BIM設計在水利水電工程電氣專業中的應用分析

黃志明

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

建設工程項目信息模型技術簡稱為BIM，它是建設工程項目發展與信息技術資源融合的產物。BIM體現了技術特征，也具有設計功能。例如，BIM設計可視性強，可以把只有借助想象才能進行構建的立體空間，通過信息技術與軟件功能進行實際模擬，使其轉換成“虛擬場景中的實體”。同時，BIM設計協調性相對較高，水利水電工程項目在新時期的專業化發展需求日益增長，需要處理的問題與牽涉到的要素逐漸增多，此時，應用BIM設計可以較好的滿足其需求。

1 BIM設計概述

1.1 概念

BIM是英文全稱“Building Information Modeling”的首字母縮寫形式，翻譯為中文為“建筑信息模型”，通常將其稱BIM技術。從本質上講，它是一種以計算機為載體的應用軟件，其功能集中體現在“三維建模”方面。通過對BIM技術的應用，能夠在“虛擬網絡”中，構建與“現場場景”對應的“數據模型”。當前，BIM技術在裝配式建筑設計中的運用經驗表明，“模型世界”與“現實世界”能夠實現全面對應。從實現途徑方面看，BIM設計應用，主要是以工業基礎類的IFC為標準，如利用水利水電工程項目產品相關的生產要素生成的數據信息，對其實施標準化的設計與處理，以及表達，從而完成BIM技術在電氣專業設計中的系統性運用等。

1.2 應用現狀

從應用現狀方面看， BIM技術在水利水電工程設計中已涉及各個方面。因此，其應用范圍相對廣泛。然而，在當前的應用中，重點仍然集中于多元化應用、專門化應用。尤其是BIM技術應用中存在“二次應用”的現象，浪費了諸多資源。主要表現為①在原有設計基礎上，運用BIM技術進行優化處理。②對二維平面設計實施三維空間設計轉換。③軟件應用差異導致的BIM技術應用受限，以及在同一項目的建設單位、設計單位、監理單位、施工單位之間的信息化標準與格式不統一等。這些均阻礙了其技術的系統性應用。不利于通過BIM技術在水利水電工程設計中的全面、有效運用，因此，間接導致了對其應用后的效用不高等問題。因此，需要增強對其多元化應用的分析，逐漸強化其三維空間設計、集成設計、諸環節設計，化解相關的阻礙因素，為其提供資源支持等。

1.3 比較優勢

首先，BIM技術作為一種建筑信息模型，旨在通過對工程項目產品生產建設相關的各項信息數據的采集與處理，從而構建三維可視化的產品設計模型，并使其實現有效運用。因此，從系統性應用方面看，BIM技術的三維空間設計，首先突破了原有的二維平面設計，在根本上轉變了設計思維。同時，通過對其三維空間設計功能的使用，可以使信息數據化或數字化的建筑設計一步到位，克服3D類型的設計軟件弊端，實現產品信息的全面三維幾何化操作。比如，當前的水利水電工程電氣三維空間設計中，就將各類電氣設備、電氣設備相關的各類材料、材料下設的各類性質進行了由上到下的統一設計，能夠達到對電氣的價格信息、位置信息、性能信息、材料信息、進度信息、重量信息、接地信息、埋管信息、照明信息、電纜敷設信息等全面集成應用。

其次，在三維空間設計基礎上，BIM技術的運用集成化程度較高，其工作模式轉變到了協同合作方向，運用BIM技術配套的使用軟件，可以對協同信息進行全面計算與分析，可以保障水利水電工程電氣設計中的材料與設備環節、施工建設環節、投入運營后的維護管理環節，全面納入到電氣信息模型之中，從而完成各個環節之間的協同設計，確保設計環節的系統性、全面性、有效性。當前的應用也證實，應用BIM技術的工作模式，既可以減少“錯漏缺”問題，也能夠在線實時的開展“聯動式修改”，進而降低設計中的時間成本、修改成本等。另外，在現代水利水電工程產業鏈條上，電氣的研發設計貫穿著整個鏈條。同時，設計環節的IP生產，往往能夠擴增原來的水利水電工程項目可營利空間。因此，在水利水電工程電氣設計中，十分重視對研發設計環節的投入。需要注意的是，由于諸環節的設計與研發設計環節存在系統性設計與配套性設計的一體化關系。因此，當前的環節設計主要由方案設計、初步設計、施工圖設計三大環節構成，節省了針對產業鏈條諸環節的設計，增加了分步驟的設計環節。

