基于管立得的換流站工程站區(qū)給排水三維設(shè)計(jì)研究

吳 丹，李美峰，宋佩珂

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司在提出“數(shù)字化電網(wǎng)”“智能堅(jiān)強(qiáng)型電網(wǎng)”等理念后，將電網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率提到了前所未有的高度。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式已經(jīng)越來(lái)越難以滿足業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)效率、成品質(zhì)量、數(shù)字化移交以及工程全壽命周期管理的要求[1]，因此，亟待在變電工程中全面應(yīng)用三維設(shè)計(jì)。為響應(yīng)國(guó)網(wǎng)公司的三維設(shè)計(jì)要求，更好地推進(jìn)三維設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展，筆者對(duì)管立得的功能及操作技巧進(jìn)行了大量研究，并成功將其應(yīng)用于實(shí)際工程的三維設(shè)計(jì)中，不僅大大提高了換流站站區(qū)給排水三維設(shè)計(jì)的效率，相較傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)可縮短設(shè)計(jì)工期，適合在工程中大量推廣應(yīng)用。

1 軟件簡(jiǎn)介

管立得是基于CAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)的給排水管線設(shè)計(jì)軟件，管線采用二三維一體化的設(shè)計(jì)方式，平面視圖管線表現(xiàn)為二維方式，轉(zhuǎn)換視角，管線表現(xiàn)為三維方式，可以直觀查看管線與周?chē)匦巍⒌匚铩⒔?gòu)筑物的關(guān)系。豎向設(shè)計(jì)完成后，可以將檢查井、管道、閥門(mén)等轉(zhuǎn)化為真實(shí)的三維形式，在三維基礎(chǔ)上可以針對(duì)具體情況進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)，也可以直接繪制三維管線，進(jìn)行三維碰撞檢查。同時(shí)，軟件可進(jìn)行地形圖識(shí)別、管線平面智能設(shè)計(jì)、豎向可視化設(shè)計(jì)、自動(dòng)標(biāo)注、自動(dòng)表格繪制和自動(dòng)出圖，平面、縱斷、標(biāo)注、表格聯(lián)動(dòng)更新，滿足方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等不同設(shè)計(jì)階段的需要。

2 換流站工程建筑給排水三維設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

以某換流站工程站區(qū)場(chǎng)地為例，基于管立得對(duì)它的室外給排水系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并根據(jù)模型抽取相關(guān)圖紙，解決管道的碰撞交叉問(wèn)題及用量統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。

2.1 模板定制

模板定制包括了工程設(shè)置、樣式設(shè)置、設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置及管道規(guī)格庫(kù)設(shè)置。工程設(shè)計(jì)開(kāi)始前，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)本工程特點(diǎn)對(duì)這些參數(shù)預(yù)先進(jìn)行設(shè)置，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中直接調(diào)用。模板定制的優(yōu)點(diǎn)在于減少重復(fù)性的設(shè)計(jì)參數(shù)輸入工作，提升系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)程度，圖紙和表格表達(dá)形式統(tǒng)一。在管立得中，工程設(shè)置主要包括繪圖相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置，例如出圖比例、標(biāo)注參考方向、管道平接方式和管頂覆土等，設(shè)置界面如圖1所示。而對(duì)象樣式、標(biāo)注樣式和表格樣式等則可通過(guò)樣式管理器來(lái)更改。使用規(guī)則管理器還能對(duì)管道距離、覆土深度、坡度、管徑等設(shè)計(jì)規(guī)則提前設(shè)置，使之符合當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。最后通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置管理器對(duì)文本標(biāo)注、字段格式、節(jié)點(diǎn)編號(hào)、線型比例、線寬等進(jìn)行前期設(shè)定，以方便后期的圖紙標(biāo)注和抽取。

圖1 工程設(shè)置界面

2.2 布置設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)流程

三維設(shè)計(jì)是創(chuàng)建工程信息模型的過(guò)程，工程信息模型是數(shù)字化設(shè)計(jì)的核心，因此三維設(shè)計(jì)流程有別于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，站區(qū)給排水三維設(shè)計(jì)流程示意圖如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)流程示意圖

2.2.2 條件圖準(zhǔn)備

在管立得中打開(kāi)總圖專業(yè)提供的數(shù)字地形圖作為室外上下水設(shè)計(jì)的條件圖，選擇另存為項(xiàng)目，重命名即可，如圖1所示。需要注意的是，設(shè)計(jì)人員的圖紙是以mm為單位的，而軟件要求以m為單位，故應(yīng)對(duì)條件圖執(zhí)行縮小總圖命令后再進(jìn)行其他編輯操作。管立得可以通過(guò)地形圖上的等高線和高程點(diǎn)信息自動(dòng)創(chuàng)建地形曲面三維模型，如圖3所示。有了地形曲面三維模型，在設(shè)計(jì)過(guò)程中軟件就可以根據(jù)地形曲面自動(dòng)提取地面標(biāo)高，再根據(jù)設(shè)置好的管道設(shè)計(jì)規(guī)則(埋深、坡度、基礎(chǔ)及接口形式)任意布置管道，不再需要手動(dòng)輸入地面標(biāo)高數(shù)值，反而比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、智能，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

