量表以及必要的在2.2節原則1)，2)中沒有明確的其他內容。

3 結語

從傳統鋼結構二次深化設計出發，分析當前三維數字化理論研究成果、相關三維設計軟件開發情況以及業內外設計院在二次深化方面所做的工作，為提高建模效率與過渡階段的出圖質量，從電力設計院設計實際出發，提出基于BIM的鋼結構二次深化設計理念原則，并提出“模型為主、圖紙為輔”的鋼結構變電站模型設計、鋼結構加工、鋼結構安裝新模式。