BIM技術(shù)在牽引變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■ 王麗霞

BIM技術(shù)在牽引變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■ 王麗霞

探討B(tài)IM技術(shù)在牽引變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以實(shí)際工程為例，闡述利用Revit軟件設(shè)計(jì)牽引變電所的流程。在工程建模的基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計(jì)過程中存在的問題，并對(duì)下一步需要開展的工作進(jìn)行展望，為BIM技術(shù)在牽引變電所設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供新思路。

BIM；Revit；牽引變電所；參數(shù)化建模

0 引言

信息化技術(shù)的發(fā)展影響著基建行業(yè)的設(shè)計(jì)方式，對(duì)于牽引變電所這個(gè)需要多專業(yè)、多過程參與的項(xiàng)目，建立一個(gè)完善的信息化模型，可以通過模型分析進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)和碰撞檢查，有效協(xié)同建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等各相關(guān)專業(yè)的工作[1-2]，并通過自動(dòng)更新所有變更減少整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)失誤。同時(shí)，通過信息化模型的傳遞，也能夠在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理全流程中有效完成信息的交互，更有效協(xié)同設(shè)計(jì)單位、施工單位、廠家、運(yùn)營單位等多個(gè)參與者之間的信息傳遞，提高工程建設(shè)和運(yùn)營的管理水平。作為工程設(shè)計(jì)人員，首先建立一個(gè)本專業(yè)三維信息化模型是完成上述工作的基礎(chǔ)，由于目前我國普遍采用AutoCAD作為二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工具，為了便于二維圖紙和三維圖紙的轉(zhuǎn)換，采用 Revit軟件作為設(shè)計(jì)輔助工具，進(jìn)行牽引變電所BIM設(shè)計(jì)研究。

1 基于Revit設(shè)計(jì)平臺(tái)的牽引變電所設(shè)計(jì)

1.1 牽引變電所設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在27．5 kV交流供電的鐵路牽引供電系統(tǒng)中，牽引變電所往往是與站房等建筑相對(duì)獨(dú)立的設(shè)施，采用全室內(nèi)布置、全室外布置和混合式布置等布置方式。牽引變電所的房屋結(jié)構(gòu)往往相對(duì)簡單，主要分布著大量的高壓機(jī)電設(shè)備和相關(guān)的基礎(chǔ)、架構(gòu)等輔助設(shè)施。目前，在Revit平臺(tái)下開發(fā)了許多輔助設(shè)計(jì)功能用于機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[3-4]，預(yù)設(shè)了各種管道、橋架、導(dǎo)線族，但是對(duì)于牽引變電所內(nèi)的牽引變壓器、互感器、斷路器等強(qiáng)電設(shè)備，沒有相關(guān)的預(yù)設(shè)族，需要建立族進(jìn)行設(shè)計(jì)。

以某牽引變電所為例，介紹如何使用Revit工具建立牽引變電所模型。該牽引變電所的布置形式為高壓側(cè)室外布置、低壓側(cè)室內(nèi)布置。

1.2 準(zhǔn)備工作

首先，為牽引變電所模型建立一個(gè)工程。單擊“應(yīng)用程序菜單”→“新建”→“項(xiàng)目”，選擇一個(gè)項(xiàng)目樣板文件創(chuàng)建項(xiàng)目文件，在項(xiàng)目文件的實(shí)例屬性中輸入相關(guān)項(xiàng)目信息。然后，對(duì)于室內(nèi)部分，需要先鏈接建筑、結(jié)構(gòu)模型，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作做一些基本設(shè)置。需要特別注意的是，為了保持鏈接模型的位置與項(xiàng)目文件位置匹配，在選擇鏈接文件時(shí)的定位一欄設(shè)置中要選擇“自動(dòng)-原點(diǎn)到原點(diǎn)”。

1.3 族文件的建立

由于目前Revit軟件中沒有牽引變電所相關(guān)設(shè)備，而牽引變電所設(shè)備的類型相對(duì)較多，模型也相對(duì)復(fù)雜，因此需要大量的時(shí)間來完成牽引變電所設(shè)備的三維模型。

