基于Bentley軟件的智慧水利水電工程電氣三維正向設計研究

陳立強

[摘 ? ?要]水利水電工程智慧化是響應國家數字化轉型號召的一項重要工作。為推進智慧水利水電工程落地，輸出符合要求的設計成果，開展了以Bentley軟件為基礎的三維正向設計研究。智慧水利水電工程的底層是以電氣設備為基礎建設的，且幾何模型和參數模型有機結合在一起。三維正向設計最終實現了設備模型、設備編碼以及設備屬性的數據統一，為智慧水利水電工程的建設提供了重要的數據支撐。

[關鍵詞]BIM;智慧水利水電工程;數字資產;三維正向設計;Substation;BRCM

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–04

Research on Electrical 3D Forward Design of Intelligent water Conservancy

and Hydropower Project Based on Bentley Software

Chen Li-qiang

[Abstract]The intellectualization of water conservancy and hydropower projects is an important work in response to the call of national digital transformation. In order to promote the implementation of smart water conservancy and hydropower projects， output qualified design results. The research on three-dimensional forward design based on Bentley software is carried out. The bottom layer of smart water conservancy and hydropower project is based on electrical equipment， and the geometric model and parameter model are organically combined. The three-dimensional forward design finally realizes the data unification of equipment model， equipment code and equipment attributes， which provides important data support for the construction of smart water conservancy and hydropower projects.

[Keywords]BIM;smart water conservancy and hydropower project; digital assets; three dimensional forward design; substation;BRCM

目前智慧工程建設如火如荼，在國家大力推廣下，社會經濟價值日益顯著。作為國家和企業實現數字化轉型發展戰略的重要著力點，數字化發展水平的重要指標，智慧工程的實現將打通工程全生命周期的數據流通，提升整個產業鏈的數字化升級。BIM正向設計的智慧工程主要采用三維協同設計，設計出的模型包括幾何模型和參數模型，通過模型直接得到所需的圖紙、報表、視圖、數據等，而不再是單純的翻模。BIM正向設計能夠減少部分重復勞動，降低勞動成本和信息交換成本，其優點得到業界的廣泛認同。國內大多數大中型設計院都在積極開展BIM設計與應用，但是可以稱得上是BIM正向設計的，相對稀缺。上海勘測設計院經過多年的項目實踐和科研實踐總結出了一套BIM正向設計與應用的實施方案，且這套實施方案隨著軟硬件的發展也在不斷完善和發展。隨著國內BIM技術的不斷發展，現有的BIM咨詢模式已不能滿足快速發展的應用需求，正向設計在實際應用過程中也遇到了很多困難。通過工程經驗和文獻調研，總結正向設計存在的問題，如：缺乏與之適應的標準、國內環境的制約、技術鏈和產業鏈不夠成熟、各軟件平臺間存在數據不兼容的問題等。設計院如何在工程項目規劃設計階段就為工程的智慧化做好基礎工作顯得尤為重，使規劃設計階段產生的圖紙、文檔、模型、施工組織以及投資規劃等，完整全面地流通到建設和運營維護階段。項目標準規范的制定，圍繞三維設備庫、編碼、模型、圖紙和報表等設計成果的制作規范，衍生出適合智慧工程的設計成果，解決好與施工方和軟件平臺方的配合，實現數字化成果移交，進而達到智慧工程的要求。

1 Bentley軟件平臺和智慧工程

Bentley軟件系列產品是基于Microstation開發的一系列行業軟件，特點是專業化程度高，數據統一性強。上海勘測設計院引進Bentley軟件已有十幾年時間，現已規范多專業協同設計及校審流程，制定三維正向設計以及數字化移交等標準。在電氣三維正向設計方向應用到的軟件包括Microstation、Substation和BRCM。對于電氣設備布置、接線圖設計及出圖，一般采用電氣專業軟件Substation來完成。對于電纜橋架以及電纜敷設一般采用電氣專業軟件BRCM來

