基于BIM技術的換流閥設備可視化裝配應用探索

［摘 要］文章探索了基于BIM 技術的換流閥設備的可視化裝配應用，從換流閥安裝全生命周期（如設計、分析、施工及運維等方面）入手，提出了一種可視化的換流閥裝配解決方案。經過測算，利用BIM 技術開展可視化裝配，動態(tài)分配施工人員和調整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度可由原來的40 人/d 完成一個閥塔提升至24 人/d，效率提升40%。

［關鍵詞］特高壓建設；換流閥；BIM 技術；可視化裝配；三維工藝

［中圖分類號］TM721.1 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0080–03

換流閥作為特高壓直流輸電工程的核心運行設備，其裝配工藝是決定換流閥能否一次成功投運的關鍵所在。換流閥屬于懸吊結構，吊裝時需要在30 m高空進行，且大多部件為電氣敏感型器件，極易損壞。換流閥裝配作業(yè)長期以來都是在依靠廠家說明書和設計圖紙的基礎上，在廠家技術人員監(jiān)督指導下開展，由于安裝工藝復雜，作業(yè)過程中很容易出現(xiàn)誤操作。BIM 技術將設計、施工、運營維護進行有機整合，可達到全過程控制，這一技術優(yōu)勢可應用于換流閥設備的安裝作業(yè)。

1 設計階段

在設計階段，利用Creo 軟件繪制換流閥三維模型，根據三維模型自動生成二維制造圖紙及生產物料清單，自動協(xié)調、更改、關聯(lián)、變更相應的信息，實現(xiàn)信息的同步共享。相比傳統(tǒng)的二維繪圖設計及人工統(tǒng)計生產物料等，效率顯著提升，而且準確率大幅提高。

同時，通過Creo 中的DFM（可制造性設計）模塊對設計的零部件開展生產制造可行性分析，對設計的零部件進行進一步優(yōu)化。輸入產品模型后，與系統(tǒng)中的數(shù)據庫對比，自動識別產品設計缺陷，通過對產品零部件進行虛擬分析和虛擬設計，解決零部件從設計到生產所出現(xiàn)的技術問題，以達到縮短產品開發(fā)周期、降低生產成本及優(yōu)化產品性能等目的。

2 分析階段

2.1 可建性分析

完成基于Creo 建模基礎的數(shù)據輸入后，利用Composer 軟件設置安裝環(huán)境，將閥廳整體渲染成與現(xiàn)場相同的狀態(tài)。通過識別不同零件的物料屬性，對顏色、紋理及環(huán)境效果類型進行調整渲染。此外，還需對裝配用的工裝進行建模和渲染，涉及機構運動的模型還要進行適當?shù)挠嬎愫头治觯崆皩⑵浣Y構運轉動畫預演完備。

在Composer 中按照閥廳的安裝環(huán)境，充分考慮閥廳空間、吊點、工器具，模擬現(xiàn)場物料進出閥廳動線及閥廳行進軌跡，以檢查換流閥設備的幾何關系。對換流閥裝配進行安全、施工空間等全面的可建性模擬分析，分析數(shù)據可向上反饋至前期閥廳結構設計，避免出現(xiàn)因為前期土建施工造成的異常（圖1）。

2.2 工序分析

根據換流閥裝配順序和要求，對現(xiàn)場安裝工藝進行工序分解，逐步展示設備的組裝過程，包括主水管及頂部絕緣子安裝→頂屏蔽罩安裝→閥層組件預組裝及吊裝→檢修平臺組件安裝→底屏蔽罩安裝→層間水管、光纜槽及閥層屏蔽罩安裝→避雷器安裝等，如圖2 所示。

整個換流閥設備在換流站閥廳中按照上述工序進行可視化虛擬裝配，并生成裝配動畫，形成一套標準化的裝配作業(yè)流程，能夠幫助施工人員更加清晰地了解設備的結構和裝配要求。

3 施工階段

3.1 現(xiàn)場指導

換流閥設備傳統(tǒng)安裝、運維指導文檔多采用現(xiàn)場拍照的方式獲取指導圖片并編輯相關工藝文件，存在較大的閱讀困難，不利于操作人員的理解和執(zhí)行。利用Composer 強大的圖片制作和指引能力，能夠有效提升文檔編制工作效率，降低產品工藝文件閱讀的門檻，推進安裝工作的高效可視化開展。結合換流閥的物料BOM 清單并進行渲染，快速生成簡潔易懂的三維技術圖解，將其與指引文字相結合，形成集成化的指導文件，使文件圖解兼顧指引與簡潔。換流閥裝配如圖3 所示。

3.2 現(xiàn)場跟蹤

根據2.2 章節(jié)中的裝配工序分析，結合三維技術圖解，動態(tài)管理換流閥安裝進度，合理分配各部分施工人員配給及工序調整，對整個安裝過程進行安裝節(jié)拍管理和各施工環(huán)節(jié)調度，確保裝配過程的安全和高效。例如，換流閥裝配時，動態(tài)調整分配地面預組裝人員及高空作業(yè)人員數(shù)量；指導施工人員具體工序進度；根據閥廳安裝進度調整地面物料進出順序，規(guī)劃存放最短安裝路徑。經過測算，利用BIM 技術開展可視化裝配，動態(tài)分配施工人員和調整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度由原來的40 人/d 完成一個閥塔提升至24 人/d 完成，效率提升40%。

4 運維階段

基于BIM 技術制作的換流閥設備可視化裝配視頻動畫，能將設備的裝配過程進行可視化演示，并提前對施工人員進行安裝指導培訓或對業(yè)主方的運維人員開展后續(xù)的運維培訓，幫助運維人員更加清晰地了解設備的結構和維護要求，從而更好地進行維護和保養(yǎng)工作。具體如圖4 所示。

5 結束語

BIM 技術在建筑領域的廣泛應用，具有提升設計質量，減少設計、施工和運營等階段誤差，控制項目成本，改善施工管理等優(yōu)點。未來BIM 技術在換流閥設備裝配中的應用將更加廣泛，主要包括以下方面：①通過人工智能、機器學習等應用，快速優(yōu)化設計方案；②更加全面的數(shù)據共享和協(xié)同，包括不同平臺、不同軟件的數(shù)據共享和協(xié)同。這有助于提高設計、施工、運營等各個階段的效率和準確性；③整個換流站資源數(shù)據共享，包括換流站整體建設，以及各電力設備安裝、運行、維護、人才培養(yǎng)等方面的共享。總之，未來BIM 技術將更加注重智能化、協(xié)同化、數(shù)據化及資源化，為換流站建設提供更加全面和有效的支持。

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