彭 橋, 郭 昊 然, 周 俊 全

(1.國(guó)能粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司,廣東 臺(tái)山 529200;2.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072;3.國(guó)電大渡河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610041)

0 引 言

BIM 是工程物理特性與功能特性信息化、數(shù)字化的承載和可視化的表達(dá),是傳統(tǒng)手繪制圖與 CAD 輔助設(shè)計(jì)的升級(jí)[1]。近年來,隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展,BIM設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外工程設(shè)計(jì)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在水利水電行業(yè),越來越多的項(xiàng)目采用三維設(shè)計(jì),以提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率[2]。在國(guó)外的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通常所用的設(shè)計(jì)軟件有AutoCAD、SolidWorks、CATIA和Pro/Engineer等。國(guó)內(nèi)目前使用的三維設(shè)計(jì)主流軟件為Autodesk Revit,但Revit軟件在設(shè)計(jì)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(kù),尤其是針對(duì)有路徑敷設(shè)需求的機(jī)電設(shè)備,如接地導(dǎo)體、共箱封閉母線、氣體絕緣輸電線路(GIL)、綜合管線等。這給水電站機(jī)電設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。因此,筆者以接地導(dǎo)體為例,探討在Revit平臺(tái)下,正在設(shè)計(jì)的臺(tái)山黃茅崗抽水蓄能電站如何建設(shè)和管理接地導(dǎo)體的參數(shù)化族庫(kù)。

在以Revit平臺(tái)實(shí)施 BIM 設(shè)計(jì)過程中,資源庫(kù)中的設(shè)備族數(shù)量和質(zhì)量直接影響著設(shè)計(jì)效率和品質(zhì),高質(zhì)量族積累越多,效率就越高[3]。通過自定義參數(shù)化族庫(kù),可以保證族庫(kù)的質(zhì)量和實(shí)用性,減少設(shè)計(jì)工作量,便于進(jìn)行空間布置,提高設(shè)計(jì)效率。每個(gè)設(shè)備族的建族過程包括樣本篩選、族幾何構(gòu)建、族參數(shù)、公式邏輯構(gòu)建和族測(cè)試。該方法適用于類似種類繁多、有路徑敷設(shè)需求的機(jī)電設(shè)備。筆者旨在通過為黃茅崗抽水蓄能電站設(shè)計(jì)師提供實(shí)用的參考,以推動(dòng)水電行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 接地導(dǎo)體在建族中的問題分析

1.1 接地導(dǎo)體族在設(shè)計(jì)中的需求

接地導(dǎo)體系統(tǒng)是各類工程中均需要的系統(tǒng)之一,通常采用銅、鋁等導(dǎo)電材料制造。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是導(dǎo)體路徑長(zhǎng),節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,且連接的電氣設(shè)備和鋼筋網(wǎng)較多。此外,每個(gè)抽水蓄能電站項(xiàng)目的接地導(dǎo)體都會(huì)受到場(chǎng)地條件、建筑結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備特性和安裝位置等因素的限制,因而其接地系統(tǒng)類型也會(huì)有所差異。因此,在建族時(shí)需要考慮上述因素,使其具有靈活的參數(shù)調(diào)整功能,并能快速創(chuàng)建、修改和調(diào)整以滿足項(xiàng)目的需求。

1.2 現(xiàn)有Revit軟件中的限制

Revit軟件中的族分為兩種:系統(tǒng)族和構(gòu)件族,系統(tǒng)族是在Revit中預(yù)定義的族,例如電纜橋架、線管、風(fēng)管等機(jī)電設(shè)備都可以作為系統(tǒng)族。這些系統(tǒng)族具有定義起點(diǎn)和終點(diǎn)后就能夠自動(dòng)敷設(shè)的功能;但是,由于Revit軟件的限制,用戶無(wú)法將新創(chuàng)建的族定位為系統(tǒng)族;而對(duì)于接地系統(tǒng)來說,由于其在Revit的系統(tǒng)族中沒有對(duì)應(yīng)的模塊,因此需要使用構(gòu)件族進(jìn)行建模。構(gòu)件族與系統(tǒng)族不同,構(gòu)件族需要手動(dòng)創(chuàng)建模型并自定義各項(xiàng)參數(shù)信息,最終將創(chuàng)建好的參數(shù)化族載入到項(xiàng)目文件中進(jìn)行快速布置及修改,靈活地滿足接地導(dǎo)體的實(shí)際設(shè)計(jì)需求。

