基于BIM技術(shù)的換流閥設(shè)備可視化裝配應(yīng)用探索

［摘 要］文章探索了基于BIM 技術(shù)的換流閥設(shè)備的可視化裝配應(yīng)用，從換流閥安裝全生命周期（如設(shè)計(jì)、分析、施工及運(yùn)維等方面）入手，提出了一種可視化的換流閥裝配解決方案。經(jīng)過測(cè)算，利用BIM 技術(shù)開展可視化裝配，動(dòng)態(tài)分配施工人員和調(diào)整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度可由原來(lái)的40 人/d 完成一個(gè)閥塔提升至24 人/d，效率提升40%。

［關(guān)鍵詞］特高壓建設(shè)；換流閥；BIM 技術(shù)；可視化裝配；三維工藝

［中圖分類號(hào)］TM721.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）07–0080–03

換流閥作為特高壓直流輸電工程的核心運(yùn)行設(shè)備，其裝配工藝是決定換流閥能否一次成功投運(yùn)的關(guān)鍵所在。換流閥屬于懸吊結(jié)構(gòu)，吊裝時(shí)需要在30 m高空進(jìn)行，且大多部件為電氣敏感型器件，極易損壞。換流閥裝配作業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)都是在依靠廠家說(shuō)明書和設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，在廠家技術(shù)人員監(jiān)督指導(dǎo)下開展，由于安裝工藝復(fù)雜，作業(yè)過程中很容易出現(xiàn)誤操作。BIM 技術(shù)將設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)進(jìn)行有機(jī)整合，可達(dá)到全過程控制，這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)可應(yīng)用于換流閥設(shè)備的安裝作業(yè)。

1 設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，利用Creo 軟件繪制換流閥三維模型，根據(jù)三維模型自動(dòng)生成二維制造圖紙及生產(chǎn)物料清單，自動(dòng)協(xié)調(diào)、更改、關(guān)聯(lián)、變更相應(yīng)的信息，實(shí)現(xiàn)信息的同步共享。相比傳統(tǒng)的二維繪圖設(shè)計(jì)及人工統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)物料等，效率顯著提升，而且準(zhǔn)確率大幅提高。

同時(shí)，通過Creo 中的DFM（可制造性設(shè)計(jì)）模塊對(duì)設(shè)計(jì)的零部件開展生產(chǎn)制造可行性分析，對(duì)設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。輸入產(chǎn)品模型后，與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，通過對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行虛擬分析和虛擬設(shè)計(jì)，解決零部件從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術(shù)問題，以達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。

2 分析階段

2.1 可建性分析

完成基于Creo 建模基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)輸入后，利用Composer 軟件設(shè)置安裝環(huán)境，將閥廳整體渲染成與現(xiàn)場(chǎng)相同的狀態(tài)。通過識(shí)別不同零件的物料屬性，對(duì)顏色、紋理及環(huán)境效果類型進(jìn)行調(diào)整渲染。此外，還需對(duì)裝配用的工裝進(jìn)行建模和渲染，涉及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的模型還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算和分析，提前將其結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫預(yù)演完備。

在Composer 中按照閥廳的安裝環(huán)境，充分考慮閥廳空間、吊點(diǎn)、工器具，模擬現(xiàn)場(chǎng)物料進(jìn)出閥廳動(dòng)線及閥廳行進(jìn)軌跡，以檢查換流閥設(shè)備的幾何關(guān)系。對(duì)換流閥裝配進(jìn)行安全、施工空間等全面的可建性模擬分析，分析數(shù)據(jù)可向上反饋至前期閥廳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)因?yàn)榍捌谕两ㄊ┕ぴ斐傻漠惓＃▓D1）。

2.2 工序分析

根據(jù)換流閥裝配順序和要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝進(jìn)行工序分解，逐步展示設(shè)備的組裝過程，包括主水管及頂部絕緣子安裝→頂屏蔽罩安裝→閥層組件預(yù)組裝及吊裝→檢修平臺(tái)組件安裝→底屏蔽罩安裝→層間水管、光纜槽及閥層屏蔽罩安裝→避雷器安裝等，如圖2 所示。

整個(gè)換流閥設(shè)備在換流站閥廳中按照上述工序進(jìn)行可視化虛擬裝配，并生成裝配動(dòng)畫，形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的裝配作業(yè)流程，能夠幫助施工人員更加清晰地了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和裝配要求。

3 施工階段

3.1 現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)

換流閥設(shè)備傳統(tǒng)安裝、運(yùn)維指導(dǎo)文檔多采用現(xiàn)場(chǎng)拍照的方式獲取指導(dǎo)圖片并編輯相關(guān)工藝文件，存在較大的閱讀困難，不利于操作人員的理解和執(zhí)行。利用Composer 強(qiáng)大的圖片制作和指引能力，能夠有效提升文檔編制工作效率，降低產(chǎn)品工藝文件閱讀的門檻，推進(jìn)安裝工作的高效可視化開展。結(jié)合換流閥的物料BOM 清單并進(jìn)行渲染，快速生成簡(jiǎn)潔易懂的三維技術(shù)圖解，將其與指引文字相結(jié)合，形成集成化的指導(dǎo)文件，使文件圖解兼顧指引與簡(jiǎn)潔。換流閥裝配如圖3 所示。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤

根據(jù)2.2 章節(jié)中的裝配工序分析，結(jié)合三維技術(shù)圖解，動(dòng)態(tài)管理?yè)Q流閥安裝進(jìn)度，合理分配各部分施工人員配給及工序調(diào)整，對(duì)整個(gè)安裝過程進(jìn)行安裝節(jié)拍管理和各施工環(huán)節(jié)調(diào)度，確保裝配過程的安全和高效。例如，換流閥裝配時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整分配地面預(yù)組裝人員及高空作業(yè)人員數(shù)量；指導(dǎo)施工人員具體工序進(jìn)度；根據(jù)閥廳安裝進(jìn)度調(diào)整地面物料進(jìn)出順序，規(guī)劃存放最短安裝路徑。經(jīng)過測(cè)算，利用BIM 技術(shù)開展可視化裝配，動(dòng)態(tài)分配施工人員和調(diào)整工序，換流閥在換流站閥廳裝配速度由原來(lái)的40 人/d 完成一個(gè)閥塔提升至24 人/d 完成，效率提升40%。

4 運(yùn)維階段

基于BIM 技術(shù)制作的換流閥設(shè)備可視化裝配視頻動(dòng)畫，能將設(shè)備的裝配過程進(jìn)行可視化演示，并提前對(duì)施工人員進(jìn)行安裝指導(dǎo)培訓(xùn)或?qū)I(yè)主方的運(yùn)維人員開展后續(xù)的運(yùn)維培訓(xùn)，幫助運(yùn)維人員更加清晰地了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和維護(hù)要求，從而更好地進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)工作。具體如圖4 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，具有提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)等階段誤差，控制項(xiàng)目成本，改善施工管理等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)BIM 技術(shù)在換流閥設(shè)備裝配中的應(yīng)用將更加廣泛，主要包括以下方面：①通過人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用，快速優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；②更加全面的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，包括不同平臺(tái)、不同軟件的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同。這有助于提高設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段的效率和準(zhǔn)確性；③整個(gè)換流站資源數(shù)據(jù)共享，包括換流站整體建設(shè)，以及各電力設(shè)備安裝、運(yùn)行、維護(hù)、人才培養(yǎng)等方面的共享。總之，未來(lái)BIM 技術(shù)將更加注重智能化、協(xié)同化、數(shù)據(jù)化及資源化，為換流站建設(shè)提供更加全面和有效的支持。

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