BIM技術在風電場升壓站三維正向設計中的應用★

王文利 謝曉宇 秦 浩 楊朦朦 高圣智

(武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

升壓站是風電場設計的重要內容之一，主要包括升壓站位置的選取和各專業(yè)施工圖的繪制等內容。一方面風電場建設集中在風資源好的山地、戈壁等偏遠地區(qū)，由于這些地區(qū)范圍大，地勢復雜多變，通過傳統(tǒng)測繪確定升壓站的位置工作量巨大且周期較長；另一方面在升壓站的設計過程中涉及到道路、建筑、結構、基礎、電氣、給排水等眾多專業(yè)，各專業(yè)之間協(xié)同工作程度及數(shù)據(jù)交換的暢通性，對整個風電場升壓站項目設計方案制定的效率和效果有很大影響[1]。正因為風電場設計項目具有地域廣、專業(yè)多的特點，若是利用將全部地形信息、道路信息、建筑信息、結構信息附著在模型上進行設計和精細化模型創(chuàng)建，顯然很難實現(xiàn)。

結合風電場升壓站設計項目的特點，本文提出BIM技術的三維正向設計，發(fā)揮BIM(即Building Information Modeling建筑信息模型)技術具有精細的幾何特征、豐富的屬性信息的特點，進行風電場升壓站建筑物及電氣設備的精細化設計模型的創(chuàng)建。

三維正向設計是指直接利用三維軟件進行施工圖的設計，達到真正的可視化目的，能節(jié)約巨大的資金和人力、物力，在國內許多大型設計院已經(jīng)在三維正向設計方面進行了積極的探索，在歐美許多國家也已經(jīng)制定政策全面推動三維正向設計。三維正向設計也是BIM應用的終極目標[2]。

本文以何家山風電場設計項目為例，首先利用CIVIL 3D軟件進行三維可視化升壓站選址[3]，然后利用BIM技術將CIVIL 3D軟件生成的地形圖和道路布置導入到Revit軟件，并進行風機塔架和升壓站三維參數(shù)化模型的創(chuàng)建，從而直接生成二維的施工圖和深化設計圖。

1 BIM技術概述

BIM技術即“建筑信息模型”，是創(chuàng)建并利用具備全方位建設項目數(shù)字化信息的模型對建設工程項目的設計、建造、運維及拆除的全生命周期進行優(yōu)化和管理的過程、方法和技術[4]。BIM技術應用到項目的設計，一方面可以實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設計，較好的避免專業(yè)間的設計沖突，從而影響工程建造和運維；另一方面，BIM模型中構件的幾何特征和屬性信息比較全面，具有較強的可視化作用。

BIM技術能夠給風電場設計項目提供全新的數(shù)字化、可視化和量化的工具，同時促進風電場設計建設從二維設計或利用二維圖紙進行三維模型翻建向三維正向設計轉變，縮短風電場設計周期和設計成本，提高設計質量。

2 工程概況及實施方案

2.1 工程概況

大唐廣元何家山風電場位于四川省廣元市利州區(qū)境內，整個風電場場址內由數(shù)條近西南—東北走向的主山脊及支脈山脊組成，海拔高度介于1 350 m～1 670 m，場址總面積約28.9 km2。何家山風電場建設規(guī)模102 MW，擬安裝單機容量為2 000 kW風電機組51臺，初擬新建一座110 kV升壓站。

2.2 BIM技術三維正向設計實施方案

首先利用CIVIL 3D軟件進行得到三維場地模型，再利用Meteodyn_WT軟件建立場區(qū)模型，三維模擬場區(qū)資源特點，實現(xiàn)機位快速選擇與布置，然后利用BIM技術將CIVIL 3D軟件生成的地形圖和道路布置導入到Revit軟件，并進行風機塔架和升壓站三維參數(shù)化模型的創(chuàng)建，從而直接生成二維的施工圖和深化設計圖。

3 BIM在風電場三維正向設計應用

3.1 升壓站的三維選址

升壓站的選址需要綜合考慮風電機組的點位、升壓站面積大小、升壓站場址高程差及送出線路方向等因素。CIVIL 3D軟件能夠較快較準的得到整個風電場場區(qū)的三維場區(qū)模型和相關數(shù)據(jù)，通過對場區(qū)模型風資源的分析可以合理確定風機機位；進而規(guī)劃出合適的交通路線進行道路設計，最終將升壓站需布置在風電場中央地帶，地勢相對平坦，地質條件好的地方[5]，如圖1所示為風機機位示意圖。

3.2 風機塔架BIM參數(shù)化建模及深化設計

由于風機塔架構造復雜，包括葉片、輪轂、機艙、塔架等復雜構件，空間體量復雜且不規(guī)則，無法按照常規(guī)方式采用軟件自帶的構件族進行模型創(chuàng)建。故本項目的建模工作采用建立風電塔架構件專用族庫的方法，首先對塔架各個復雜構件進行精細的參數(shù)化的族文件的創(chuàng)建，并精確定位模型的參考點；然后將族文件載入至項目中，依據(jù)各個族文件的參考點將其裝配在一起，從而構成完整的風電塔架模型。

3.3 升壓站各專業(yè)BIM參數(shù)化模型協(xié)同創(chuàng)建

升壓站主要由建筑樓宇結構區(qū)、電氣一次、二次設備區(qū)和附屬結構區(qū)等組成，涉及到建筑、結構、給排水、暖通、電氣等多個專業(yè)。傳統(tǒng)的二維設計往往會由于信息傳遞不及時，導致專業(yè)之間圖紙沖突較多，對施工進度和成本產(chǎn)生很大影響。于是通過BIM技術，以Revit軟件為平臺，創(chuàng)建本項目的工作集，全部專業(yè)均在此工作集中進行模型的搭建，由項目負責人對設計工作進行統(tǒng)一的分配和校審。圖2為升壓站某一單體建筑整合后的各專業(yè)模型。

在各專業(yè)模型創(chuàng)建過程中，由于Revit自帶的族文件類型有限，譬如變壓器、斷路器、接地變等電氣設備在Revit自帶的族庫中均沒有，需要進行其定制化族文件的創(chuàng)建，并將建好的族文件載入建筑模型的設備室中進行調整。如圖3～圖5為本項目新建的部分族文件。

3.4 施工圖導出

創(chuàng)建好了三維模型之后，就可以結合施工要求，進行相應的標注，進而可以快速的生成二維圖紙的功能，實現(xiàn)由三維轉二維的過程。對于不同項目升壓站設計過程中，可以對某些建筑構件或電氣設備的族文件進行參數(shù)化的設置，以族文件的形式導入到其他待設計項目的模型文件中，進行快捷的三維正向設計。

4 結語

以何家山風電場升壓站設計項目為例，系統(tǒng)介紹了BIM技術在風電場升壓站項目三維正向設計中的應用。該技術的應用極大提高了工程設計的準確性、高效性和美觀性，顛覆了傳統(tǒng)設計模式。

鑒于BIM軟件接口不完善、工程復雜度強的因素，目前BIM技術在風電工程行業(yè)的應用仍較少[6]，特別是在施工和運維階段的應用極少，未來我們將繼續(xù)探索BIM技術在風電行業(yè)的研發(fā)應用，為新能源建設發(fā)展提供更多的幫助。