圖3 某換流站場(chǎng)地地形曲面三維模型

2.2.3 三維布置模型

2.2.3.1 管道布置

在模型布置工作中，主要使用管立得集成的一些快捷工具來(lái)提高建模速度。在條件圖中，先根據(jù)水力學(xué)計(jì)算結(jié)果在場(chǎng)地上布置站區(qū)雨水管道、污水管道、排油管道、給水管道及消防管道。軟件提供了交互布管、自動(dòng)布管、參照路特征線布管、沿路布多管、定義管線等多種布管方式。結(jié)合目前工程實(shí)際情況和繪圖習(xí)慣，推薦使用交互布管的管道布置方式。交互布管時(shí)，通過(guò)對(duì)話框輸入管道代號(hào)、管道起點(diǎn)標(biāo)高、管道基礎(chǔ)、接口形式、平接方式、保溫材料、敷設(shè)方式，然后確定管線起點(diǎn)和終點(diǎn)。繪制點(diǎn)就可以從曲面模型計(jì)算出地面標(biāo)高，自動(dòng)給管道計(jì)算覆土深度。

2.2.3.2 節(jié)點(diǎn)布置

節(jié)點(diǎn)布置就是在管道上布置選中的節(jié)點(diǎn)，不同的管道類型可以布置的節(jié)點(diǎn)也不同，給水系統(tǒng)顯示水表井、消火栓、閥門(mén)井、排泥井、排氣井等節(jié)點(diǎn)；排水系統(tǒng)則顯示雨水檢查井、雨水暗井、倒虹吸等節(jié)點(diǎn)。例如布置消火栓時(shí)，可以選擇地上式支管安裝、地上式干管安裝地下式支管安裝、地下式干管安裝等類型，通常換流站選擇地下式安裝方式的情況較多。不同類型消火栓支持的平面表示形式也不相同，設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)谋硎拘问剑⑤斎氩贾脜?shù)。在布置節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，選擇點(diǎn)取方式比較方便。

2.2.3.3 管線編輯

管立得是基于CAD平臺(tái)進(jìn)行的開(kāi)發(fā)，它的操作界面、操作命令與CAD類似，設(shè)計(jì)人員無(wú)需進(jìn)行新的操作培訓(xùn)就可以熟練的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。軟件的管線編輯工具融合了管道及節(jié)點(diǎn)的編輯操作功能，包括平面編輯工具、豎向編輯工具、屬性編輯工具三大類，調(diào)出管線編輯工具條就可以進(jìn)行隨意批量更改，可以實(shí)現(xiàn)地面標(biāo)高調(diào)整、自然標(biāo)高互轉(zhuǎn)、管道標(biāo)高整體調(diào)整、改管道坡度、改管道材質(zhì)、檢查井編輯、雨水口形式替換等多種功能。

2.3 碰撞檢查

基于全站布置模型，開(kāi)展碰撞檢查，能最大程度地杜絕在工程建設(shè)可能出現(xiàn)的“軟”“硬”碰撞隱患。在碰撞點(diǎn)列表中，可以查看到檢查日期，碰撞點(diǎn)類型、碰撞類型描述、每個(gè)碰撞包含的構(gòu)件元素、碰撞的坐標(biāo)位置、包含碰撞元素的文件名稱以及碰撞的狀態(tài)等信息。通過(guò)這些信息可以快速地找到碰撞發(fā)生的位置，以及發(fā)生碰撞的構(gòu)件類型。

管立得碰撞檢測(cè)功能用于三維相關(guān)實(shí)體進(jìn)行碰撞分析，可以檢測(cè)管道、管件、閥門(mén)與井相互之間的碰撞沖突，并支持軟碰撞檢查。硬碰撞檢測(cè)的結(jié)果體現(xiàn)為實(shí)際的碰撞部分，軟碰撞檢測(cè)的結(jié)果將以碰撞區(qū)域外包立方體的結(jié)果體現(xiàn)出來(lái)，硬碰撞和軟碰撞使用不同的圖層顏色區(qū)分(默認(rèn)硬碰撞為黃色，軟碰撞為藍(lán)色，標(biāo)記為已解決的碰撞為綠色)。在圖紙交付出版前及時(shí)糾正，在施工開(kāi)始之前及時(shí)地將這些問(wèn)題反饋給設(shè)計(jì)方修改設(shè)計(jì)圖紙，或者反應(yīng)給建造方調(diào)整施工方案，也為協(xié)調(diào)決策提供了精準(zhǔn)的信息參考及統(tǒng)一的可視化環(huán)境，提高了整個(gè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量和團(tuán)隊(duì)的工作效率。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，能有效解決在二維圖紙上不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)盲點(diǎn)，找出關(guān)鍵點(diǎn)，為需要現(xiàn)場(chǎng)解決的碰撞問(wèn)題盡早制定解決方案，降低施工成本，提高施工效率。

