吳 丹，李美峰，宋佩珂

(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

國家電網(wǎng)公司在提出“數(shù)字化電網(wǎng)”“智能堅強型電網(wǎng)”等理念后，將電網(wǎng)設計質(zhì)量和效率提到了前所未有的高度。傳統(tǒng)的二維設計方式已經(jīng)越來越難以滿足業(yè)主對設計效率、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用三維設計。為響應國網(wǎng)公司的三維設計要求，更好地推進三維設計工作的順利開展，筆者對管立得的功能及操作技巧進行了大量研究，并成功將其應用于實際工程的三維設計中，不僅大大提高了換流站站區(qū)給排水三維設計的效率，相較傳統(tǒng)的二維設計可縮短設計工期，適合在工程中大量推廣應用。

1 軟件簡介

管立得是基于CAD平臺開發(fā)的給排水管線設計軟件，管線采用二三維一體化的設計方式，平面視圖管線表現(xiàn)為二維方式，轉換視角，管線表現(xiàn)為三維方式，可以直觀查看管線與周圍地形、地物、建構筑物的關系。豎向設計完成后，可以將檢查井、管道、閥門等轉化為真實的三維形式，在三維基礎上可以針對具體情況進一步細化設計，也可以直接繪制三維管線，進行三維碰撞檢查。同時，軟件可進行地形圖識別、管線平面智能設計、豎向可視化設計、自動標注、自動表格繪制和自動出圖，平面、縱斷、標注、表格聯(lián)動更新，滿足方案設計、施工圖設計等不同設計階段的需要。

2 換流站工程建筑給排水三維設計應用實例

以某換流站工程站區(qū)場地為例，基于管立得對它的室外給排水系統(tǒng)進行三維設計，并根據(jù)模型抽取相關圖紙，解決管道的碰撞交叉問題及用量統(tǒng)計問題。

2.1 模板定制

模板定制包括了工程設置、樣式設置、設計規(guī)則設置、系統(tǒng)設置及管道規(guī)格庫設置。工程設計開始前，設計人員可根據(jù)本工程特點對這些參數(shù)預先進行設置，以便在設計過程中直接調(diào)用。模板定制的優(yōu)點在于減少重復性的設計參數(shù)輸入工作，提升系統(tǒng)自動化設計程度，圖紙和表格表達形式統(tǒng)一。在管立得中，工程設置主要包括繪圖相關的一些參數(shù)設置，例如出圖比例、標注參考方向、管道平接方式和管頂覆土等，設置界面如圖1所示。而對象樣式、標注樣式和表格樣式等則可通過樣式管理器來更改。使用規(guī)則管理器還能對管道距離、覆土深度、坡度、管徑等設計規(guī)則提前設置，使之符合當前設計規(guī)范的要求。最后通過系統(tǒng)設置管理器對文本標注、字段格式、節(jié)點編號、線型比例、線寬等進行前期設定，以方便后期的圖紙標注和抽取。

圖1 工程設置界面

2.2 布置設計

2.2.1 設計流程

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

圖2 設計流程示意圖

2.2.2 條件圖準備

在管立得中打開總圖專業(yè)提供的數(shù)字地形圖作為室外上下水設計的條件圖，選擇另存為項目，重命名即可，如圖1所示。需要注意的是，設計人員的圖紙是以mm為單位的，而軟件要求以m為單位，故應對條件圖執(zhí)行縮小總圖命令后再進行其他編輯操作。管立得可以通過地形圖上的等高線和高程點信息自動創(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，在設計過程中軟件就可以根據(jù)地形曲面自動提取地面標高，再根據(jù)設置好的管道設計規(guī)則(埋深、坡度、基礎及接口形式)任意布置管道，不再需要手動輸入地面標高數(shù)值，反而比傳統(tǒng)設計更加簡單、智能，大大縮短了設計時間。

圖3 某換流站場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提高建模速度。在條件圖中，先根據(jù)水力學計算結果在場地上布置站區(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。結合目前工程實際情況和繪圖習慣，推薦使用交互布管的管道布置方式。交互布管時，通過對話框輸入管道代號、管道起點標高、管道基礎、接口形式、平接方式、保溫材料、敷設方式，然后確定管線起點和終點。繪制點就可以從曲面模型計算出地面標高，自動給管道計算覆土深度。

2.2.3.2 節(jié)點布置

節(jié)點布置就是在管道上布置選中的節(jié)點，不同的管道類型可以布置的節(jié)點也不同，給水系統(tǒng)顯示水表井、消火栓、閥門井、排泥井、排氣井等節(jié)點；排水系統(tǒng)則顯示雨水檢查井、雨水暗井、倒虹吸等節(jié)點。例如布置消火栓時，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，設計人員根據(jù)需要選擇適當?shù)谋硎拘问?，并輸入布置參?shù)。在布置節(jié)點的時候，選擇點取方式比較方便。

