陳立強(qiáng)

[摘 ? ?要]水利水電工程智慧化是響應(yīng)國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型號(hào)召的一項(xiàng)重要工作。為推進(jìn)智慧水利水電工程落地，輸出符合要求的設(shè)計(jì)成果，開展了以Bentley軟件為基礎(chǔ)的三維正向設(shè)計(jì)研究。智慧水利水電工程的底層是以電氣設(shè)備為基礎(chǔ)建設(shè)的，且?guī)缀文Ｐ秃蛥?shù)模型有機(jī)結(jié)合在一起。三維正向設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)備模型、設(shè)備編碼以及設(shè)備屬性的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為智慧水利水電工程的建設(shè)提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

[關(guān)鍵詞]BIM;智慧水利水電工程;數(shù)字資產(chǎn);三維正向設(shè)計(jì);Substation;BRCM

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(shè)如火如荼，在國(guó)家大力推廣下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值日益顯著。作為國(guó)家和企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略的重要著力點(diǎn)，數(shù)字化發(fā)展水平的重要指標(biāo)，智慧工程的實(shí)現(xiàn)將打通工程全生命周期的數(shù)據(jù)流通，提升整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化升級(jí)。BIM正向設(shè)計(jì)的智慧工程主要采用三維協(xié)同設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的模型包括幾何模型和參數(shù)模型，通過模型直接得到所需的圖紙、報(bào)表、視圖、數(shù)據(jù)等，而不再是單純的翻模。BIM正向設(shè)計(jì)能夠減少部分重復(fù)勞動(dòng)，降低勞動(dòng)成本和信息交換成本，其優(yōu)點(diǎn)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)同。國(guó)內(nèi)大多數(shù)大中型設(shè)計(jì)院都在積極開展BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用，但是可以稱得上是BIM正向設(shè)計(jì)的，相對(duì)稀缺。上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)院經(jīng)過多年的項(xiàng)目實(shí)踐和科研實(shí)踐總結(jié)出了一套BIM正向設(shè)計(jì)與應(yīng)用的實(shí)施方案，且這套實(shí)施方案隨著軟硬件的發(fā)展也在不斷完善和發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的BIM咨詢模式已不能滿足快速發(fā)展的應(yīng)用需求，正向設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用過程中也遇到了很多困難。通過工程經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)正向設(shè)計(jì)存在的問題，如：缺乏與之適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)環(huán)境的制約、技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟、各軟件平臺(tái)間存在數(shù)據(jù)不兼容的問題等。設(shè)計(jì)院如何在工程項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就為工程的智慧化做好基礎(chǔ)工作顯得尤為重，使規(guī)劃設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的圖紙、文檔、模型、施工組織以及投資規(guī)劃等，完整全面地流通到建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段。項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，圍繞三維設(shè)備庫(kù)、編碼、模型、圖紙和報(bào)表等設(shè)計(jì)成果的制作規(guī)范，衍生出適合智慧工程的設(shè)計(jì)成果，解決好與施工方和軟件平臺(tái)方的配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化成果移交，進(jìn)而達(dá)到智慧工程的要求。

1 Bentley軟件平臺(tái)和智慧工程

Bentley軟件系列產(chǎn)品是基于Microstation開發(fā)的一系列行業(yè)軟件，特點(diǎn)是專業(yè)化程度高，數(shù)據(jù)統(tǒng)一性強(qiáng)。上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)院引進(jìn)Bentley軟件已有十幾年時(shí)間，現(xiàn)已規(guī)范多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)及校審流程，制定三維正向設(shè)計(jì)以及數(shù)字化移交等標(biāo)準(zhǔn)。在電氣三維正向設(shè)計(jì)方向應(yīng)用到的軟件包括Microstation、Substation和BRCM。對(duì)于電氣設(shè)備布置、接線圖設(shè)計(jì)及出圖，一般采用電氣專業(yè)軟件Substation來完成。對(duì)于電纜橋架以及電纜敷設(shè)一般采用電氣專業(yè)軟件BRCM來

完成。

智慧工程與本文討論的三維正向設(shè)計(jì)關(guān)系非常密切，可以說三維正向設(shè)計(jì)是智慧工程的基礎(chǔ)。在工程的可研階段，可以利用三維技術(shù)設(shè)計(jì)更直觀更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨浮Ｔ诠こ痰脑O(shè)計(jì)階段，可以利用三維技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并指導(dǎo)施工。在工程的施工階段，可以利用三維技術(shù)管理工地的人員、物資以及進(jìn)度等。在工程的運(yùn)維階段，前期各個(gè)階段的三維數(shù)據(jù)可以整合在一起，打造一個(gè)智慧化運(yùn)維管理平臺(tái)。

2 電氣三維正向設(shè)計(jì)

