BIM技術在水電工程標準化設計中的應用

郭 優

（上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200335）

水電行業的傳統設計方式主要基于Auto CAD軟件開展，設計成果通過二維圖紙進行轉化表達，由于水電工程中往往水工建筑物眾多，設備管道布局復雜，設計人員需要想象出空間關系后再在CAD軟件中抽象化表示，誤差和碰撞難以避免，且設計人員的作圖習慣不同，種種因素影響下，圖紙質量難以保證。因此傳統設計存在專業間溝通成本高、標準化程度低、直觀性差等問題。為解決以上問題，近年來隨著BIM技術不斷推廣普及，BIM設計概念也為行業內設計單位所接受，在水電工程中逐漸得到應用[1-2]。由于BIM技術在水電領域發展較晚，理論標準尚不完善，為提高水電工程的BIM設計效率和水平，有必要選用合適的BIM 軟件，在此基礎上建立一套標準化設計流程，進一步發掘BIM技術的效益。

本文基于Bentley 系列軟件，依托某水電站項目，簡要闡述BIM技術在水電工程標準化設計中的應用，應用成果可對類似項目起到參考借鑒作用，以期通過對BIM技術的使用和探索，在水電項目中逐漸形成規范化，可復用的應用標準。

1 BIM技術應用現狀

BIM（Building Information Modeling）意為建筑信息模型，對其概念性表述不再贅述，在水電工程領域，目前主要基于BIM 模型的可視化特性，開展如碰撞檢查、場景渲染、輕量化展示等應用。

1.1 碰撞檢查

碰撞檢查是BIM 技術提高設計效率的典型應用方式，在水電工程中，專業眾多，設計過程中難以充分溝通交流，設備、管道、橋架、結構等發生碰撞難以避免，可能造成設計變更和施工返工，影響工程工期和質量。通過設計過程中的碰撞檢查可以有效規避和減少此類問題[3]。

1.2 場景渲染

基于BIM模型可以設置不同模型場景，定義完BIM 模型的材質、光照條件后，按需加載人物、交通工具、景觀、水體、天氣等多種元素，通過圖形渲染和特效處理即可生成一個虛擬現場場景。在該場景中，可以按預設路徑進行虛擬漫游或借助VR 設備沉浸式體驗，在項目展示，宣傳視頻等方面應用廣泛[4]。

1.3 輕量化展示

為滿足BIM技術在工程施工階段、運維階段中的使用需求，降低軟硬件要求，可通過輕量化引擎解析和轉換BIM模型的幾何信息，優化顯示內容從而大大減少模型的文件大小。模型經過輕量化處理后即可在移動端、web端進行訪問，實現BIM+GIS場景融合、關聯設計圖紙文檔、數據共享等功能[5]。

2 BIM軟件功能分析

2.1 軟件選擇

水電工程需要多專業協同作業，因此選擇成熟高效的BIM 軟件解決方案對保證項目質量至關重要，目前Autodesk 和Bentley 公司的產品技術相對領先，在國內市場占有率高、學習資料豐富、技術支持及時，且均有大量的工程案例支撐。經過比較，Bentley 系列軟件在大型基礎設施領域中使用更為廣泛，對大體量模型的支持性和處理效率更優，數據格式統一兼容性強，所以，更適合水電工程的設計應用。

2.2 軟件功能

Bentley系列軟件超過400多款，在BIM應用的各個環節均有相對應的產品和服務，軟件針對性較強，水電工程通常是大型復雜項目，需要多款軟件配合完成，為測繪、地質、建筑、水工、水機、電氣、水暖等主要專業設計工作提供良好的支持，各專業選用的Bentley 系列軟件詳見表1。其中ProjectWise 為協同設計軟件，可將各專業的設計全過程集成在一個統一的工作平臺上，改變了傳統設計的分散交流模式，大大提高了工作效率，也為實現設計的標準化提供了軟件基礎[6-7]。

表1 Bentley系列軟件匯總

為實現標準化的BIM 設計，減少設計人員重復配置、后期調整的工作，Bentley系列軟件采用定制工作空間來實現這一需求。工作空間是Bentley系列軟件的重要組成部分，目的是為了存儲一套適用于某類工程的標準化內容，如圖層、文字樣式、線型樣式、特征、出圖配置等，可解決工程項目協同工作中標準化統一等問題。

對某一類或一種項目類型，分軟件定制好工作空間后，將其部署至Projectwise服務器（見圖1），由項目管理員進行統一管理，設計人員在協同作業時就能統一標準，增強了成果的準確性，減少了修改工作量。

圖1 ProjectWise服務器端

3 BIM 技術在標準化設計中的具體應用

3.1 工程概況

本文所選取的工程實例為某抽水蓄能電站，電站裝機容量為1200 MW，承擔電網的調峰、填谷、調頻、調相、儲能和緊急事故備用等任務，樞紐布置由上水庫、下水庫、地下廠房洞室群、地面開關站等部分組成（見圖2）。

圖2 BIM模型示意

3.2 協同設計環境搭建

基于Projectwise 協同平臺搭建項目的設計環境，建立分部位分專業的目錄結構（見圖3），設置好每一級目錄的編輯、訪問權限后，即可實現項目信息的集中存儲和訪問，確保項目信息模型及信息的有效管理、共享[8]。