1.3.1 高壓側(cè)設(shè)備

牽引變電所高壓側(cè)根據(jù)外部電源情況一般分為110 kV、220 kV或330 kV，布置形式分室內(nèi)布置和室外布置，在環(huán)境條件較好（非大風(fēng)區(qū)、污穢等級(jí)不高、用地不緊張等）時(shí)一般采用室外布置型式。以330 kV為例介紹高壓側(cè)設(shè)備的建族。高壓側(cè)設(shè)備主要包含牽引變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等，以及架空導(dǎo)線、支柱和門型架。根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合現(xiàn)場情況，對(duì)這些設(shè)備建立族。圖1為330 kV牽引變壓器，圖2為330 kV隔離開關(guān)。

值得一提的是，對(duì)于變壓器（其他等級(jí)和其他設(shè)備也是相同情況）來說，相同廠家相同電壓等級(jí)不同容量的變壓器外形有差異，而且不同廠家的相同等級(jí)相同容量的變壓器外形結(jié)構(gòu)也不同，因此變壓器的尺寸和外觀千差萬別，并且隨著工藝的改進(jìn)，同一廠家相同容量的變壓器外觀也在不斷改變。如何在設(shè)計(jì)圖紙上表現(xiàn)牽引變壓器有兩種思路。一是建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化模型，主要影響場坪設(shè)計(jì)和施工的是變壓器尺寸而不是外觀，因此無需完全按照實(shí)際的所有細(xì)節(jié)去表示變壓器，此種設(shè)計(jì)的思路可以更有效率地完成設(shè)計(jì)，并更適合于設(shè)備尚未招標(biāo)的前期設(shè)計(jì)階段；另外一種變壓器表現(xiàn)形式就是完全按照變壓器的實(shí)際尺寸和外形來表現(xiàn)變壓器，這種方式使得建立起的族文件難以適用于多次設(shè)計(jì)，需要由廠家來提供產(chǎn)品的BIM模型，才能更精確更切合實(shí)際地在圖紙上變現(xiàn)設(shè)備的實(shí)際狀況。此設(shè)計(jì)思路的優(yōu)點(diǎn)在于能使得圖紙最大可能地貼近現(xiàn)實(shí)，更適合于設(shè)備招標(biāo)后的施工圖設(shè)計(jì)階段。

1.3.2 低壓側(cè)設(shè)備

我國電氣化鐵路牽引變電所采用27．5 kV交流供電，因此低壓側(cè)電壓等級(jí)為27．5 kV。27．5 kV側(cè)低壓設(shè)備布置型式分為室外布置型和室內(nèi)布置型，室內(nèi)布置又分為間隔式布置、空氣柜布置和GIS柜布置[5]。其中室內(nèi)間隔式布置的BIM建模最為復(fù)雜，因此以室內(nèi)布置式為例建立設(shè)備族。包含的設(shè)備有所用變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器及保護(hù)測控類柜等，以及網(wǎng)柵、網(wǎng)門等輔助設(shè)施。圖3、圖4分別展示了2個(gè)27．5 kV側(cè)的設(shè)備。不同于相對(duì)獨(dú)立的室外布置設(shè)備，室內(nèi)型設(shè)備的布置與建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)有密切關(guān)系，需要相互配合。

1.4 牽引變電所房屋、總坪布置

在建立了牽引變電所高、低壓側(cè)設(shè)備的族文件之后，就可以進(jìn)行工程室內(nèi)布置的平面圖、軸測圖、大樣圖等的繪制。該工作的基礎(chǔ)為鏈接至該項(xiàng)目的房屋建筑圖。

