全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計在抽水蓄能電站中的應(yīng)用

陳 沉 ，陸真嘉，斯鐵冬，張文東

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州，311122；2.浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司，浙江杭州，311122）

0 引言

“三維協(xié)同設(shè)計”是一種全新的設(shè)計手段，是工程行業(yè)的一次技術(shù)革命。相比于二維設(shè)計，它帶來的是一種全新的設(shè)計模式和協(xié)同狀態(tài)，能夠極大地提高企業(yè)生產(chǎn)力以及產(chǎn)品質(zhì)量，同時為優(yōu)化施工方案、指導(dǎo)工程施工以及為設(shè)計產(chǎn)品的最終交付提供了新的思路和途徑。抽水蓄能電站比常規(guī)電站標(biāo)準(zhǔn)化程度更高，可實現(xiàn)全專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計。通過協(xié)同設(shè)計，建立起三維數(shù)字化模型，抽取各種施工所需的設(shè)計圖紙，極大地促進(jìn)了設(shè)計及現(xiàn)場施工效率和質(zhì)量的提高、現(xiàn)場問題的處理等，三維設(shè)計模型成果及圖紙成果可依次在勘測、樞紐和工廠的各個設(shè)計階段中得到應(yīng)用。在竣工階段可以將三維設(shè)計成果輕量化做數(shù)字化移交，在三維模型的基礎(chǔ)上集成了設(shè)計、施工、運(yùn)維等階段的數(shù)據(jù)，為電站運(yùn)維階段的應(yīng)用做了基礎(chǔ)準(zhǔn)備，實現(xiàn)“一站式”的工程管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)管理、安全管理、運(yùn)監(jiān)管理、資料管理等。

1 三維協(xié)同設(shè)計技術(shù)應(yīng)用情況

1.1 勘測三維設(shè)計

抽蓄電站勘測三維設(shè)計分為數(shù)據(jù)庫和三維模型兩部分。數(shù)據(jù)庫中主要是地質(zhì)元素數(shù)據(jù)，包括項目各階段勘察地質(zhì)資料和大量的施工期地質(zhì)數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場基于地質(zhì)三維勘察設(shè)計系統(tǒng)Geostation收集、編錄而成，包括地形數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、勘探數(shù)據(jù)庫、物探數(shù)據(jù)庫、試驗數(shù)據(jù)庫、觀測數(shù)據(jù)庫等?；跀?shù)據(jù)庫、通過地質(zhì)三維勘察設(shè)計系統(tǒng)GeoStation建立起來的勘測全信息三維模型，主要包括三維地形、地質(zhì)線框模型、地質(zhì)界面模型、實體模型。

圖1 勘探模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of geological model

圖2 地質(zhì)面模型Fig.2 Geological surface model

圖3 地質(zhì)實體模型Fig.3 Geological solid model

同時，抽蓄電站工程地質(zhì)圖紙全部通過地質(zhì)三維勘察設(shè)計系統(tǒng)Geostation完成自動抽取。

1.2 樞紐工程三維設(shè)計

通過壩工、廠房、引水、路橋、金結(jié)、建筑、觀測等專業(yè)的三維建模及配合，在對可研成果進(jìn)行修改完善的基礎(chǔ)上，完成樞紐建筑物的細(xì)化、優(yōu)化工作。固化后的三維模型滿足由三維模型直接抽取加標(biāo)注生成結(jié)構(gòu)布置圖作為招標(biāo)附圖和技施圖的要求，并且基本實現(xiàn)了三維校審。

圖4 某抽蓄電站樞紐鳥瞰圖Fig.4 Aerial view of a pumped storage power station

1.3 工廠系統(tǒng)三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計

工廠三維數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用的范圍包括：廠房土建結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備布置設(shè)計、三維出圖、設(shè)計聯(lián)絡(luò)會和設(shè)計交底應(yīng)用等；應(yīng)用的專業(yè)包括：廠房、建筑、水機(jī)、電一、電二、暖通、給排水等工廠三維設(shè)計全專業(yè)；設(shè)計階段包括了可研設(shè)計階段、土建標(biāo)招標(biāo)設(shè)計、機(jī)電標(biāo)招標(biāo)設(shè)計、機(jī)電標(biāo)技施設(shè)計全過程。

