變電站BIM三維建模研究

時蘇婕 徐州華電電力勘察設計有限公司

BIM屬于一種多維模型信息集成技術，將其科學地運用在變電站三維建模中可以取得良好的成效，增強不同部門以及專業間的交流與互動效率，解決工程建設中的細節問題，而且可以科學地研究與探討變電站的規劃方案，并對方案進行模擬及完善。基于對BIM技術的應用可以顯著提高變電站的設計精度、施工效率，降低施工成本，使得工程建設更加安全、可靠。

一、BIM技術概述

在傳統變電站工程的設計工作中，通常使用二維平面制圖，但是二維制圖無法對整個產業鏈進行支持，與實際各環節、領域之間存在著不高的關聯性。對于BIM技術而言，可以有效彌補平面制圖的不足，能夠對變電站工程的整個周期進行設計，完成全周期的信息模型構建，不僅如此，還能夠實現對工程管理的建模分析與研究操作[1]，實現工程全生命周期的交付，使得各個不同的工種進行有機地協調、進行通力合作，有效地優化項目的效果，提升建設效率。

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，其中涉及多個圖元，例如門窗、墻體與柱等；二是結構部分，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

（一）標高與軸網

在對變電站進行三維建模操作時，先確定標高以及軸網，才可以為建筑定位奠定良好的基礎。只有實現對二者的準確、科學構建才可以使得模型更加精準，要在立體圖形中對標高進行繪制，充分發揮軟件的作用，自動化、智能化地繪制標高，建立平面視圖，在此基礎上對軸網進行繪制。或者設計人員在視圖選項卡中通過手動的方式將平面視圖添加進去，在將標高以及軸網構建完畢以后，保證在東、西、南、北立面視圖中軸線可以穿過全部的標高[2]，這樣一來才可以在平面視圖中充分地顯示出整個軸網，為后續的工作奠定良好基礎。在結構樣板中，必須要科學、精準地設置軸網，要充分發揮“復制/監視”工具的作用，對建筑的軸網進行科學復制，在此基礎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，樓內含有多個房間，例如GIS室、開關室、電容器室、工器具室等。開關室多位于第一層，要在其底部設置電纜，布置電纜溝。電纜溝設計是工程量統計以及建筑設計中具有十分重要的部分。在實際操作中，要充分發揮樓板與墻體的作用對電纜溝進行設計。在核算定額時，復雜地面屬于電纜溝的收費子目，軸線的尺寸面積屬于其收費的基礎，洞口的面積不需要去除，此處和樓板有著相同的工程量統計規則[3]。然而，在開展預算定額操作中是根據溝體的體積對電纜溝的工程量進行計算的。但是，墻體與樓板都不能夠將其體積計算出來，最為科學合理的方式即為借助于體量對體積進行計算。可以借助于體量建模的方式對體量的表面積以及體積進行統計，如此一來，就可以更加科學地完成對電纜溝體積的統計操作。

（三）主體結構

該部分重點是實現對構件的配筋處理，一般狀況下，在Revit軟件中往往會借助于速博插件實施配筋操作。該插件根據對關鍵數字的統計，達到構件配筋的目的。基于該插件可以順利完成較簡單的配件操作，例如，粗略地完成對基礎梁和柱的配筋操作，再利用手動的方式進行調節，以滿足設計的相關標準。然而，該插件也會存在一定的不足之處，即為無法對側向鋼筋進行繪制。不僅如此，僅僅可以利用手動的方式完成對屋頂以及樓梯的配筋操作，而且也要通過手動的方式來調節鋼筋的形狀與尺寸、調節彎鉤角度等[4]，如此一來就會使得結構的建模操作變得十分復雜。在表達復雜鋼結構方面，Revit軟件有著很大的優勢，屬于典型的代表。我國著名的鳥巢鋼結構框架就是借助于該軟件進行模擬分析的，該軟件能夠完成對鋼材與鋼筋的精細化建模以及預制加工操作，如此一來就能夠有效地節約工程的成本，有著更強的經濟性。

（四）附屬建筑物

該部分屬于變電站的一個重要組成部分，其中涉及事故油池、泵房以及蓄水池等建筑物。在實際操作中，要結合項目的具體要求，在不同的屋頂平面上完成繪制操作。在創建泵房時要采用與配電裝置樓較為相似的方式與方法，由墻體出發逐步地完成繪制操作，可以十分簡單、快速地完成創建操作。對于蓄水池而言，借助于樓板工具生成其中的水體，通過對材質屬性的修改來完成相關的操作。對于事故油池而言，要采用手動式的方式對族進行創建，然后完成對其的構建操作。其中需要注意的是，要在把手以及樓頂等部位生成模型族，在此基礎上能夠更加方便、快捷地聯動變化。