在建立了變電所各設(shè)備的族模型，并且完成了房屋室內(nèi)布置，最后需要設(shè)計(jì)整個(gè)牽引變電所BIM圖紙。圖5和圖6分別為牽引變電所27．5 kV側(cè)間隔式布置和一個(gè)總坪圖。Revit三維制圖與傳統(tǒng)CAD二維制圖的區(qū)別在于，在房屋布置中，同時(shí)考慮各個(gè)維度的設(shè)備空間關(guān)系，區(qū)別于二維制圖的平面、立面單獨(dú)考慮，能夠更有效地避免出現(xiàn)兩張圖相互矛盾、出現(xiàn)錯(cuò)漏的問題。與傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)出二維施工圖相比，三維參數(shù)化設(shè)計(jì)除了出二維圖紙外，還可以通過設(shè)置相機(jī)獲取漫游圖來達(dá)到復(fù)雜空間布局的全方位展示，從而更好地指導(dǎo)施工。

1.5 碰撞檢查

在設(shè)計(jì)完成本專業(yè)BIM設(shè)計(jì)圖紙后，需要檢查和其他專業(yè)之間的關(guān)系，找出并調(diào)整有碰撞的管線和設(shè)備等。使用Revit的“碰撞檢查”功能，具有直觀的三維顯示，能快速準(zhǔn)確地幫助用戶定位并修改碰撞的圖元，同時(shí)還可導(dǎo)出沖突報(bào)告，使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量得到保證。圖7、圖8為碰撞檢查示意圖。在碰撞檢測完成并進(jìn)行相應(yīng)的修改后，即可出圖。

2 存在的問題及應(yīng)用展望

2.1 存在的問題

在繪圖方面，首先Revit軟件占用內(nèi)存較多，目前一般辦公用計(jì)算機(jī)難以正常運(yùn)行；再者Revit軟件的三維繪制功能需要不斷完善以提高繪圖效率；三是Revit設(shè)計(jì)時(shí)，不如CAD設(shè)計(jì)便利，需要加大二次開發(fā)力度。

2.2 應(yīng)用展望

由于建立三維模型只是最基礎(chǔ)的部分，如何添加模型信息才是重點(diǎn)。作為設(shè)計(jì)者，可能關(guān)注設(shè)備的材質(zhì)、尺寸和安裝方式；作為施工單位可能關(guān)注設(shè)備的重量、耗材、安裝所耗的工時(shí)等因素；作為業(yè)主，可能關(guān)注設(shè)備的廠家、使用壽命、運(yùn)行維護(hù)情況等因素。要實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的全過程管理，就要研究這些信息添加的需求，制定一套標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)格式，只有從最初建立BIM模型就規(guī)劃好此部分的內(nèi)容，才能在成果交付的各個(gè)環(huán)節(jié)更順利地交接。

3 結(jié)束語

采用BIM技術(shù)進(jìn)行牽引變電所設(shè)計(jì)，可以更具體地展示設(shè)計(jì)成果并有利于信息化管理。介紹了使用Revit設(shè)計(jì)牽引變電所的流程，并探討了BIM技術(shù)在牽引變電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景和未來的研究方向。在我國電氣化鐵路行業(yè)，BIM技術(shù)的研究還處于一個(gè)初級(jí)階段，相信隨著設(shè)計(jì)軟件的不斷推廣和完善，標(biāo)準(zhǔn)的不斷建立，各參與方的共同努力，可以真正的實(shí)現(xiàn)工程信息化設(shè)計(jì)和信息化管理。

[1] 張建平． BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]． 施工技術(shù)，2011(1)：15-18．

[2] 何關(guān)培． BIM在建筑業(yè)的位置、評(píng)價(jià)體系及可能應(yīng)用[J]．土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2 (1)：109-110．

[3] 苗倩． 基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工可視化仿真研究[D]． 天津：天津大學(xué)，2011．

[4] 林坤河，關(guān)宏德． BIM在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況及探討[J]． 建筑電氣，2012(5)：76-77．

[5] 賀威俊，高士斌，張淑琴，等． 電力牽引供變電技術(shù)[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，1998．

王麗霞：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司電化處，工程師，陜西 西安，710043

責(zé)任編輯 盧敏

U224；TP319

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