十幾年的發(fā)展和大量的項(xiàng)目實(shí)踐顯示，三維正向設(shè)計(jì)不是去推翻二維圖紙而是豐富設(shè)計(jì)成果。三維正向設(shè)計(jì)最核心的部分是數(shù)據(jù)，包括幾何模型、參數(shù)模型、模型編碼、圖紙和文檔等，可以概括為從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造到運(yùn)營(yíng)維護(hù)的所有數(shù)據(jù)資產(chǎn)。智慧工程資產(chǎn)包括實(shí)物資產(chǎn)和數(shù)據(jù)資產(chǎn)。三維正向設(shè)計(jì)的目的就是形成一套數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

2.1 三維設(shè)備庫(kù)

在眾多項(xiàng)目的三維協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)施中，積累了大量的三維數(shù)字化元件（以下簡(jiǎn)稱“BIM元件”），這些BIM元件覆蓋面廣、復(fù)用率高，是三維數(shù)字化技術(shù)的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)。工程三維設(shè)計(jì)軟件Bentley由眾多專業(yè)設(shè)計(jì)模塊組成，BIM元件與編碼賦碼形式各異，導(dǎo)致元件創(chuàng)建與賦碼不同步，制約了工程數(shù)字化編碼的應(yīng)用。工程項(xiàng)目中構(gòu)建了大量的設(shè)備類元件，因缺少對(duì)此類元件集中管理的手段，這些元件分散存儲(chǔ)在項(xiàng)目中，不利于復(fù)用。為此開展了《三維數(shù)字化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)》的建設(shè)，同時(shí)基于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)管理平臺(tái)。通過工程數(shù)字化BIM元件管理平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)附加工程數(shù)字化編碼的元件進(jìn)行集中管理，開發(fā)高效的BIM元件編碼入庫(kù)與調(diào)用通道和工具，進(jìn)而建立起元件庫(kù)積累的長(zhǎng)效機(jī)制。三維設(shè)備庫(kù)的建設(shè)是三維正向設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，它規(guī)范了模型的參數(shù)化結(jié)構(gòu)并且顯著地提高了設(shè)計(jì)效率。

2.2 編碼

編碼的目的是給BIM元件賦予名稱，智慧運(yùn)維管理平臺(tái)需要管理設(shè)備和采集設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，首先要能找到這些設(shè)備。在BIM元件錄入三維設(shè)備庫(kù)時(shí)，就會(huì)獲得一個(gè)編碼數(shù)據(jù)。

編碼系統(tǒng)是與三維設(shè)備庫(kù)配套使用的。在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同的項(xiàng)目編制相應(yīng)的項(xiàng)目編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工程子項(xiàng)劃分命名、各專業(yè)系統(tǒng)劃分、文件夾命名、模型文件命名等做出規(guī)定，使數(shù)據(jù)在工程的各個(gè)建設(shè)階段有序地流通傳遞下去。

2.3 模型

利用三維設(shè)備庫(kù)快速搭建各專業(yè)三維模型，結(jié)合具體項(xiàng)目的編碼標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，在各專業(yè)正向設(shè)計(jì)過程中就錄入編碼。各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的項(xiàng)目模型見圖1。

模型看似是三維設(shè)計(jì)中最好看、最直觀的部分，其實(shí)模型也只是一種設(shè)計(jì)手段，模型中核心的部分應(yīng)該是模型中的數(shù)據(jù)，甚至在電氣三維正向設(shè)計(jì)中還會(huì)存在無模型但是有數(shù)據(jù)傳遞的情況。規(guī)劃設(shè)計(jì)階段定義好電氣設(shè)備模型的編碼并錄入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，這個(gè)模型的編碼和參數(shù)將在施工建造階段傳遞到施工單位和設(shè)備廠家并錄入相應(yīng)的施工參數(shù)和設(shè)備參數(shù)。規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工建造階段的數(shù)據(jù)將完整地傳遞到運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，業(yè)主拿到的不再僅僅是一個(gè)設(shè)備和它的說明書，這臺(tái)設(shè)備在生命周期內(nèi)的所有信息將完整呈現(xiàn)。管理樓電氣設(shè)備布置見圖2。

電氣正向設(shè)計(jì)階段錄入電氣設(shè)備編碼及參數(shù)屬性等，為下階段的施工建造提供數(shù)據(jù)支撐，見圖3。

三維導(dǎo)線設(shè)計(jì)是電氣三維設(shè)計(jì)中一個(gè)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程涉及到導(dǎo)線的規(guī)格選擇、起始點(diǎn)定義及路徑選擇。在利用三維設(shè)計(jì)軟件和公司設(shè)備庫(kù)的基礎(chǔ)上，大大減輕了導(dǎo)線設(shè)計(jì)的工作量三維，而且設(shè)計(jì)質(zhì)量也明顯提高。在正向設(shè)計(jì)階段錄入導(dǎo)線屬性信息，包括起點(diǎn)終點(diǎn)、路徑以及規(guī)格。導(dǎo)線的布置方法見圖4。