1.3 接地導(dǎo)體的工程量統(tǒng)計(jì)效率較低

傳統(tǒng)的接地導(dǎo)體布置設(shè)計(jì)是采用Autodesk CAD軟件進(jìn)行制圖,繪制完后,需要人為統(tǒng)計(jì)接地導(dǎo)體的材料量,如鍍鋅扁鋼長(zhǎng)度、接地端子套數(shù)、支墩套數(shù)等,存在統(tǒng)計(jì)效率慢、統(tǒng)計(jì)材料量不精確、統(tǒng)計(jì)的工程量易錯(cuò)易漏等情況;而Revit中有明細(xì)表功能,軟件可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)所創(chuàng)建的族類型的各種信息;因此,采用Revit進(jìn)行接地導(dǎo)體布置設(shè)計(jì)可以解決上述問題,提高設(shè)計(jì)效率和施工質(zhì)量。

2 接地導(dǎo)體在建族中的解決方案

基于接地導(dǎo)體族的需求和Revit軟件的限制,選擇構(gòu)件族作為接地導(dǎo)體系統(tǒng)建模,選擇鍍鋅扁鋼族類型為基于線的公制常規(guī)模型,接地端子、支墩螺栓及螺母等族采用常規(guī)模型,接地注釋族采用常規(guī)注釋;以此制作完善的接地導(dǎo)體及注釋族庫(kù)。族庫(kù)制作完成后,在項(xiàng)目文件中載入對(duì)應(yīng)的族進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 接地導(dǎo)體參數(shù)的選擇

在抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中,不同抽水蓄能電站接地導(dǎo)體系統(tǒng)各不相同。如果每種常規(guī)布置方式都單獨(dú)建模,不僅建模是工作量巨大的無(wú)底洞,使用、布置和統(tǒng)計(jì)工程量也是難題;因此,采用參數(shù)化建模的思路,每類接地導(dǎo)體只做一個(gè)參數(shù)化族。這樣不僅減少了接地導(dǎo)體系統(tǒng)族的數(shù)量,也減少了反復(fù)創(chuàng)建模型的工作量。同時(shí),設(shè)計(jì)者也不必在族庫(kù)中篩選相應(yīng)尺寸的接地導(dǎo)體,提高了設(shè)計(jì)效率。

在接地導(dǎo)體參數(shù)化建模中,需對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行取舍。雖然更多的參數(shù)和細(xì)節(jié)特征會(huì)讓模型更精細(xì)和美觀,但參數(shù)的增加會(huì)讓建模和維護(hù)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(guān)系會(huì)越來越復(fù)雜和難以控制,電腦容易出現(xiàn)卡頓的情況,增加硬件設(shè)備使用負(fù)荷;因此,接地導(dǎo)體建模中只保留了工程設(shè)計(jì)中關(guān)注的參數(shù),接地導(dǎo)體參數(shù)選擇見圖1。

圖1 接地導(dǎo)體參數(shù)選擇(單位默認(rèn)為mm)

2.2 接地導(dǎo)體族的制作

按照以上原則,對(duì)所有抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中需要用到的接地導(dǎo)體族進(jìn)行參數(shù)化建模組成族庫(kù),具體包括:接地扁鋼-水平、接地扁鋼-引上、接地扁鋼-引下、接地扁鋼-屋頂避雷帶、接地扁鋼-屋頂避雷帶(支墩方式)、接地扁鋼-電纜溝預(yù)埋、接地抽頭-地面引出、接地抽頭-樓板引下、接地抽頭-沿墻引上水平出、接地端子、避雷帶支墩、避雷帶支撐、膨脹螺栓等。族類型均設(shè)置為常規(guī)模型的族,主要尺寸均參照《電氣裝置安裝工程-接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》,以確保族的所有規(guī)格均能與實(shí)物吻合,操作簡(jiǎn)單且靈活實(shí)用。部分接地導(dǎo)體族庫(kù)見圖2。

