變電站BIM三維建模研究

時(shí)蘇婕 徐州華電電力勘察設(shè)計(jì)有限公司

BIM屬于一種多維模型信息集成技術(shù)，將其科學(xué)地運(yùn)用在變電站三維建模中可以取得良好的成效，增強(qiáng)不同部門以及專業(yè)間的交流與互動(dòng)效率，解決工程建設(shè)中的細(xì)節(jié)問題，而且可以科學(xué)地研究與探討變電站的規(guī)劃方案，并對(duì)方案進(jìn)行模擬及完善?；趯?duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高變電站的設(shè)計(jì)精度、施工效率，降低施工成本，使得工程建設(shè)更加安全、可靠。

一、BIM技術(shù)概述

在傳統(tǒng)變電站工程的設(shè)計(jì)工作中，通常使用二維平面制圖，但是二維制圖無法對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行支持，與實(shí)際各環(huán)節(jié)、領(lǐng)域之間存在著不高的關(guān)聯(lián)性。對(duì)于BIM技術(shù)而言，可以有效彌補(bǔ)平面制圖的不足，能夠?qū)ψ冸娬竟こ痰恼麄€(gè)周期進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成全周期的信息模型構(gòu)建，不僅如此，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工程管理的建模分析與研究操作[1]，實(shí)現(xiàn)工程全生命周期的交付，使得各個(gè)不同的工種進(jìn)行有機(jī)地協(xié)調(diào)、進(jìn)行通力合作，有效地優(yōu)化項(xiàng)目的效果，提升建設(shè)效率。

二、變電站BIM建模的總流程

變電站的主體主要包括三大部分：一是建筑部分，其中涉及多個(gè)圖元，例如門窗、墻體與柱等；二是結(jié)構(gòu)部分，有配置鋼筋等；三是電氣工程族等。圖1展示的即為建模流程。

圖1 變電站BIM三維建模流程

三、變電站BIM三維建模要點(diǎn)

（一）標(biāo)高與軸網(wǎng)

在對(duì)變電站進(jìn)行三維建模操作時(shí)，先確定標(biāo)高以及軸網(wǎng)，才可以為建筑定位奠定良好的基礎(chǔ)。只有實(shí)現(xiàn)對(duì)二者的準(zhǔn)確、科學(xué)構(gòu)建才可以使得模型更加精準(zhǔn)，要在立體圖形中對(duì)標(biāo)高進(jìn)行繪制，充分發(fā)揮軟件的作用，自動(dòng)化、智能化地繪制標(biāo)高，建立平面視圖，在此基礎(chǔ)上對(duì)軸網(wǎng)進(jìn)行繪制?；蛘咴O(shè)計(jì)人員在視圖選項(xiàng)卡中通過手動(dòng)的方式將平面視圖添加進(jìn)去，在將標(biāo)高以及軸網(wǎng)構(gòu)建完畢以后，保證在東、西、南、北立面視圖中軸線可以穿過全部的標(biāo)高[2]，這樣一來才可以在平面視圖中充分地顯示出整個(gè)軸網(wǎng)，為后續(xù)的工作奠定良好基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)樣板中，必須要科學(xué)、精準(zhǔn)地設(shè)置軸網(wǎng)，要充分發(fā)揮“復(fù)制/監(jiān)視”工具的作用，對(duì)建筑的軸網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)復(fù)制，在此基礎(chǔ)上才可以為后期的模型鏈接提供便利。

（二）主體建筑

配電裝置樓屬于變電站的主體建筑物，樓內(nèi)含有多個(gè)房間，例如GIS室、開關(guān)室、電容器室、工器具室等。開關(guān)室多位于第一層，要在其底部設(shè)置電纜，布置電纜溝。電纜溝設(shè)計(jì)是工程量統(tǒng)計(jì)以及建筑設(shè)計(jì)中具有十分重要的部分。在實(shí)際操作中，要充分發(fā)揮樓板與墻體的作用對(duì)電纜溝進(jìn)行設(shè)計(jì)。在核算定額時(shí)，復(fù)雜地面屬于電纜溝的收費(fèi)子目，軸線的尺寸面積屬于其收費(fèi)的基礎(chǔ)，洞口的面積不需要去除，此處和樓板有著相同的工程量統(tǒng)計(jì)規(guī)則[3]。然而，在開展預(yù)算定額操作中是根據(jù)溝體的體積對(duì)電纜溝的工程量進(jìn)行計(jì)算的。但是，墻體與樓板都不能夠?qū)⑵潴w積計(jì)算出來，最為科學(xué)合理的方式即為借助于體量對(duì)體積進(jìn)行計(jì)算?？梢越柚隗w量建模的方式對(duì)體量的表面積以及體積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如此一來，就可以更加科學(xué)地完成對(duì)電纜溝體積的統(tǒng)計(jì)操作。