完成。

智慧工程與本文討論的三維正向設計關系非常密切，可以說三維正向設計是智慧工程的基礎。在工程的可研階段，可以利用三維技術設計更直觀更嚴謹的方案。在工程的設計階段，可以利用三維技術優化設計方案并指導施工。在工程的施工階段，可以利用三維技術管理工地的人員、物資以及進度等。在工程的運維階段，前期各個階段的三維數據可以整合在一起，打造一個智慧化運維管理平臺。

2 電氣三維正向設計

十幾年的發展和大量的項目實踐顯示，三維正向設計不是去推翻二維圖紙而是豐富設計成果。三維正向設計最核心的部分是數據，包括幾何模型、參數模型、模型編碼、圖紙和文檔等，可以概括為從規劃設計、施工建造到運營維護的所有數據資產。智慧工程資產包括實物資產和數據資產。三維正向設計的目的就是形成一套數據資產。

2.1 三維設備庫

在眾多項目的三維協同設計實施中，積累了大量的三維數字化元件（以下簡稱“BIM元件”），這些BIM元件覆蓋面廣、復用率高，是三維數字化技術的核心數據資產。工程三維設計軟件Bentley由眾多專業設計模塊組成，BIM元件與編碼賦碼形式各異，導致元件創建與賦碼不同步，制約了工程數字化編碼的應用。工程項目中構建了大量的設備類元件，因缺少對此類元件集中管理的手段，這些元件分散存儲在項目中，不利于復用。為此開展了《三維數字化設計標準庫》的建設，同時基于標準庫研發標準庫管理平臺。通過工程數字化BIM元件管理平臺的開發，實現對附加工程數字化編碼的元件進行集中管理，開發高效的BIM元件編碼入庫與調用通道和工具，進而建立起元件庫積累的長效機制。三維設備庫的建設是三維正向設計的起點，它規范了模型的參數化結構并且顯著地提高了設計效率。

2.2 編碼

編碼的目的是給BIM元件賦予名稱，智慧運維管理平臺需要管理設備和采集設備實時數據，首先要能找到這些設備。在BIM元件錄入三維設備庫時，就會獲得一個編碼數據。

編碼系統是與三維設備庫配套使用的。在此基礎上針對不同的項目編制相應的項目編碼標準，對工程子項劃分命名、各專業系統劃分、文件夾命名、模型文件命名等做出規定，使數據在工程的各個建設階段有序地流通傳遞下去。

2.3 模型

利用三維設備庫快速搭建各專業三維模型，結合具體項目的編碼標準系統，在各專業正向設計過程中就錄入編碼。各專業協同設計的項目模型見圖1。

模型看似是三維設計中最好看、最直觀的部分，其實模型也只是一種設計手段，模型中核心的部分應該是模型中的數據，甚至在電氣三維正向設計中還會存在無模型但是有數據傳遞的情況。規劃設計階段定義好電氣設備模型的編碼并錄入相應的設計參數，這個模型的編碼和參數將在施工建造階段傳遞到施工單位和設備廠家并錄入相應的施工參數和設備參數。規劃設計和施工建造階段的數據將完整地傳遞到運營維護階段，業主拿到的不再僅僅是一個設備和它的說明書，這臺設備在生命周期內的所有信息將完整呈現。管理樓電氣設備布置見圖2。

電氣正向設計階段錄入電氣設備編碼及參數屬性等，為下階段的施工建造提供數據支撐，見圖3。

三維導線設計是電氣三維設計中一個難點，設計過程涉及到導線的規格選擇、起始點定義及路徑選擇。在利用三維設計軟件和公司設備庫的基礎上，大大減輕了導線設計的工作量三維，而且設計質量也明顯提高。在正向設計階段錄入導線屬性信息，包括起點終點、路徑以及規格。導線的布置方法見圖4。

在設計過程中會涉及到很多隱蔽工程，電氣的埋管就是其中一種。埋管規格多樣，埋管路徑交縱疊加，也可能會出現埋管太多，影響到樓板或者墻體的強度。電氣三維正向設計可以很好地解決這個問題，采用透明視圖可以清楚地看到埋管實際情況，提前暴露潛在風險并指導施工。電纜橋架及埋管的布置見圖5。

