基于BIM+GIS抽水蓄能電站數字化交付平臺應用研究

2021-10-23 06:14:22季懷杰

水利技術監督 2021年10期

肖凱，季懷杰

(1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北武漢 430080；2.清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠 511853)

1 概述

目前我國越來越多的抽水蓄能電站逐步建成投產，為電力系統運行、新能源消納和節能降耗作出重大貢獻[1]。但由于抽水蓄能電站自身的特點，水工樞紐工程和地下廠房硐室群位于地下，特高壓設備長期運行不停電，發電機組結構復雜、一旦安裝發電長期運行服務不大修，監測監控設備種類、數量多且隱蔽性強，易造成管理人員很難對生產現場各類建構筑物進行全方位了解與跟蹤查詢，追溯工程記錄時只能靠工程報告或二維的設計圖紙回憶工程建設信息，缺乏直觀了解工程數字化交付內容的手段[2]。

隨著BIM+GIS技術的快速發展，基于BIM+GIS技術的工程應用服務越來越成熟和廣泛[3]。BIM貫穿設計、施工、運維，都是對單體精細模型的設計管理[4]，注重于室內細節的設計實現，但是其缺乏周邊地理環境信息，GIS技術注重地理環境的模擬與管理，可以對BIM數據起到支撐作用。BIM與GIS的結合能夠實現由模型到圖紙檔案或者由圖紙檔案到模型的雙向檢索，室外到室內的一體化管理。

2 抽水蓄能電站數字化交付

數字化交付是對工程建設階段產生的靜態信息進行數字化創建至移交的工作過程，涵蓋信息交付策略制定、交付基礎制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗、信息移交和信息驗收[5]。數字化交付是設計成果交付的升級，是工程技術服務的延伸，是建設數字化電站的基礎[6]。

2.1 抽水蓄能電站交付現狀

傳統的抽水蓄能電站資料交付是通過設計圖紙、文本標注等載體實現的，其設計成果數據準確性只能依靠人工校核來實現。而目前電站數字化交付是利用建模技術、信息技術、網絡技術來對設計數據進行加工、管理，其設計過程也是構造數字化成果數據的過程。

電站數字化交付的核心數字模型主要是通過綜合BIM和GIS技術建立的。通過這種方式，可以建立電站虛擬數字模型和電站實體對象的映像，用于工藝規劃、生產計劃、制造執行等生產全流程，實現產品的全生命周期管理。數字化電站交付后的數據可以用于仿真和生產優化等領域，實現基于實體三維模型的仿真培訓，實現可視化的生產績效管理和集中管控系統的集成應用。

2.2 抽水蓄能電站數字化交付范圍

抽水蓄能電站數字化交付物應滿足使用需求且應充分表達專業交付信息集合。數字化交付范圍應包含三維BIM模型、GIS(地理信息)數據、屬性數據、文檔等。電站對象與三維模型、電站對象與地理信息數據、電站對象與屬性數據、電站對象與文檔等不同信息之間宜建立關聯關系。

3 BIM與GIS的應用現狀

BIM 是設施物理和功能特性的數字表達。BIM 作為一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念設計到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據的過程[7]。

BIM以工程項目的各項相關信息數據作為基礎建立數據模型，通過構建虛擬的建筑工程三維模型，利用數字化、信息化技術為模型提供與實際結構一致的信息庫[3，8]。而水利水電工程建設項目形式多樣、格式不一、精度不同的海量信息數據，在管理過程中容易形成信息孤島，進而導致項目全生命周期中信息流失嚴重，一定程度上制約工程項目管理水平和效率的提高[9]。

三維GIS技術作為信息化的體現之一，在水利工程各環節中的應用范圍不斷擴大，應用層次也逐漸深入，其已從最初單純可視化過渡為集合空間分析、模擬、預測等多位一體的復雜應用[10]。與BIM專注于精模，模型內部結構不同，其處理的數據大多是模型外面的世界，強調空間地理位置[11]，將三維GIS與BIM技術融合，GIS提供專業空間查詢分析能力即宏觀的地理環境基礎可以拓展BIM的應用價值，為BIM提供豐富的地理空間信息，實現宏觀與微觀的相輔相成。

4 BIM+GIS抽水蓄能電站數字化交付平臺功能設計

對勘探資料、設計圖紙等各種資料進行整理歸集，將BIM和GIS模型整合后導入統一的管理平臺，建立模型與工程檔案的關聯關系。實現模型三維可視化瀏覽和交互，根據時間屬性實現施工進度可視化，實現對文檔資料和生產數據的管理，實現BIM模型與文檔資料和教學課件關聯，完成系統管理后臺維護。功能結構如圖1所示。