在設(shè)計(jì)過程中會(huì)涉及到很多隱蔽工程，電氣的埋管就是其中一種。埋管規(guī)格多樣，埋管路徑交縱疊加，也可能會(huì)出現(xiàn)埋管太多，影響到樓板或者墻體的強(qiáng)度。電氣三維正向設(shè)計(jì)可以很好地解決這個(gè)問題，采用透明視圖可以清楚地看到埋管實(shí)際情況，提前暴露潛在風(fēng)險(xiǎn)并指導(dǎo)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(shè)計(jì)所產(chǎn)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(lián)動(dòng)，可以互相導(dǎo)航快速切換，設(shè)備三維模型的數(shù)據(jù)也會(huì)傳遞到二維圖紙的設(shè)備符號(hào)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(chuàng)建，主接線圖上的每一個(gè)符號(hào)都與三維模型關(guān)聯(lián)，設(shè)備三維模型在運(yùn)維平臺(tái)中被選中，相對(duì)應(yīng)的二維符號(hào)也會(huì)高亮顯示并顯示出參數(shù)列表。另外圖紙完成后，每個(gè)間隔圖紙創(chuàng)建為一個(gè)Macro，整張圖紙創(chuàng)建為一個(gè)Macro，這樣，就把電氣主線圖作為一種標(biāo)準(zhǔn)方案加入到了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，在新項(xiàng)目中可以調(diào)用。

2.4.2 電氣三維分裝布置圖

3D布置圖采用協(xié)同設(shè)計(jì)的模式來完成，在進(jìn)行本專業(yè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)前，先使用智能參照功能定義好相關(guān)專業(yè)圖紙的參考關(guān)系，文件的劃分可按照區(qū)域—專業(yè)的規(guī)則來細(xì)分。每個(gè)區(qū)域要有一張電氣匯總圖，總圖由區(qū)域匯總圖參考組成。3D的圖紙名稱單獨(dú)編制一套;橋架、導(dǎo)線分開畫在一個(gè)單獨(dú)的mode里面;與設(shè)備在一個(gè)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(yè)的分裝模型進(jìn)行有效組織，形成電氣專業(yè)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(shè)計(jì)，三維正向設(shè)計(jì)是二維圖紙的發(fā)展和深化。在正向設(shè)計(jì)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(zhǔn)確性極大提高、設(shè)計(jì)交底的方式更加直觀清楚、圖紙表達(dá)的內(nèi)容也會(huì)大幅提升。平斷面圖的剖切采取動(dòng)態(tài)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(jù)需要，調(diào)整圖框的比例。標(biāo)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(bào)表生成器”自動(dòng)生成材料表、電纜清冊(cè)等。

3 智慧工程運(yùn)維平臺(tái)

3.1 弱電集成

在三維正向設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)成果中的模型和圖紙，在這個(gè)階段將移交給軟件平臺(tái)商。在圖紙的基礎(chǔ)上，利用設(shè)備的編碼采用WebService接口或者Web API 接口，將實(shí)體設(shè)備和三維設(shè)備模型關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相互專遞。例如，集成門禁、傳感器、電表等電氣監(jiān)控設(shè)備分布圖紙及對(duì)應(yīng)的編號(hào)信息。

3.2 運(yùn)維平臺(tái)

借助BIM理念及其相關(guān)技術(shù)來搭建統(tǒng)一的數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)BIM運(yùn)維階段的應(yīng)用，進(jìn)而提升項(xiàng)目在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中的價(jià)值，提高項(xiàng)目管理效率與質(zhì)量。

通過對(duì)信息化技術(shù)在運(yùn)維中的研究，探索改變以往運(yùn)維過程中由于各類型的維護(hù)數(shù)據(jù)不一致所導(dǎo)致的浪費(fèi)與落后，幫助相關(guān)維護(hù)管理部門對(duì)水利水電工程實(shí)際能耗情況、水利水電工程空間管理、消防安全管理、設(shè)施運(yùn)維方面進(jìn)行合理調(diào)配及功能優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能降耗、科學(xué)管理、降低維護(hù)成本、提高文檔管理效率目的。

4 結(jié)語

為了順應(yīng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，打造新時(shí)期高質(zhì)量發(fā)展核心能力。在諸多業(yè)務(wù)和管理領(lǐng)域，均有依托數(shù)字化實(shí)現(xiàn)效率提升、管理優(yōu)化、創(chuàng)新發(fā)展的巨大潛力。深入開展數(shù)字化核心產(chǎn)品研發(fā)、重要技術(shù)攻關(guān)、新興業(yè)務(wù)孵化、人才隊(duì)伍培養(yǎng)，積極探索業(yè)務(wù)+數(shù)字化深度融合的新技術(shù)、新方法、新標(biāo)準(zhǔn)、新模式，以數(shù)字化促進(jìn)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)能級(jí)提升、培育發(fā)展新動(dòng)能。

業(yè)務(wù)+數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，離不開基礎(chǔ)工作的深化和升級(jí)。三維正向設(shè)計(jì)作為智慧工程的基礎(chǔ)，這個(gè)過程有很多痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品與以往有很大的不同且設(shè)計(jì)內(nèi)容增加，更加注重各專業(yè)的協(xié)作。但是對(duì)提升工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工管理以及后期的運(yùn)維管理都大有益處，工程的全生命周期形成了一個(gè)完整的閉環(huán)。

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