工廠三維數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用的具體內(nèi)容包括：工廠各專業(yè)三維建模協(xié)同設(shè)計及設(shè)備布置優(yōu)化、電氣端子接線和電纜敷設(shè)設(shè)計、工程量計算、分析計算、三維出圖、設(shè)計交底及聯(lián)絡(luò)會應(yīng)用等。因抽水蓄能電站廠房機(jī)電設(shè)備繁多，為了使設(shè)備布置更加合理，減少設(shè)備及管線間的“錯、漏、碰、缺”，開展了廠房、建筑、水機(jī)、電一、電二、暖通、給排水等工廠三維設(shè)計專業(yè)參與的三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計。各專業(yè)在同一個協(xié)同設(shè)計平臺上進(jìn)行設(shè)計，能夠?qū)崟r了解其他專業(yè)的設(shè)計成果，可以更好地進(jìn)行專業(yè)配合，使廠房布置設(shè)計達(dá)到最優(yōu)。

1.4 三維出圖

由于在三維設(shè)計建模階段，各專業(yè)已經(jīng)在協(xié)調(diào)設(shè)計平臺上進(jìn)行了很好的溝通和配合，通過模型瀏覽、碰撞檢查、三維校審等先進(jìn)技術(shù)手段，基本消除了專業(yè)間的沖突，使最終的設(shè)計方案基本達(dá)到最優(yōu)；此外，自動統(tǒng)計材料表的功能也確保了材料統(tǒng)計的準(zhǔn)確性，因此，三維出圖的質(zhì)量和效率得到了很大的提高。

1.5 設(shè)計聯(lián)絡(luò)會和設(shè)計交底應(yīng)用

圖5 某抽蓄電站廠房三維總裝模型Fig.5 3D assembly model of a pumped storage power station

圖6 某抽蓄電站主廠房三維模型Fig.6 3D model of main powerhouse of a pumped storage powerstation

圖7 某抽蓄電站副廠房三維模型Fig.7 3D model of auxiliary powerhouse of a pumped storage powerstation

圖8 三維模型碰撞檢查Fig.8 Collision check of 3D model

圖9 三維模型漫游查看Fig.9 Walkviewof 3Dmodel

在機(jī)組設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上，通過三維模型展示電站的設(shè)備布置和土建結(jié)構(gòu)尺寸，使參會各方都能夠直觀地得到設(shè)備布置的準(zhǔn)確信息，從而為設(shè)備布置的優(yōu)化、解決問題最佳方案的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了有利的條件。設(shè)計交底為設(shè)計單位必須履行的一項義務(wù)，通過三維數(shù)字化模型向施工單位進(jìn)行設(shè)計交底，克服了傳統(tǒng)的采用多張平面圖紙進(jìn)行交底的缺陷，能夠更好地表達(dá)設(shè)計的意圖，使參建各方對工程形成直觀的概念，強(qiáng)化了設(shè)計交底的效果，在一定程度上減少了現(xiàn)場施工中的返工處理，為工程順利施工起到了很好的推動作用。

2 數(shù)字化移交及數(shù)字化管理應(yīng)用

抽水蓄能電站的數(shù)字化移交結(jié)合工程項目進(jìn)度開展?jié)u進(jìn)式移交，數(shù)據(jù)移交范圍包括整個抽水蓄能電站的地形地質(zhì)、廠房和樞紐系統(tǒng)，利用數(shù)字化移交系統(tǒng)在移交過程中建立對象之間的相互關(guān)系，以及移交數(shù)據(jù)與三維模型之間的對應(yīng)關(guān)系，形成數(shù)字化資產(chǎn)管理系統(tǒng)。數(shù)字化資產(chǎn)管理系統(tǒng)基于三維可視化模型，支持從系統(tǒng)、空間位置、模型等多入口進(jìn)行資產(chǎn)信息的查詢。

圖10 某電站數(shù)字化管理系統(tǒng)Fig.10 Digital management system of a power station

3 結(jié)語

三維數(shù)字化設(shè)計和工程全生命周期管理是工程設(shè)計的新起點，將引領(lǐng)著工程建設(shè)和運(yùn)維手段的全面革新，也將引導(dǎo)市場延伸出巨大的數(shù)字化設(shè)計、施工、運(yùn)維咨詢等業(yè)務(wù)市場。