（三）主體結(jié)構(gòu)

該部分重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的配筋處理，一般狀況下，在Revit軟件中往往會(huì)借助于速博插件實(shí)施配筋操作。該插件根據(jù)對(duì)關(guān)鍵數(shù)字的統(tǒng)計(jì)，達(dá)到構(gòu)件配筋的目的。基于該插件可以順利完成較簡(jiǎn)單的配件操作，例如，粗略地完成對(duì)基礎(chǔ)梁和柱的配筋操作，再利用手動(dòng)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。然而，該插件也會(huì)存在一定的不足之處，即為無法對(duì)側(cè)向鋼筋進(jìn)行繪制。不僅如此，僅僅可以利用手動(dòng)的方式完成對(duì)屋頂以及樓梯的配筋操作，而且也要通過手動(dòng)的方式來調(diào)節(jié)鋼筋的形狀與尺寸、調(diào)節(jié)彎鉤角度等[4]，如此一來就會(huì)使得結(jié)構(gòu)的建模操作變得十分復(fù)雜。在表達(dá)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)方面，Revit軟件有著很大的優(yōu)勢(shì)，屬于典型的代表。我國(guó)著名的鳥巢鋼結(jié)構(gòu)框架就是借助于該軟件進(jìn)行模擬分析的，該軟件能夠完成對(duì)鋼材與鋼筋的精細(xì)化建模以及預(yù)制加工操作，如此一來就能夠有效地節(jié)約工程的成本，有著更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

（四）附屬建筑物

該部分屬于變電站的一個(gè)重要組成部分，其中涉及事故油池、泵房以及蓄水池等建筑物。在實(shí)際操作中，要結(jié)合項(xiàng)目的具體要求，在不同的屋頂平面上完成繪制操作。在創(chuàng)建泵房時(shí)要采用與配電裝置樓較為相似的方式與方法，由墻體出發(fā)逐步地完成繪制操作，可以十分簡(jiǎn)單、快速地完成創(chuàng)建操作。對(duì)于蓄水池而言，借助于樓板工具生成其中的水體，通過對(duì)材質(zhì)屬性的修改來完成相關(guān)的操作。對(duì)于事故油池而言，要采用手動(dòng)式的方式對(duì)族進(jìn)行創(chuàng)建，然后完成對(duì)其的構(gòu)建操作。其中需要注意的是，要在把手以及樓頂?shù)炔课簧赡Ｐ妥?，在此基礎(chǔ)上能夠更加方便、快捷地聯(lián)動(dòng)變化。

（五）族庫建設(shè)

在Revit2014中會(huì)將基本圖形單元稱作圖元，是利用族建立的。族屬于參數(shù)化的組件，其中包含大量能夠進(jìn)行自由調(diào)節(jié)的參數(shù)，諸多的參數(shù)對(duì)圖元在項(xiàng)目中的位置、尺寸大小以及材質(zhì)等關(guān)鍵的信息資料進(jìn)行管理與控制。通過對(duì)于相關(guān)命令的科學(xué)運(yùn)用，能夠建立多元化、不同類型的族文件。對(duì)于變電站而言，族庫中涉及多種構(gòu)件，其中包括變壓器、母線、開關(guān)柜以及蓋板等，如圖2所示。圖3展示的是模型構(gòu)建的幾何信息與非幾何信息屬性。根據(jù)編碼、漢字描述以及英文描述等方式對(duì)字段的描述方式進(jìn)行科學(xué)地選擇和統(tǒng)一。在建立族的過程中，為了更高效地利用族，達(dá)到一族多用的目的，可以對(duì)族的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理地關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上達(dá)到聯(lián)動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。

圖2 變電站工程部分族庫

圖3 模型構(gòu)建幾何信息與非幾何信息屬性信息

（六）工程量統(tǒng)計(jì)