圖3 項目協同設計環境

由于參與設計人員較多，為了滿足專業內部BIM模型分裝、專業間資料互提、項目模型總裝的需要，在開展協同設計前，需要根據水電項目的特點，對設計坐標系進行統一規定：對于測繪、地質、引水、壩工、施工、交通等專業，設計成果相對獨立，因此統一按照世界坐標即項目實際坐標點進行設計；對廠房專業，為了方便水機、電氣、建筑、金結等專業的機電設備、門窗在廠房內進行布置，采用正交坐標系進行設計，以原點（0，0，0）作為控制點，以上專業均在完成專業分裝后再統一移動到項目實際坐標點。

3.3 工作空間定制典型應用

3.3.1 工程量統計

本節以工程中常用的混凝土材料為例，簡述通過定制工作空間來實現精確統計廠房工程量的技術路徑[9]。

（1）由于Bentley 系列軟件多數在美標、歐標的基礎上進行開發，首先需要將所需的國標材料類型導入OpenBuildings Designer（OBD）軟件內，在OBD軟件的設計種子文件中，新建所需材料類型的圖層。

（2）OBD軟件的材料類型通過類別樣式編輯器進行定義（見圖4），根據設計中選用的混凝土類別分別添加，并設置材料圖層。

圖4 類別樣式編輯器

（3）編輯材料的工程量計算公式（見圖5），在設計過程中正確設置BIM模型的類別樣式后，即可通過數據報表輸出廠房的混凝土工程量。

圖5 工程量計算公式

3.3.2 定制管道系統

水機、給排水、消防等專業管道系統復雜，通過在OpenPlant Modeler（OPM）軟件的工作空間中定制一套符合國標的管道及管件，并預設各種管道系統的顏色，可以大大提高相關專業的設計效率。以下簡述定制過程和實現功能。

1）在OPM中，不同標準的管件以mdb格式文件存儲，整理水電工程中常用的管道、閥門、彎頭、三通、法蘭等元件，按照現行國標，分壓力等級建立從1.0 Mpa到10.0 Mpa的一套國標管道管件數據庫（見圖6），即可在OPM中調用，方便統計工程量[10]。

圖6 國標數據庫

2）根據水電站不同管道系統的顏色規定，在設計時即按顏色加以區分，直觀且方便修改。在OPModeler.dgnlib 庫文件中通過圖層管理器新建管道類型圖層，規定對應的顏色和線形，同步修改模板文件中的邏輯表達式，將管道的顯示樣式通過介質代號名與圖層關聯。

3）在設計種子文件中，添加常用的水、油、氣、消防等系統，并細分為技術供水、絕緣油、高壓氣、消防用水等管道類型作為介質代號，介質代號名與在OPModeler.dgnlib 庫文件中新建的管道類型保持一致（見圖7）。在后續設計過程中，即可實現管道系統顏色的統一[11]。

圖7 管道系統顏色預設

3.3.3 出圖配置

Bentley 系列軟件主要采用模型、圖紙聯動的DV 切圖方式生成圖紙，為了減少出圖工作量，盡量接近二維圖紙的表達效果，主要對以下幾點進行定制[12]。

（1）規范字體和圖框。為保持圖紙的一致性，在Bentley 系列軟件中延用CAD 公司定制字體，按照國標工程字體高度，在字體庫文件中添加2.5-20 mm字高的七種字體。項目使用圖框按照A4-A0圖幅制作，添加圖紙標題框后形成此項目的標準切圖種子，切圖時選擇所需的切圖種子即可。

（2）自定義材料截面。軟件內預設了部分材料的截面填充樣式，但和傳統表達效果差別較大，在出圖前有必要自定義所使用材料的截面，通過在工作空間內的截面庫文件中添加或修改截面圖形并設置視圖組，即可自定義截面的填充效果。

（3）添加常用符號。在二維圖紙中有指北針、比例尺、十字坐標等常用符號，對水位、高程標注也有樣式要求。將常用的符號做成單元庫，并在軟件內添加圖標，可方便出圖時調用或標注。

4 結語

在水電工程設計過程中，基于Bentley系列軟件的工作空間功能，可建立一套標準化的BIM設計流程，通過在工程實例中的探索應用，主要形成以下經驗成果：

（1）基于ProjectWise 協同設計平臺，各專業根據專業特點，在統一坐標系下開展協同設計。通過定制標準化工作空間并部署到服務器端，由管理員統一管理，可規范圖層、字體、線形、出圖設置等，大幅減少重復配置和后期修改工作。

（2）為統計工程材料，需要先將材料類型添加至軟件中，通過類別樣式編輯器定義材料類型、顯示圖層、統計公式后，可通過報表功能輸出工程量，提高設計效率。

（3）水電工程中的管道系統較為復雜，可在工作空間中預設顏色區分管道類型，讓設計和修改更為直觀。按照現行國標，分壓力等級建立一套管道管件數據庫，可提高BIM設計的準確性和方便統計工程量。

（4）出圖效果盡量參考二維圖紙，在工作空間中定制字體、圖框、材料截面、常用符號和標注樣式，可減少出圖工作量，提高圖紙質量。