2.4 圖紙

電氣三維正向設計所產生的圖紙跟以往的CAD二維圖紙存在很大的不同，把它稱為“活的”二維圖紙。二維圖紙與三維模型聯動，可以互相導航快速切換，設備三維模型的數據也會傳遞到二維圖紙的設備符號上。

2.4.1 電氣主接線圖

電氣主接線圖采用單線圖模式（Single line mode）創建，主接線圖上的每一個符號都與三維模型關聯，設備三維模型在運維平臺中被選中，相對應的二維符號也會高亮顯示并顯示出參數列表。另外圖紙完成后，每個間隔圖紙創建為一個Macro，整張圖紙創建為一個Macro，這樣，就把電氣主線圖作為一種標準方案加入到了標準數據庫中，在新項目中可以調用。

2.4.2 電氣三維分裝布置圖

3D布置圖采用協同設計的模式來完成，在進行本專業圖紙設計前，先使用智能參照功能定義好相關專業圖紙的參考關系，文件的劃分可按照區域—專業的規則來細分。每個區域要有一張電氣匯總圖，總圖由區域匯總圖參考組成。3D的圖紙名稱單獨編制一套;橋架、導線分開畫在一個單獨的mode里面;與設備在一個dgn文件中;本期和最終分開繪制到不同的圖紙里面。

2.4.3 電氣三維總裝布置圖

將電氣專業的分裝模型進行有效組織，形成電氣專業總裝模型。

2.4.4 電氣平、斷面圖

不是說推翻CAD和二維圖紙就叫三維正向設計，三維正向設計是二維圖紙的發展和深化。在正向設計中，施工單位拿到的施工圖大部分還是二維圖紙，但是它的準確性極大提高、設計交底的方式更加直觀清楚、圖紙表達的內容也會大幅提升。平斷面圖的剖切采取動態剖切的方式，將獲得的視圖參考到空白圖中，采用1∶1的比例參考，根據需要，調整圖框的比例。標注等操作采用斷面圖模塊來完成。另外材料表的生成可使用“報表生成器”自動生成材料表、電纜清冊等。

3 智慧工程運維平臺

3.1 弱電集成

在三維正向設計的基礎上，設計成果中的模型和圖紙，在這個階段將移交給軟件平臺商。在圖紙的基礎上，利用設備的編碼采用WebService接口或者Web API 接口，將實體設備和三維設備模型關聯起來，實現數據相互專遞。例如，集成門禁、傳感器、電表等電氣監控設備分布圖紙及對應的編號信息。

3.2 運維平臺

借助BIM理念及其相關技術來搭建統一的數字化運維管理平臺，實現BIM運維階段的應用，進而提升項目在長期運營過程中的價值，提高項目管理效率與質量。

通過對信息化技術在運維中的研究，探索改變以往運維過程中由于各類型的維護數據不一致所導致的浪費與落后，幫助相關維護管理部門對水利水電工程實際能耗情況、水利水電工程空間管理、消防安全管理、設施運維方面進行合理調配及功能優化，達到節能降耗、科學管理、降低維護成本、提高文檔管理效率目的。

4 結語

為了順應未來產業發展趨勢，打造新時期高質量發展核心能力。在諸多業務和管理領域，均有依托數字化實現效率提升、管理優化、創新發展的巨大潛力。深入開展數字化核心產品研發、重要技術攻關、新興業務孵化、人才隊伍培養，積極探索業務+數字化深度融合的新技術、新方法、新標準、新模式，以數字化促進傳統業務能級提升、培育發展新動能。

業務+數字化的實現，離不開基礎工作的深化和升級。三維正向設計作為智慧工程的基礎，這個過程有很多痛點，設計產品與以往有很大的不同且設計內容增加，更加注重各專業的協作。但是對提升工程設計質量、施工管理以及后期的運維管理都大有益處，工程的全生命周期形成了一個完整的閉環。

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