2.4 模型導(dǎo)出

因目前相關(guān)行業(yè)規(guī)范要求模型移交的標(biāo)準(zhǔn)格式為ifc，而管立得三維模型的原始格式為dwg，這就需要對(duì)模型的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。管立得針對(duì)Revit開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)接口，可將原始模型數(shù)據(jù)自動(dòng)生成中間數(shù)據(jù)(格式為xml)，再導(dǎo)入管立得Revit插件樣板中，就可在Revit中編輯、整合模型，為模型添加屬性和編碼。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)接口數(shù)據(jù)在不同軟件之間的傳遞，大大提高模型的實(shí)用性和通用性。導(dǎo)出至Revit中的站區(qū)給排水三維模型如圖4所示。

圖4 某換流站工程站區(qū)給排水三維模型

2.5 詳圖設(shè)計(jì)

模型凍結(jié)后，通過(guò)管立得可從布置模型中抽取所需的各種圖紙，包括室外給排水管道平面安裝圖、縱斷面圖等。因管立得軟件是基于CAD的設(shè)計(jì)平臺(tái)，故平面安裝圖生成方式與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)出圖方式類似。而且軟件可以根據(jù)繪制好的管道平面布置圖自動(dòng)生成各種縱斷圖，且平面圖和縱斷面圖互為聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)更正，并進(jìn)行實(shí)時(shí)三維查看，如圖5所示。相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用管立得三維設(shè)計(jì)出圖更加方便快捷[2]。

圖5 某換流站工程站區(qū)給排水三維設(shè)計(jì)界面

同時(shí)，管立得可迅速準(zhǔn)確地自動(dòng)生成給排水材料設(shè)備清單，并依靠設(shè)置過(guò)濾條件，有選擇地輸出水工元素屬性，大大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在材料統(tǒng)計(jì)方面的不足之處。材料清單信息與模型是相互關(guān)聯(lián)的，添加或刪除元素圖形，材料清單中會(huì)自動(dòng)添加或刪除相應(yīng)數(shù)據(jù)。使用管立得進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)出圖更加方便快捷。

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)總結(jié)

3.1 管道設(shè)計(jì)

在繪制管道時(shí)，經(jīng)常會(huì)與結(jié)構(gòu)的地下基礎(chǔ)發(fā)生碰撞，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)參考二維結(jié)構(gòu)圖紙來(lái)避免碰撞。在管立得中，可以通過(guò)加載結(jié)構(gòu)三維模型進(jìn)行多方位的位置查看。點(diǎn)擊工具面板上的插入－參照－附著，就可以鏈接結(jié)構(gòu)相關(guān)基礎(chǔ)模型。結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)提供dwg格式的模型文件，且最好分場(chǎng)地區(qū)域提供輕量化后的模型，否則容易因?yàn)槟Ｐ瓦^(guò)大而發(fā)生系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)全導(dǎo)航控制盤(pán)，可通過(guò)任意角度的三維模式對(duì)插入的基礎(chǔ)進(jìn)行查看，更加直觀地從各個(gè)角度查看管道與基礎(chǔ)的碰撞情況。

3.2 族庫(kù)模型

管立得軟件自帶的零件庫(kù)可以滿足大部分管道、管件及設(shè)備的建模，但是一些特殊尺寸的設(shè)備是缺失的。管立得軟件本身不具備自建零件庫(kù)的功能，遇到這種情況，需要將模型導(dǎo)入Revit后，在Revit內(nèi)根據(jù)需要自建設(shè)備族來(lái)補(bǔ)全模型。

3.3 模型轉(zhuǎn)化

創(chuàng)建管線后，二維轉(zhuǎn)三維過(guò)程總提示失敗。在管道轉(zhuǎn)化為三維模型前，檢查井、閥門(mén)井、消火栓等節(jié)點(diǎn)都需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選型，選型完成后才能成功使用二維轉(zhuǎn)三維功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件完成了某換流站工程站區(qū)給排水系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)。相較傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，通過(guò)使用管立得進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)完全本地化定制，操作簡(jiǎn)單快捷，設(shè)計(jì)人員易上手；

2)根據(jù)地形曲面自動(dòng)提取地面標(biāo)高，再根據(jù)設(shè)置好的管道設(shè)計(jì)規(guī)則自動(dòng)布管，可有效縮短管道繪制和節(jié)點(diǎn)布置的時(shí)間；

3)根據(jù)系統(tǒng)的平面圖自動(dòng)生成聯(lián)動(dòng)的縱斷面布置圖、節(jié)點(diǎn)圖及材料表，取代了二維設(shè)計(jì)中手動(dòng)繪制斷面的方式，更利于圖紙的快速生成；

4)管網(wǎng)自動(dòng)碰撞檢查功能取代了二維設(shè)計(jì)中的人工碰撞核查，能夠盡早地、有效地檢測(cè)到工程項(xiàng)目中的錯(cuò)、漏、差、碰等現(xiàn)象。

因此，管立得在換流站站區(qū)給排水設(shè)計(jì)中具有突出的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地滿足目前施工圖階段的建模和出圖要求，可廣泛應(yīng)用于換流站工程站區(qū)給排水三維設(shè)計(jì)應(yīng)用中。