長龍山抽水蓄能電站BIM技術應用分析

曾志輝

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 引言

長龍山抽水蓄能電站裝有6臺350 MW機組。電站的機電安裝工程包含機組及其輔助設備的安裝，以及水力機械輔助設備、電氣一次和二次設備、計算機監控系統、通信系統、通風、空調及監控系統、火災報警系統。較同容量的常規水電站來說，蓄能電站機組的輔助系統較多，涉及的相關油氣水管路和電氣系統也較為復雜，而蓄能電站的地下廠房的空間又比常規水電站的小，為了提高長龍山電站的管路、電纜橋架和電纜敷設的觀感和施工質量，電站提出了采用BIM技術進行深化設計的要求。項目部結合BIM技術的優點，對原設計二次優化，同時結合現場施工實際情況，對機電安裝和其他專業碰撞檢測及分析，減少施工損失，從而指導現場管路安裝，提高管路安裝質量及觀感質量。依托浙江長龍山抽水蓄能電站機電安裝過程編制，為其他類似工程提供借鑒作用。

2 BIM研究方法及技術路線

（1）研究方法

1）通過廠家提供的管路系統安裝圖紙及工藝措施，以REVIT軟件為工作平臺，數據化集成管路系統的三維模型，對管路系統三維模型進行碰撞檢測及分析，復核管路和管架安裝位置，計算施工工程量?？捎行Ы鉀Q蓄能電站管線碰撞點，進行管線及管架二次優化設計，提高管路的安裝質量及觀感質量，制定合理的管路施工方案。

2）通過廠家提供的電纜橋架安裝圖紙及工藝，以REVIT軟件為工作平臺，建立電纜橋架的三維模型，對主橋架碰撞檢測及分析，深化分支橋架的設計，建立合理可行的現場施工方案和工序。

3）通過廠家提供的電纜及設備安裝圖紙及工藝，以REVIT軟件為工作平臺，建立電纜橋架和電纜的三維模型，使用REVIT軟件插件來實現電纜敷設、深化設計清冊的可行性，并實現電纜設計清冊到現場敷設的轉化，計算現場實際工程量。

（2）技術路線

建立三維模型→對三維模型進行碰撞分析，進行二次優化布置→進一步深化盤柜與橋架、管路與設備的連接→制定現場安裝施工方案→實現電纜自動敷設及工程量計算。

3 BIM技術應用分析

3.1 空壓機房管線優化

（1）案例概況

空壓機房是抽水蓄能電站地下廠房的副廠房建筑的第二層，是提供全廠氣壓的中低壓氣系統設備室?？諌簷C設備房主要包含空壓機設備、氣罐、氣系統管路以及、水系統管路、風管、電纜橋架、電氣盤柜等。

（2）綜合管線優化過程分析

1）模型的建立

本層的土建模型是按照整個副廠房的建筑統一建立的，為標準的板梁柱結構，沒有異型的族模型。需要注意的是底板預留孔洞的位置，孔洞位置會影響下層橋架上進盤柜的二次橋架設計，還有空壓機設備的結構基礎高度，偏高偏低都會影響進出管道的排布。

為了避免建模時的人為碰撞，各系統交叉處的機電設備要和廠家圖紙中的設備尺寸一致，各系統以同一個原點為基準放置設備模型，特別是管道要采用同一個相對標高。由于設備和管道都是單獨繪制的，需要注意的是，像空壓機、氣罐、空調器上有預留進出管口的設備，在繪制族模型時要確定管口的精準位置，并且管口是可連接的。模型建完之后，進行第一次碰撞檢測，主要針對土建模型和機電模型的整體碰撞情況，另一方面檢驗模型的精準性和完整性。

2）管線優化過程

從模型可以看出，整個設備室的機電設備和管路在水平方向上大致呈“」”形，管路隨著設備基本在垂直方向靠墻分布。優化調整的原則是，管路和其他設備碰撞時，管路避讓，然后在考慮綜合支架的同時在水平方向或者垂直方向上整齊有序排布。結合初步的碰撞報告以及在建模的過程中遇到的問題形成一個問題協調報告，并給出解決方案后交給設計和業主討論審核。

案例1：空壓機的排氣總管、冷卻排水總管、冷卻供水總管3根主管間距過大，不利于檢修和綜合支架的制作。供水總管距地面過低，不利于閥門的安裝與日后檢修。實際空壓機預留進出管口的位置有所變化，與原設計圖紙上的有出入。綜合考慮實際設備與管路的吻合性、日后檢修以及綜合支架的設計，優化方案為：排水總管相對標高不變，將上下的排氣總管和供水總管分別靠攏于排水總管，間距均為350 mm。此時由于供水管路的抬高，兩根支管由水平布置變為垂直布置而增加的兩個彎頭也將占用一定的安裝檢修空間，因此水平旁通支路閥門上的電動球閥存在安裝空間不足的風險。經驗證，水平旁通支路的總長為650 mm，電動球閥包含法蘭占用250 mm，兩個彎頭分別占用100 mm，旁通支路安裝和檢修條件均滿足。

