BIM技術在變電所設計中的應用

方雅君

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

1 概況

BIM在建筑行業全周期的應用飛速發展，成績斐然，其可視性強，在建筑電氣設計中較多地應用于管線比較復雜、空間比較復雜的管線綜合(比如公共走道吊頂內空間等)，BIM的功能遠遠不止于此，筆者經過一段時間制作和整理了較多適用于工程的電氣族，建立了較為完善的族庫。在某變電所電氣專項設計中，采用Revit軟件(代替傳統CAD軟件)進行三維建模設計，與傳統CAD對比，基于Revit的BIM技術在變電所設計中應用的優勢非常明顯。

(1)基于Revit的電氣設計采用鏈接建筑、結構、水暖等其他專業的.rvt圖紙進行建模，其他專業的提資條件變動，重新鏈接模型時，系統會提示警告，提醒設計師進行修改，避免了現有工程設計中各個專業圖紙相矛盾的問題。

(2)變電所內的電氣設備多，為了節省設備用房的面積，電氣設備經常布置緊湊，管線綜合復雜，設計施工難度大，基于CAD的電氣設計經常出現設備布置不當，橋架與橋架、橋架與燈具、橋架與梁位的多次碰撞，造成無法施工或者返工的現象。基于Revit的BIM技術就能很好地解決這個問題，平面視圖、三維模型、剖面、大樣實時切換查看，并有碰撞檢查功能，通過碰撞檢查報告，查找碰撞點，優化設計，節約了投資和時間成本，如圖1所示。

圖1 復雜的變電所設計應用BIM技術可視性強

(3)傳統的CAD制圖最終的結果只是圖紙，基于Revit建立的三維模型可應用于項目的全生命周期，包含施工、預算及后期運行維護。

本文以某變電所作為工程案例，講述基于Revit的BIM技術在變電所專項設計中的應用。

2 供電方案

高壓系統采用兩路獨立的10kV電源供電,二路10kV電源同時使用,互為備用,采用單母線分段接線方式。低壓系統設4臺2000kVA干式變壓器;每臺變壓器均為分列運行,每兩臺變壓器組成單母線分段運行;兩段母線之間設母聯開關,以提高供電可靠性;兩段母線3個開關間設置電氣聯鎖,母聯分段開關應裝設“自投自復”“自投手復”及“手動操作”狀態的位置選擇開關，平時運行設置在手動狀態。平時每組兩臺變壓器同時運行,母聯斷路器斷開;當一路電源失電,或一臺變壓器退出運行時,母聯采用手動方式閉合。高壓開關柜采用KYN中置柜，10/0.4kV變壓器采用SCB11干式澆注樹脂封裝變壓器(帶IP30保護罩),內設溫度保護并配有強迫風冷裝置.低壓饋線柜采用MLS抽屜柜。

3 族庫準備

Revit族包含了設備的各種參數(比如長、寬、高、電壓、電流、設備容量等)，是進行Revit設計的基礎，由于系統軟件的族庫不夠完整適用，設計師在進行設計前需建立一套完善的族庫，方便工程設計中的調用。以下是筆者自制的一些族，如圖2～圖4所示。

圖2 干式變壓器、支架、電纜橋架族等

圖3 進線、母聯柜族等

圖4 疏散指示標志、接地干線、臨時接地端子、總等電位箱族等

4 平面布置與三維建模設計

采用電氣樣板創建新的項目文件，鏈接建筑專業.rvt的模型，復制監視生成一套電氣.rvt文件的標高和軸網，創建樓層平面視圖[1]，電氣的樣板文件會根據出圖習慣，分成照明、動力、接地、消防等平面視圖，載入相關的族，在各個平面視圖上進行相應的平面設計(做法類似CAD)。雖然電氣系統多樣，每個系統分別制作平面視圖(照明平面、動力平面等)，但是模型是整體綜合在一起的，只是在每個系統的平面視圖控制可見性。同一個設備調整了，則所有視圖會關聯調整，比如變電所的BAL箱照明平面調整了位置，則動力平面的BAL箱會關聯調整，改變了傳統CAD多次調整的弊端。

平面視圖設計完畢后，進行碰撞檢測，如果設計無誤，可自動生成剖面、大樣、三維視圖等[2]。利用注釋標識族，選定設備，即對平面視圖和三維視圖的設備族的參數(比如類型名稱、安裝高度、尺寸等)進行自動注釋標識，簡化了傳統CAD設備標注的工作。

5 生成圖紙及剖面、大樣圖

繪制工作完成后，生成圖紙樣式，可轉成dwg、pdf、jpg等各種視圖模式進行出圖、校審等工作，以下是該工程的設計成果，如圖5～圖12所示。

圖5 電氣布置平面視圖(局部)

圖6 電氣布置三維視圖(局部)

圖7 照明布置平面視圖(局部)

圖8 照明布置三維視圖(局部)

圖9 接地布置平面視圖(局部)

圖10 接地布置三維視圖(局部)

圖11 中置柜剖面圖及三維大樣

圖12 低壓饋線柜剖面圖及三維大樣

6 材料表算量統計

Revit設計中每一個設備構件都是以族的形式存在的，而族包含設備的信息量非常大，Revit有個明細表的功能非常強大，它可把族的參數信息以及工程量(比如設備的數量、型號規格、電纜橋架規格、長度等)統計出來。創建明細表，選擇所需統計的族參數，選取需表示的參數，明細表自動生成，模型任何一處修改，明細表均可關聯驅動修改。Revit的明細表較傳統CAD的材料表統計減少了繁重的工作量，其自動計算工程量的功能比現有造價專業手動計算工程量來得更準確、更高效，如圖13所示。

圖13 電氣設備材料明細表 (局部)

7 施工模擬及后期運維

利用BIM創建的三維模型設計，設計成果不僅僅是圖紙，在進入施工階段前，可利用可視化軟件制作成該項目的虛擬現實模型，創建虛擬工程師“身臨其境”的進入該模型，在未來建筑物漫游查看，不合理的地方保存視圖，生成漫游動畫與各參與方交底。在施工階段， 在3D建筑信息模型基礎上，融入“時間進度信息”與“成本造價信息”，形成由3D模型+ 1D進度+ 1D造價的五維建筑信息模型，5D信息模型集成了工程量信息、工程進度信息、工程造價信息，不僅能統計工程量，還能將建筑構件的3D 模型與施工進度的各種工作(WBS)相鏈接，動態地模擬施工變化過程，實施進度控制和成本造價的實時監控。更好地指導施工，如圖14所示。

圖14 某變電所利用BIM模型制作的施工模擬動畫

項目交付完成后，BIM模型可應用于后期三維運營維護，點擊模型中任一構件，都將顯示該構件的技術參數，同傳統的竣工藍圖對比，管理上更為直觀高效。

8 結語

BIM技術應用于變電所等設備用房的設計，高效可行，可在全生命周期(設計、施工、預算、運維)進行應用，BIM模型的精準化設計是項目的施工、運維、造價等方面運用的必備條件，BIM設計模型可輕量化導入BIM施工管理平臺，進行施工進度控制、質量安全管理、材料管理等，可導成算量模型生成工程量清單，用于造價控制。BIM設計模型跟隨施工的簽證變更調整，完成竣工模型，把竣工模型輕量化導入三維運營管理平臺，把設備的參數及說明書等資料錄入三維運營管理平臺，用于后期業主的運維管理。