2.2.3.3 管線編輯

管立得是基于CAD平臺進行的開發(fā)，它的操作界面、操作命令與CAD類似，設計人員無需進行新的操作培訓就可以熟練的進行設計工作。軟件的管線編輯工具融合了管道及節(jié)點的編輯操作功能，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行隨意批量更改，可以實現(xiàn)地面標高調(diào)整、自然標高互轉、管道標高整體調(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，開展碰撞檢查，能最大程度地杜絕在工程建設可能出現(xiàn)的“軟”“硬”碰撞隱患。在碰撞點列表中，可以查看到檢查日期，碰撞點類型、碰撞類型描述、每個碰撞包含的構件元素、碰撞的坐標位置、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)生碰撞的構件類型。

管立得碰撞檢測功能用于三維相關實體進行碰撞分析，可以檢測管道、管件、閥門與井相互之間的碰撞沖突，并支持軟碰撞檢查。硬碰撞檢測的結果體現(xiàn)為實際的碰撞部分，軟碰撞檢測的結果將以碰撞區(qū)域外包立方體的結果體現(xiàn)出來，硬碰撞和軟碰撞使用不同的圖層顏色區(qū)分(默認硬碰撞為黃色，軟碰撞為藍色，標記為已解決的碰撞為綠色)。在圖紙交付出版前及時糾正，在施工開始之前及時地將這些問題反饋給設計方修改設計圖紙，或者反應給建造方調(diào)整施工方案，也為協(xié)調(diào)決策提供了精準的信息參考及統(tǒng)一的可視化環(huán)境，提高了整個工程項目的質(zhì)量和團隊的工作效率。與傳統(tǒng)設計相比，能有效解決在二維圖紙上不易發(fā)現(xiàn)的設計盲點，找出關鍵點，為需要現(xiàn)場解決的碰撞問題盡早制定解決方案，降低施工成本，提高施工效率。

2.4 模型導出

因目前相關行業(yè)規(guī)范要求模型移交的標準格式為ifc，而管立得三維模型的原始格式為dwg，這就需要對模型的格式進行轉化。管立得針對Revit開發(fā)了數(shù)據(jù)接口，可將原始模型數(shù)據(jù)自動生成中間數(shù)據(jù)(格式為xml)，再導入管立得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。通過這種方式實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)在不同軟件之間的傳遞，大大提高模型的實用性和通用性。導出至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 詳圖設計

模型凍結后，通過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的設計平臺，故平面安裝圖生成方式與傳統(tǒng)設計出圖方式類似。而且軟件可以根據(jù)繪制好的管道平面布置圖自動生成各種縱斷圖，且平面圖和縱斷面圖互為聯(lián)動、自動更正，并進行實時三維查看，如圖5所示。相比傳統(tǒng)設計，使用管立得三維設計出圖更加方便快捷[2]。

圖5 某換流站工程站區(qū)給排水三維設計界面

同時，管立得可迅速準確地自動生成給排水材料設備清單，并依靠設置過濾條件，有選擇地輸出水工元素屬性，大大彌補了傳統(tǒng)設計在材料統(tǒng)計方面的不足之處。材料清單信息與模型是相互關聯(lián)的，添加或刪除元素圖形，材料清單中會自動添加或刪除相應數(shù)據(jù)。使用管立得進行詳圖設計，比傳統(tǒng)設計出圖更加方便快捷。

3 設計難點總結

3.1 管道設計

在繪制管道時，經(jīng)常會與結構的地下基礎發(fā)生碰撞，傳統(tǒng)設計通過參考二維結構圖紙來避免碰撞。在管立得中，可以通過加載結構三維模型進行多方位的位置查看。點擊工具面板上的插入－參照－附著，就可以鏈接結構相關基礎模型。結構專業(yè)應提供dwg格式的模型文件，且最好分場地區(qū)域提供輕量化后的模型，否則容易因為模型過大而發(fā)生系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象。轉動全導航控制盤，可通過任意角度的三維模式對插入的基礎進行查看，更加直觀地從各個角度查看管道與基礎的碰撞情況。

3.2 族庫模型

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

3.3 模型轉化

創(chuàng)建管線后，二維轉三維過程總提示失敗。在管道轉化為三維模型前，檢查井、閥門井、消火栓等節(jié)點都需要進行節(jié)點選型，選型完成后才能成功使用二維轉三維功能。

4 結語

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

1)完全本地化定制，操作簡單快捷，設計人員易上手；

2)根據(jù)地形曲面自動提取地面標高，再根據(jù)設置好的管道設計規(guī)則自動布管，可有效縮短管道繪制和節(jié)點布置的時間；

3)根據(jù)系統(tǒng)的平面圖自動生成聯(lián)動的縱斷面布置圖、節(jié)點圖及材料表，取代了二維設計中手動繪制斷面的方式，更利于圖紙的快速生成；

4)管網(wǎng)自動碰撞檢查功能取代了二維設計中的人工碰撞核查，能夠盡早地、有效地檢測到工程項目中的錯、漏、差、碰等現(xiàn)象。

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