談變電站鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計

胡鵬飛 陳 軒 劉偉亮 宗 鋒

(上海電力設(shè)計院有限公司，上海 213300)

1 概述

謝國昂等編著的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計深化設(shè)計與詳圖表達》[1]介紹了傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計的研究內(nèi)容，指出鋼結(jié)構(gòu)施工安裝前在工廠加工的特殊性以及構(gòu)件加工精度要求高，需要大量的工廠二次深化圖紙。國家電網(wǎng)有限公司對輸變電工程的三維建模深度、交付標(biāo)準(zhǔn)等作了規(guī)定。中鐵四局采用TEKLA軟件提高深化效率，解決鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)加工的問題。PKPM軟件公司設(shè)置了PKPM-BIM協(xié)同平臺，開發(fā)了“PKPM轉(zhuǎn)TEKLA”接口軟件，實現(xiàn)了PKPMSTS和PS模型完整正確地導(dǎo)出到TEKLA中的功能。

2019年由中電聯(lián)組織的“2019輸變電工程三維設(shè)計發(fā)展論壇”上，華東勘測設(shè)計研究院、三維設(shè)計軟件公司、江蘇電力院等分享了各自的三維開發(fā)與應(yīng)用成果，雖然成果豐碩，但在三維設(shè)計應(yīng)用方面尤其是正向化設(shè)計方面尚未取得革命性成果。

電力設(shè)計院已進入三維數(shù)字化設(shè)計階段，但是相關(guān)的二次開發(fā)軟件尚未形成規(guī)模，設(shè)計院傳統(tǒng)的設(shè)計模式尚未根本轉(zhuǎn)變。基于此，從電力設(shè)計院設(shè)計實際出發(fā)，提出基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計理念、原則、方向。

2 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計理念、原則、方向

2.1 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計理念

鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計可以分為兩種模式，傳統(tǒng)二次深化設(shè)計模式與基于三維設(shè)計的二次深化模式。前者是設(shè)計院施工圖設(shè)計、廠家深化加工、施工安裝的模式，深化由廠家完成。后者是電力設(shè)計院廣泛應(yīng)用BIM進行三維設(shè)計發(fā)展的必然，其本質(zhì)是設(shè)計院采用BIM進行三維建模、計算、出圖，依托BIM進行三維協(xié)同設(shè)計，并進行三維交付的一個過程。

從電力設(shè)計院的設(shè)計傳統(tǒng)看，電力設(shè)計院與加工車間沒有直接關(guān)系，這與各自在設(shè)計生產(chǎn)中的角色有關(guān)；兩者又是有聯(lián)系的，施工圖設(shè)計深度需要滿足鋼結(jié)構(gòu)制圖與表示方法方面的要求便于廠家識圖，而廠家則可以將加工過程中發(fā)現(xiàn)的問題反饋給施工圖設(shè)計方，使設(shè)計方能夠在設(shè)計過程中更加注重施工圖實現(xiàn)的可行性和便利性。

在基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計中，電力設(shè)計院進行設(shè)計時可以向傳統(tǒng)二次深化設(shè)計進行有限的延伸，但不能延伸到替代生產(chǎn)廠家的本質(zhì)工作上去。

2.2 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計原則

基于2.1節(jié)，從提高建模效率與出圖質(zhì)量出發(fā)，提出基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計原則。