（五）族庫建設

在Revit2014中會將基本圖形單元稱作圖元，是利用族建立的。族屬于參數化的組件，其中包含大量能夠進行自由調節的參數，諸多的參數對圖元在項目中的位置、尺寸大小以及材質等關鍵的信息資料進行管理與控制。通過對于相關命令的科學運用，能夠建立多元化、不同類型的族文件。對于變電站而言，族庫中涉及多種構件，其中包括變壓器、母線、開關柜以及蓋板等，如圖2所示。圖3展示的是模型構建的幾何信息與非幾何信息屬性。根據編碼、漢字描述以及英文描述等方式對字段的描述方式進行科學地選擇和統一。在建立族的過程中，為了更高效地利用族，達到一族多用的目的，可以對族的參數進行科學、合理地關聯，在此基礎上達到聯動參數化設計的目的。

圖2 變電站工程部分族庫

圖3 模型構建幾何信息與非幾何信息屬性信息

（六）工程量統計

在三維模型建設中可以智能化、自動化地得到項目工程量明細表，然而很多量是無法直接作為計費基準的。例如，電力定額中，要求在梁中要融入梁和板搭接的部分，對于Revit軟件，計算規則要求將該部分計算在板中。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，實現反饋控制。完成操作后，在excel表格中導入各類的明細表，然后完成加工調整操作，并且將其導入至計價軟件當中。其次，在前期要對定額計算的基本規則進行全面地了解，將定額規則作為標準，完成建模操作，也就是進行前饋控制。要在設計的環節中有效地防范工程量誤差情況的發生。比如，要對樓板邊界線進行科學、合理地調節，要利用梁來替代梁和板搭接的部分，在此基礎上得到的模型更符合電力的定額規范[5]。對兩種方法進行對比分析發現，第二種方法有著更多的優勢，在后期完成很少的工作量就可以順利地完成相關的任務。

四、變電站的BIM三維模型建模

（一）設計階段

在設計工作中要全面地研究與分析變電站的BIM模型建模要點與規則，對編碼體系進行統一；要結合具體的實踐案例進行數字化、智能化地設計，使得設計水平得到大幅度的提升。除此以外，要把數字化平臺作為載體，實現對設計成果的標準化復用以及積累，為全生命周期奠定良好的基礎，提供有力的數據。不僅如此，也可以充分發揮數字化移交技術的作用，完成數字化的評審操作，借助于網絡評審的方式可以更加高效地完成操作，有效地節約成本，實現對質量的監督管理與控制[6]。

（二）造價階段

在造價階段要全面地分析與探討變電站的模型三維建模規則與方法，再根據電力工程的概預算標準，更加科學、精準地完成三維正向設計操作。根據自動統計，自動化地造價輸出，實現對造價數據的可視化分析，實現造價全過程的應用，在此基礎上建立造價以及設計結合的BIM模型建模體系。除此以外，也可以基于BIM模型三維建模的規則與操作，科學地制定自動算量計價規范，實現動態化地造價輸出，并且其中會涉及所有的三維數字化設計要素。

（三）施工階段

基于對變電站BIM模型三維建模的分析與探索，建立相對較為完整、科學的編碼體系，根據不同時期變電站數字化成果的數據流通情況，將這些成果提交到施工管理平臺中，而且要充分發揮先進技術的作用，例如模擬、仿真以及移動終端等，在此基礎上充分確保施工的質量。要充分發揮BIM模型的作用，借助于可視化數字化與網絡化技術來完成施工仿真操作，建立五方協同作業平臺，包括業主、監理以及施工方等[7]，使得信息變得更加對稱，更加公開、公正、透明，從而使得各方可以更好地協同作業，完成任務。

總之，利用BIM技術實現對變電站的三維設計，有助于工程全生命周期的交付，使得各工種進行科學合作，獲得更好的成果。其能夠得到工程中不同環節的參數，能夠科學地管理與控制相關的設施，使得不同專業之間進行更好的交流與協作。該項技術十分便捷、準確，能夠有效地縮短工期，改善工程的效率與效果，可以進行數字化地移交，構建更加科學的模型，從而更好地保證變電站的建設質量，更好地滿足實際的需求。