2 BIM設計在水利水電工程電氣專業中的應用

2.1 工程概況

以某供水工程項目設計為例，具體要求建設一座新電站，其中，包括1座升壓站，并且需要配置35kV戶外設備。在初步設計階段，已經完成了項目參數的錄入工作，建立了針對該項目的信息模型。然而，由于建設單位對交付標準有較高的要求。所以，施工單位為了滿足其實際要求，對升壓站電氣設備諸項內容做了進一步優化處理，應用BIM技術實施了具體的電氣設計。

2.2 設計準備

（1）制作電氣設備族。在BIM設計中，以電氣設備族作為基本構成單位，完成信息模型基礎創建。具體操作中以Revit系列軟件為準，在其自帶電氣設計族相對不足的情況下。該項目設計人員結合實際對LCU柜與戶外配電設備的實際需求，制作了相關電氣設備族，為了達到模擬仿真目標，設計人員需要通過外形尺寸、性能參數等細致的數據信息，為電氣設備族類賦予清晰性與明確性。

（2）由于水利水電工程電氣專業設備族種類多、數量大、屬性參數影響大、參數校驗、工程量統計相對復雜。設計人員花費了較長時間，戶外35kV斷路器、LCU柜均為本項目制作的部分電氣族，如圖1所示。對電氣設備中的戶外35kV斷路器、LCU柜進行了標準化分析，從而制作了與之匹配的內容詳細的設備產品族庫。

（3）在協同設計工作方式方面，為了使優化設計適用于項目。設計人員未采用各專業共用信息模型協同模式，而是根據各專業的單獨信息模型構建方式，進行了較為快速的連接、調用，既化解了設計資源配置相對較低的問題，也使各專業實現了有效配合，起到了對設計失誤的有效預防。

圖1 戶外35 kV斷路器及LCU柜電氣族

2.3 設計流程及應用

首先，以Revit設計環境為準，制作BIM電氣設計信息模型。在初步設計階段，制作電氣專業設備族庫。在施工圖設計階段，完成相關電氣設計。設計流程如下：整體規劃——BIM方案模型——BIM深化模型（水利水電工程、電氣專業、MEP多專業協同）——BIM交付模型（自動出圖）——竣工模型——竣工圖的BIM設計流程。對應BIM設計流程，可以制定出BIM技術在裝配式建筑設計中的應用流程。按照對應關系，可以構建由整體規劃（效果總圖）——平面、立面、剖面設計——整體分析專業協同（電氣安裝位置、立面示意、連接位置、系統大樣和節點大樣）——電氣深化設計（如尺寸控制圖，具體到了設備布置、接地、照明、埋管等各項要素）。

其次，在接地、埋管設計完成后，可提取任意剖面應用于二維出圖。再完成供配電系統校驗、碰撞檢查、模型布置、出圖。應用Revit設計環境能夠以初步設計階段創建的電氣設備族庫，使其族屬性在自動生成過程中，轉化為具體的設備材料明細表。具體包括：電器設備、設備材料的各類明細。

2.4 設計中的注意事項

BIM技術在水利水電工程電氣設計中的應用主要是利用三維模型，對方案設計、初步設計、施工圖設計進行參數優化、協同管理、模型優化。簡單講，就是通過BIM技術細化、優化電氣設計。因此，在其應用之前，需要先做好設計準備工作。具體而言，要根據電氣設備、安裝位置、安裝階段等相關數據，先建立一些初步的、粗略的BIM方案模型，相當于在BIM應用軟件中畫一幅電氣設計草圖。再實施全面設計。在本次設計過程中，電氣設備族庫的標準分析與族庫創建花費時間較多。其原因主要來自Revit系列軟件在水利水電工程電氣專業設計方面的族庫不夠，僅能夠滿足管線敷設方面的一些基本族類信息。另一方面，輔助軟件的兼容性相對較差，在三維圖向二維轉換后，其中的一些族元素并沒有清晰的表達出來。所以，選擇了其它軟件進行輔助處理。

3 結束語

總之，現代水利水電工程項目產品的生產建設與我國新時代的系統性改革密切關聯，為了做好水利水電工程項目，一方面，應該結合實際的電氣專業需求，按照電氣工業設計思維，選擇與其設計需求相一致的BIM技術。另一方面，在BIM設計實踐中，應該對其優勢進行全面解析，確保在三維建模空間內，合理的應用BIM技術，使水利水電工程電氣專業的設計過程中，增強針對各類構成要素參數的精準計算。結合以上初步分析，建議按照具體的水利水電工程項目中，電氣專業的實際設計需求，嚴格按照其電氣設備的布置、埋管、線纜敷設、照明、接地等，做好對二維設計方案信息的提取與轉換及優化，提高BIM設計在應用實踐層面的效用生產效率。