杜 沛 林， 龐 元 劼， 黃 凱

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

近年來，BIM設計因其本身具有的巨大優(yōu)勢在國內(nèi)外工程設計行業(yè)發(fā)展迅速。隨著BIM技術的成熟，越來越多的水電項目采用三維設計。revit是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一[1-3]，但revit軟件在設計之初，主要面向工業(yè)和民用建筑行業(yè)，缺少用于電力行業(yè)的專業(yè)族庫。因此若對每個水電站項目單獨創(chuàng)建對應的機電設備族，則耗時耗力，效率低下。同時，現(xiàn)有機電設備族無法直接使用revit軟件的部分功能(如路徑敷設)[4]。

針對以上問題，以離相封閉母線為例，探討了對revit軟件進行二次開發(fā)的建模技術，以滿足水電站機電設計的要求。通過這種建模技術，一方面保證了族庫的質量和實用性，另一方面便于進行空間布置，減少了設計中的建模工作量，提高了設計效率。對于類似種類繁多且有路徑敷設需求的機電設備建模，具有參考意義。

2 離相封閉母線建族中的問題分析

2.1 離相封閉母線族在設計中的需求

離相封閉母線(IPB)是水電項目中重要的電氣設備之一，其基本特征是路徑較長、支路復雜、與之連接的設備較多且各種標準段形狀多樣。同時，每個水電站項目的離相封閉母線受廠房布置的限制，其直徑、結構、尺寸、長度有較大差異。因此，離相封閉母線的建族需在設計中調整參數(shù)，并且可以根據(jù)廠房布置調整位置。離相封閉母線的復雜結構，如具有支吊架和內(nèi)部結構如導體、CT、軟連接等，在技施設計的圖紙中均需表示。

2.2 現(xiàn)有revit軟件中的限制

在revit軟件中有族分為2種：系統(tǒng)族和構件族。系統(tǒng)族是在revit中預定義的族，定義為系統(tǒng)族的機電設備有電纜橋架、線管、風管等。revit中的系統(tǒng)族具有定義起點和終點后，就可自動生成模型，且可自動生成彎通、三通等連接件[4]，非常適合于離相封閉母線等有路徑敷設需求的機電設備。但是因為revit的軟件設置，無法將新創(chuàng)建的構建族定位為系統(tǒng)族。而對于內(nèi)部具有導體和CT等結構的離相封閉母線來說，revit現(xiàn)有的系統(tǒng)族無法滿足設計在全生命周期的精度需求。

3 離相封閉母線及支吊架族庫的制作

基于離相封閉母線族的需求和revit軟件的限制，選擇構件族為離相封閉母線建模，選擇族類型為線管配件，并以此制作完善的離相封閉母線及支吊架族庫。族庫制作完成后，將族庫以線管配件的形式與線管系統(tǒng)族關聯(lián)。

3.1 離相封閉母線參數(shù)的選擇

在水電站設計中，不同水電站離相封閉母線的外殼外徑和導體直徑各不相同。如果每種尺寸都單獨建模，不僅建模工作量巨大，使用、管理和維護族庫也是難題。因此，采用參數(shù)化建模的思路[5]，每類離相封閉母線只做一個族。不僅減少了離相封閉母線族的數(shù)量，還減少了建族的工作量。同時，設計者也無需在族庫中篩選相應尺寸的離相封閉母線，提高了設計效率。

在離相封閉母線參數(shù)化建模中，需對模型參數(shù)進行取舍。雖然更多的參數(shù)和細節(jié)特征會讓模型更精細和美觀，但參數(shù)的增加會使建模和維護的工作量成倍增加。另一方面，隨著參數(shù)的增加，參數(shù)間的關系會越來越復雜且難以控制，容易造成模型的生成失敗，并且很難查找原因。因此，離相封閉母線建模中只保留了水電工程設計關注的參數(shù)，離相封閉母線參數(shù)選擇見圖1。

圖1 離相封閉母線參數(shù)選擇

以IPB三通異徑T型三通為例，總共用了22個參數(shù)。其中，母線外徑是與系統(tǒng)族匹配的唯一特征參數(shù)；導體材質、母線材質、導體厚度等參數(shù)來源于廠家樣本；其他參數(shù)需根據(jù)離相封閉母線的布置進行確定。