在三維模型建設(shè)中可以智能化、自動(dòng)化地得到項(xiàng)目工程量明細(xì)表，然而很多量是無法直接作為計(jì)費(fèi)基準(zhǔn)的。例如，電力定額中，要求在梁中要融入梁和板搭接的部分，對(duì)于Revit軟件，計(jì)算規(guī)則要求將該部分計(jì)算在板中。為了解決矛盾與沖突，可以采用以下方法：首先，再一次地加工信息資料，實(shí)現(xiàn)反饋控制。完成操作后，在excel表格中導(dǎo)入各類的明細(xì)表，然后完成加工調(diào)整操作，并且將其導(dǎo)入至計(jì)價(jià)軟件當(dāng)中。其次，在前期要對(duì)定額計(jì)算的基本規(guī)則進(jìn)行全面地了解，將定額規(guī)則作為標(biāo)準(zhǔn)，完成建模操作，也就是進(jìn)行前饋控制。要在設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中有效地防范工程量誤差情況的發(fā)生。比如，要對(duì)樓板邊界線進(jìn)行科學(xué)、合理地調(diào)節(jié)，要利用梁來替代梁和板搭接的部分，在此基礎(chǔ)上得到的模型更符合電力的定額規(guī)范[5]。對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，第二種方法有著更多的優(yōu)勢(shì)，在后期完成很少的工作量就可以順利地完成相關(guān)的任務(wù)。

四、變電站的BIM三維模型建模

（一）設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)工作中要全面地研究與分析變電站的BIM模型建模要點(diǎn)與規(guī)則，對(duì)編碼體系進(jìn)行統(tǒng)一；要結(jié)合具體的實(shí)踐案例進(jìn)行數(shù)字化、智能化地設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)水平得到大幅度的提升。除此以外，要把數(shù)字化平臺(tái)作為載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)成果的標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用以及積累，為全生命周期奠定良好的基礎(chǔ)，提供有力的數(shù)據(jù)。不僅如此，也可以充分發(fā)揮數(shù)字化移交技術(shù)的作用，完成數(shù)字化的評(píng)審操作，借助于網(wǎng)絡(luò)評(píng)審的方式可以更加高效地完成操作，有效地節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量的監(jiān)督管理與控制[6]。

（二）造價(jià)階段

在造價(jià)階段要全面地分析與探討變電站的模型三維建模規(guī)則與方法，再根據(jù)電力工程的概預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)，更加科學(xué)、精準(zhǔn)地完成三維正向設(shè)計(jì)操作。根據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)化地造價(jià)輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)造價(jià)數(shù)據(jù)的可視化分析，實(shí)現(xiàn)造價(jià)全過程的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上建立造價(jià)以及設(shè)計(jì)結(jié)合的BIM模型建模體系。除此以外，也可以基于BIM模型三維建模的規(guī)則與操作，科學(xué)地制定自動(dòng)算量計(jì)價(jià)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化地造價(jià)輸出，并且其中會(huì)涉及所有的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)要素。

（三）施工階段

基于對(duì)變電站BIM模型三維建模的分析與探索，建立相對(duì)較為完整、科學(xué)的編碼體系，根據(jù)不同時(shí)期變電站數(shù)字化成果的數(shù)據(jù)流通情況，將這些成果提交到施工管理平臺(tái)中，而且要充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的作用，例如模擬、仿真以及移動(dòng)終端等，在此基礎(chǔ)上充分確保施工的質(zhì)量。要充分發(fā)揮BIM模型的作用，借助于可視化數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來完成施工仿真操作，建立五方協(xié)同作業(yè)平臺(tái)，包括業(yè)主、監(jiān)理以及施工方等[7]，使得信息變得更加對(duì)稱，更加公開、公正、透明，從而使得各方可以更好地協(xié)同作業(yè)，完成任務(wù)。

總之，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的三維設(shè)計(jì)，有助于工程全生命周期的交付，使得各工種進(jìn)行科學(xué)合作，獲得更好的成果。其能夠得到工程中不同環(huán)節(jié)的參數(shù)，能夠科學(xué)地管理與控制相關(guān)的設(shè)施，使得不同專業(yè)之間進(jìn)行更好的交流與協(xié)作。該項(xiàng)技術(shù)十分便捷、準(zhǔn)確，能夠有效地縮短工期，改善工程的效率與效果，可以進(jìn)行數(shù)字化地移交，構(gòu)建更加科學(xué)的模型，從而更好地保證變電站的建設(shè)質(zhì)量，更好地滿足實(shí)際的需求。