案例2：氣罐旁的管路布置相對零散，不利于綜合支架的設計及安裝且觀感質量達不到業主的線管要求。優化調整思路：穿墻套管另一端到達主廠房為機組運行檢修供氣，因此從此處為始端向氣罐方向將管路垂直均勻排布，遇到障礙物時同一方向翻彎。需要注意的是，在確定始端的排布時，根據主廠房一端的管路統一協同排布，避免管路出墻后接錯導致運行設備損壞。在現在施工階段，應提醒施工人員圖中左下角管路閥門與風管間距較近，減少安裝誤差，避免二次沖突。

案例3：實際低壓空壓機出口管路與原設計圖紙不同，導致出口管路與預留孔洞（配電箱）沖突，綜合考慮下，調整管路設備要更好實施一些。因此調整管路及設備，避開孔洞。

整體調整完成后，本身大致沒有碰撞點了，此時利用軟件做針對性的檢測，主要檢測在調整時可能手誤導致的人為碰撞因素。

圖1 空壓機室管線優化效果圖

3.2 冷凍機房綜合管線優化

（1）案例概況

冷凍機房與空壓機房同樣是地下廠房公用系統設備層，管線系統都比較簡單。和空壓機房不同的是，管路的布局不太一樣，前者大致呈水平方向上分布，因此管路、風管、電纜橋架之間碰撞幾率要高一些，優化調整的方向也從三者之間、三者與建筑之間著手。

（2）冷凍機房管線優化過程

建模的思路和空壓機房的一樣，不同的是，冷凍機房的管路相較于前者要大很多，因此調整的空間更受限。優化調整的思路跟空壓機房案例的大致相同，首先做問題協調報告。

案例1：冷凍機房供水、回水管出處管路在水平方向上與電纜橋架距離過近，將來設計支架時會直接跟電纜橋架發生碰撞。因此考慮將管路布置到電纜橋架正下方，即能達到美觀的需求，也能方便制作支吊架。

案例2：冷卻排水管在水平方向上與電纜井的墻體距離過近，限制了支吊架的設計。優化方法是將管路往遠離碰撞點的方向作調整，此處空間較大，可調整至適當的位置，方便現場安裝為宜。

案例3：此處的管路有1根與其他的3根未在同一水平支架，若是單獨支吊架則會跟上方風管碰撞。優化方案1：做成組合支架，支架形式復雜一點，支架造價更高一點。優化方案2：將管路調整至同一水平面，支架形式相對簡單一些，將在管路上增加1個彎頭，將會有工程量的變化。經過各方會審之后，考慮到方案2更優一些，最后采用后者。

案例4：此處管路布置較零散，不利于共架的設計，因此考慮將管路收緊布置，方便安裝施工，節省支吊架材料。

案例5：管道井內管路距離較小，僅為100 mm，日后將無保溫層安裝空間。因此將管路在水平面上錯開，留出適當空間出來。

圖2 冷凍機房管線優化效果圖

3.3 主廠房蝸殼層管線深化

（1）案例概況

主廠房蝸殼層是整個地下廠房管線系統最復雜的部位之一，是主變洞、副廠房以及其他洞室管線的交匯點，包含水系統、氣系統、油系統的管路系統，各系統機電設備及其電纜、電纜橋架等。

（2）實施過程分析

蝸殼層的管線排布比單獨的設備層要復雜得多，管線在水平吊頂和垂直掛墻兩種方式都有體現，調整空間比較受限，因此考慮多個系統同一調整，不同的系統管線也都考慮采用共架。首先對管路作優化調整，方法和步驟跟空壓機房以及冷凍機房的一樣。

優化節點1：靠副廠房側墻的中低壓管路均抬高至副廠房出口的高度，與副廠房的管口一一對應，考慮到使用共架，消防管路向上抬升。

優化節點2：靠上游側墻的管路應與節點1保持同步，此時消防管路兩個彎頭間的間距有限，多個閥門設備存在安裝的風險。因此需要軟件實現預安裝，來發現實際安裝中可能遇到的問題，提前規避。通過預安裝，此處的管路設備可正常安裝。

優化節點3：進水球閥液壓管路與電纜橋架以及其他水管路發生碰撞，液壓管路與球閥為廠家設計提供，需要生成單獨的管路模型為管路預制提供指導，運用三維模型與廠家協同優化調整。