1)適度精細化建模原則。向廠家進行的二次深化設(shè)計有限延伸，基于此原則對鋼結(jié)構(gòu)各實體進行分類，確定建模深度。比如在施工圖建模階段，鋼筋桁架樓承板內(nèi)的鋼筋不必強調(diào)彎鉤的長度等細節(jié)，相應(yīng)細節(jié)通過相應(yīng)圖集反映即可。2)模型深度遞進原則。不同的設(shè)計階段建立不同深度的模型。比如在初設(shè)階段，地下室混凝土部分不進行配筋，地上鋼結(jié)構(gòu)不進行螺栓及相應(yīng)節(jié)點板的建模；不用強調(diào)暖通等專業(yè)小孔、埋件的精確定位。3)設(shè)計院傳統(tǒng)深化與BIM結(jié)合原則。將電力設(shè)計院已經(jīng)進行相關(guān)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計研究的內(nèi)容，如梁柱截面、梁柱分段、梁柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、內(nèi)外墻墻板、檐溝、女兒墻等內(nèi)容，進行相應(yīng)族的參數(shù)化建模。根據(jù)需要不斷拓展新的族。4)三維模型出圖與CAD說明并重原則。過渡階段，三維模型出圖與CAD說明并重，最終實現(xiàn)無紙化三維模型指導(dǎo)加工與施工的狀態(tài)。初設(shè)階段模型較粗，出圖后干預(yù)相應(yīng)較少且容易；施工圖階段，模型精細，出圖的細節(jié)較多，需要干預(yù)內(nèi)容較多，難度較大，但是CAD配合解釋的內(nèi)容較少，如鋼結(jié)構(gòu)模型中梁柱節(jié)點連接較細時，在三維平面出圖后該節(jié)點在平面上的表示就較復(fù)雜，會出現(xiàn)不同標(biāo)高的構(gòu)件在水平面上的投影相互覆蓋，并且很難通過實虛線進行表達，而該節(jié)點在傳統(tǒng)CAD平面圖上表達是通過節(jié)點詳圖(三視圖)來表達的。

2.3 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計方向

與設(shè)計院相關(guān)的主要干系人是加工廠和施工方，鋼結(jié)構(gòu)加工廠的工作是依據(jù)設(shè)計圖紙采用TEKLA進行建模深化并生成零件圖，目前TEKLA在深化建模方面成熟，而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計用的PKPM軟件目前可以直接接口TEKLA軟件；施工方依據(jù)三維模型及圖紙進行地上鋼結(jié)構(gòu)的吊裝、安裝。

立足設(shè)計院本身，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計應(yīng)從方案、可研、初設(shè)、施工圖整體考慮，著手實現(xiàn)以BIM(如REVIT平臺)建模為中心，計算(結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件)作為前處理，協(xié)同和出圖為后處理的深化方向，如圖1所示。

當(dāng)設(shè)計方采用REVIT建立模型細致到一定程度時，含設(shè)計在內(nèi)的各相關(guān)方應(yīng)該從理念上進行轉(zhuǎn)變，即設(shè)計將三維模型提供給業(yè)主，業(yè)主將模型提供給加工廠，加工廠通過三維模型完全可以實現(xiàn)深化加工的需求；對于施工方，上部結(jié)構(gòu)施工工作是吊裝、安裝，當(dāng)通過業(yè)主提供施工方的深化階段三維模型時，施工方通過三維模型(輔以施工模擬)進行吊裝安裝將會更形象，更便利，具體如圖2所示。

圖2關(guān)系為打造“模型為主、圖紙為輔”的鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)加工、鋼結(jié)構(gòu)安裝新模式提供了基礎(chǔ)。由此，相對傳統(tǒng)二維出圖，模型建立的越細，越不需要出圖，而只需要提供模型、設(shè)計說明、工程量表以及必要的在2.2節(jié)原則1)，2)中沒有明確的其他內(nèi)容。

3 結(jié)語

從傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計出發(fā)，分析當(dāng)前三維數(shù)字化理論研究成果、相關(guān)三維設(shè)計軟件開發(fā)情況以及業(yè)內(nèi)外設(shè)計院在二次深化方面所做的工作，為提高建模效率與過渡階段的出圖質(zhì)量，從電力設(shè)計院設(shè)計實際出發(fā)，提出基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計理念原則，并提出“模型為主、圖紙為輔”的鋼結(jié)構(gòu)變電站模型設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)加工、鋼結(jié)構(gòu)安裝新模式。