3.2 離相封閉母線族庫的制作

按照以上原則，對所有水電站三維設計中需要用到的離相封閉母線族進行參數(shù)化建模組成族庫，具體包括：CT斷口、抱瓦三相、檢修孔、三角接頭、三通異徑T形三相、橡膠波紋管、彎通、直段、傾斜母線等。主要尺寸均參照廠家樣本中主要構件尺寸，以確保族構件的所有規(guī)格均能與實物吻合，操作簡單且靈活實用，部分離相封閉母線族庫見圖2。

圖2 部分離相封閉母線族庫

制作完成后，按照統(tǒng)一的規(guī)則對所有族進行命名，以方便查找。

3.3 支吊架族庫的制作

按照相同規(guī)則，對離相封閉母線所需支吊架也進行參數(shù)化建模組成族庫，具體包括：兩點單吊、兩點兩吊、兩點三吊、三點兩吊、四點三吊、結構吊架、單相單點、單相兩點、兩相兩點、三相兩點、三相四點等。支吊架族孔徑大小均為可調整的參數(shù)。部分支吊架族庫效果展示見圖3。

圖3 部分支吊架族庫

4 離相封閉母線在設計中的建模方法

4.1 離相封閉母線的快速布置建模

在水電站的預可研和可研等前期設計工作中，離相封閉母線的模型并不需要達到技施設計階段的精度要求。支吊架、離相封閉母線的內(nèi)部結構等可以不顯示，只需快速布置離相封閉母線用于方案比選或造價估算。可使用線管系統(tǒng)族作為離相封閉母線，進行快速敷設。在確定管徑、起點和終點后，軟件可自動生成離相封閉母線模型，離相封閉母線快速敷設見圖4。

圖4 離相封閉母線快速敷設

圖4中，直段部分的離相封閉母線為線管系統(tǒng)族，不具有內(nèi)部結構。彎曲、接口段的離相封閉母線為前文制作的構件族，具有內(nèi)部結構，其外徑尺寸可根據(jù)直段離相封閉母線的外徑自動匹配，類型可根據(jù)需要進行更換。在進行視圖設置后，可統(tǒng)一外表顏色用于三維方案展示。

4.2 離相封閉母線的技施設計建模

在技施階段，離相封閉母線的圖紙需詳細表示支吊架的型號、尺寸及位置，離相封閉母線的內(nèi)部的結構需表示導體尺寸，端子的位置等。線管系統(tǒng)族制作的模型精度已無法滿足要求，可以用線管配件族的形式，增加支吊架、CT等族，在前一設計階段已經(jīng)制作好的離相封閉母線模型上自動匹配布置。所有設備布置完成后，再將模型中的線管系統(tǒng)族用離相封閉母線族進行替換，即可完成技施精度的三維離相封閉母線設計。離相封閉母線成果模型見圖5。

圖5 離相封閉母線成果模型

4.3 水電站全生命周期的設計方法

在電站的預可研和可研設計階段，可使用精度要求較低的系統(tǒng)族進行離相封閉母線的快速布置和方案比選，制作和定位離相封閉母線的模型。在電站的技施階段，可繼續(xù)利用前一設計階段的模型成果，通過增加支吊架、CT等族，增加離相封閉母線族的精細程度，達到技施設計的要求。整個設計階段，離相封閉母線的建模工作均可使用revit軟件系統(tǒng)族的自動識別、布置功能。在電站的全生命階段的設計中，可通過不斷完善同一模型，最終完成設計。一方面保持了設計的連續(xù)性，另一方面滿足了不同階段的設計需求。

5 結 語

在目前revit軟件的設計環(huán)境下，水電站的部分機電設備族無法直接完成系統(tǒng)族的部分功能。采用族庫制作及建模方法，可有效解決該類問題。對于有類似設計需求，但沒有相應系統(tǒng)族的其他機電設備，如共箱封閉母線、GIL和綜合管線等，也可參照該方法進行族庫建設和建模設計。