（3）管架設計

由于蝸殼層管路調整的幅度比較大，優化調整后應配合管架廠家完成該部位的管架設計。

靠副廠房側墻組合支架是由4根氣管路和1根消防管路組成，可以看出，此處的管路離墻面較遠，剛好在梁的上方，因此支架選擇在梁上生根。

靠上游側墻組合支架包含公共供水管（DN400）、主廠房消防供水總管（DN150）、兩根供氣管（均為DN50），管路距地面較遠且貼著磚墻布置，因此管架考慮在墻上生根。

剩余的管架均為單一系統的管架，按照實際的管路布置設計成門型支架、落地支架，側墻支架等。

圖3 蝸殼層管線優化效果圖

3.4 橋架及電纜的二次設計實施

（1）案例概況

抽水蓄能電站的橋架二次設計主要包含上盤柜的分支橋架、到設備的線槽以及電纜通道增容的橋架等。而電纜的二次設計則是按照原設計在軟件預敷設，一是判斷電纜通道的容量，看結果是否需要增容或者調整通道，二是排查設備的電纜是否全部設計，有無漏項，起到查缺補漏的作用，最后是通過預敷設來安排實際的敷設計劃以及工程量的統計。

（2）橋架的二次優化

首先按照原設計將主干橋架繪制出來，基于主干橋架再增加上盤的橋架，需要注意的是，由于軟件本身的原因，上盤橋架無法跟主橋架直接連接，如果來連接的話軟件會判定成三通，因此一般采用“假連接”，但這種繪制方式并不影響最終的工程量統計。在繪制上盤橋架時，由于受結構和原設計的影響，上盤橋架一般會形成兩種形式，分別直通豎直上引和增加垂直彎通再上引，這主要取決于主橋架和盤柜預留孔洞或者預埋電纜管的水平距離。

設計院一般只負責主干橋架的設計，并沒有提供二次設計量，需要施工單位根據現場實際情況來預估，往往會產生較大的誤差，反而達不到精細化的效果。因此，需要借助軟件的強大功能來彌補這一缺陷。具體方法是繪制上盤橋橋架以及其他分支橋架時，將分支橋架和主橋架區分開來，直觀表現就是用顏色區分，具體的就是修改屬性，最后利用軟件的明細表把工程量統計出來。利用明細表統計的工程量可以直觀地看出每個上盤橋架以及分支橋架的具體量，工廠可以根據統計結果預制成品，到現場直接安裝。

圖4 橋架架設優化效果圖

（3）電纜的二次優化

REVIT本身的電纜敷設功能局限性太大，因此引入另一個平臺，博超的電纜管理平臺，它主要用于電纜的施工管理，具體軟件操作方法不作贅述。

1）繪制電纜

首先要將REVIT里電纜通道的模型篩選出來，包括設備、電纜橋架、電纜溝等，然后導入博超管理平臺生成拓撲結構，此時我們可以直觀地看出電纜通道的通斷，也就意味著電纜能否在通道內生成。一般電纜的要素主要包含起點、終點和電纜通道，因此我們還要確定電纜的起點和終點。而這3個要素的依據就是電纜清冊的導入，因此在此之前要將電纜清冊導入到管理平臺中去，當我們給模型確定電纜的終點和起點以及電纜路由時，軟件才會依據電纜清冊自動繪制出電纜模型。

2）電纜的二次調整及敷設計劃

電纜敷設過程中，往往會出現通道容量不足，導致返工以及敷設質量不達標。因此可以根據預敷設來判斷通道是否滿足需求，然后通過改變路徑或者增加通道來解決問題。

現場電纜敷設施工并不是把所有的電纜一次性敷設上去，而是分階段性、按順序地敷設施工。

圖5 電纜敷設優化效果圖

3.5 成果審核及圖紙輸出

采用線上或者線下四方聯審，確定最終優化成果，討論的結果可以約定成會議紀要，方便日后再次調整。按照相關標準規范出施工圖紙，圖紙應包含三維軸測圖、平面圖以及剖面圖，還應按照優化調整前后對比的形式反應在圖紙中，以方便現場施工為首要條件最重要的是工程量的變更要準確清晰。

4 結語

長龍山抽水蓄能電站結合BIM技術的優點，對原設計二次優化，同時結合現場施工實際情況，對機電安裝和其他專業碰撞檢測及分析，提供優化設計方案，經各方討論審核之后，形成可見性圖形。根據優化成果可見性圖形指導現場施工，已完成地下廠房油、氣、水管路安裝，電纜橋架安裝及電纜敷設的現場施工指導。施工過程中根據全專業模型提醒施工人員把握不同專業交叉處的安裝精度，避免造成人為的二次碰撞，從而簡約了工期，減少資源投入，特別對管線的安裝觀感質量較大地提高。該技術施工工藝成熟，能有效提高施工效率，縮短施工工期，可在同類工程中推廣。