圖1 系統功能結構

4.1 三維模型瀏覽

將電站對象以三維模型的形式呈現，提供對三維電站的定位、監測、測量、交互瀏覽、剖切、顯示隱藏、透明顯示、屬性查看、文檔查看、課件查看和文檔搜索的功能。

(1)坐標定位。記錄場景興趣點，方便用戶快速定位，在電站范圍內自定義添加某一特定場景的興趣點坐標，通過點擊創建的興趣點可以快速定位到該場景。

(2)實時監測。選擇查詢監測點詳細信息、查看報警點等功能。

(3)測量工具。支持坐標測量、距離測量、垂直距離測量、水平距離測量和投影面積測量的功能。選擇坐標測量，通過點擊三維場景中的某一關注點，即可標出點擊位置的三維空間坐標信息；選擇距離測量，通過點擊三維場景中的兩個不同的點位，則自動計算并顯示出兩點之間的直線距離；選擇垂直距離測量，通過點擊三維場景中的2個不同的點位，系統自動計算并顯示出兩點之間的垂直高度；選擇水平距離測量，通過點擊三維場景中的兩個不同的點位，系統自動計算并顯示兩點之間的水平投影長度；選擇投影面積測量，通過點擊三維場景中至少3個不同的點位，系統自動計算并顯示多個點位之間形成的投影面積大小。

(4)交互瀏覽。交互瀏覽包括動畫導航、地形透明、步行模式和2D模式。其中動畫導航即在電站范圍內，創建三維場景的動畫，并可以根據創建場景播放；地形透明即根據需求不同程度設置地形透明度，將整體模型結構更直觀展現；步行模式即通過鍵盤和鼠標模擬步行視角瀏覽；2D模型即將電站以二維視圖展示。

(5)剖切查看。剖切有體剖切和面剖切，體剖切僅保留立方體框起來的模型，查看模型在xyz 3個方向上的空間剖切狀態，通過旋轉方向和上下移動可進行剖切面和剖切范圍調節，而面剖切是以無限橫截面的形式對模型進行剖切，只能查看模型xyz一個方向上的空間剖切狀態。

(6)顯示隱藏。選擇三維場景中的模型構件，對模型進行顯示和隱藏查看。

(7)透明顯示。選擇三維場景中的模型構件，對模型進行透明顯示查看，查看設備內部構件。

(8)屬性查看。選擇所需查詢的構件，系統自動計算并顯示該構件的屬性信息(幾何屬性和生產屬性)。

(9)文檔查看。選擇所需查詢的構件，系統自動計算并顯示該構件所關聯的文檔信息。

(10)課件查看。選擇所需查詢的構件，系統自動計算并顯示該構件所關聯的課件信息。

(11)文檔搜索。選擇文檔類型，輸入關鍵字進行文檔搜索。

4.2 進度可視化

通過選擇參與進度可視化演示的工程模型設置模擬范圍，對選擇的模型賦予時間屬性，即開始時間和結束時間，平臺會根據工程模型的時間屬性自動計算播放進度數據，動態演示工程施工進度可視化仿真過程，在可視化過程中如果需要查看模型信息，暫停仿真選擇模型即可獲取模型進度信息。功能流程如圖2所示。

圖2 進度可視化流程

4.3 文檔管理

對數字化交付文檔進行統一管理，提供一種便捷的文檔管理方式，對電站設計生產的文檔進行統一的管理。根據工程分解結構創建的模型結構樹進行文檔整理分類，形成文檔管理列表，然后通過單擊的形式可以查看文檔節點下所包含的文檔。

(1)節點管理。文檔目錄中提供了“添加根節點”“添加節點”“刪除”等功能，文檔目錄將不同工程的數字化交付文檔以工程結構樹進行分類顯示，點擊不同的樹節點，文檔列表框會彈出該樹節點下對應文檔，文檔類型含word、Excel、PDF、dwg等。

(2)文檔管理。文檔管理包括上傳文檔、預覽文檔、下載文檔、刪除文檔、刪除文檔所有關聯和查看關聯等操作，文檔管理的功能需要先選擇文檔然后執行對應功能。

4.4 文檔關聯

給模型結構樹節點添加文檔關聯關系，建立電站對象與文檔和課件之間的關聯查詢。查看文檔關聯關系，模型結構樹上右鍵單擊“查看文檔”按鈕，彈出文檔列表對話框，在該模塊可以進行關聯關系的刪除操作，根據文檔目錄選擇相應的文檔，點擊“添加”按鈕將文檔加入到待添加的文檔目錄中，建立文檔關聯關系。查看文檔關聯關系，模型結構樹上右鍵單擊“查看課件”按鈕，即可查看模型對應課件。