圖2 部分接地導(dǎo)體族庫(kù)

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

2.3 注釋族庫(kù)的制作

按照相同規(guī)則,對(duì)接地導(dǎo)體所需二維注釋也進(jìn)行參數(shù)化建模組成族庫(kù),具體包括:接地交點(diǎn)注釋、接地端子注釋、接地導(dǎo)體上引箭頭、接地導(dǎo)體下引箭頭、引上抽頭注釋等。注釋族長(zhǎng)度和比例均為可調(diào)整的參數(shù)。與接地導(dǎo)體族不同,注釋族均為常規(guī)注釋的族。注釋族多數(shù)作為嵌套族載入到接地導(dǎo)體族中,同時(shí)也勾選了“共享”參數(shù),可以直接布置在項(xiàng)目文件中,部分注釋族庫(kù)見圖3。

圖3 部分注釋族庫(kù)(單位默認(rèn)為mm)

3 接地導(dǎo)體在設(shè)計(jì)中的建模方法

以上接地導(dǎo)體族庫(kù)和接地注釋族庫(kù)的制作,可以滿足抽水蓄能電站設(shè)計(jì)在技施階段的出圖精度需求。設(shè)計(jì)師僅需將制作好的族載入到項(xiàng)目文件中,對(duì)視圖樣板、圖元可見性、顏色材質(zhì)等完成設(shè)置后,接地導(dǎo)體即可實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)族相同的布置功能。接地導(dǎo)體系統(tǒng)布置見圖4。

圖4 接地導(dǎo)體系統(tǒng)布置圖

圖中為以鍍鋅扁鋼作為接地導(dǎo)體的常見接地系統(tǒng)布置。包含扁鋼水平、引上、引下、屋頂避雷帶、電纜溝預(yù)埋、抽頭地面引出、抽頭樓板引下、抽頭沿墻引上水平出、接地端子等布置,其外徑、尺寸均可先設(shè)置好,繪制路徑自動(dòng)生成,扁鋼尺寸也可根據(jù)需要進(jìn)行更換。在進(jìn)行視圖設(shè)置后,可統(tǒng)一外表顏色用于三維方案展示。

4 接地導(dǎo)體的材料量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

通過Revit中的明細(xì)表功能,可以針對(duì)性地提取接地導(dǎo)體族中的參數(shù)信息。以鍍鋅扁鋼“長(zhǎng)度”參數(shù)為例,在創(chuàng)建常規(guī)模型明細(xì)表時(shí),并沒有“長(zhǎng)度”參數(shù)選擇,所以不能直接統(tǒng)計(jì)“長(zhǎng)度”參數(shù)。需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)名為“導(dǎo)體長(zhǎng)度”的共享參數(shù),使該參數(shù)同時(shí)存在于需要統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度的接地族文件和項(xiàng)目文件中,由此才可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)導(dǎo)體繪制路徑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)接地導(dǎo)體長(zhǎng)度的功能。接地導(dǎo)體明細(xì)圖見圖5。

圖5 接地導(dǎo)體明細(xì)圖

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,通過BIM參數(shù)化建模技術(shù),成功創(chuàng)建了一套完整的接地導(dǎo)體族庫(kù)和注釋族庫(kù),解決了抽水蓄能電站中接地導(dǎo)體建模存在的問題。通過將接地導(dǎo)體的同類規(guī)格族合并為一個(gè)參數(shù)化族,提高了建模效率和精度。同時(shí),通過Revit明細(xì)表功能實(shí)現(xiàn)了接地導(dǎo)體長(zhǎng)度等參數(shù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì),提高了設(shè)計(jì)效率和數(shù)據(jù)精度。

然而,研究結(jié)果仍存在一定的局限性和不足,未來可以進(jìn)一步擴(kuò)展接地導(dǎo)體族的種類和參數(shù),提高模型的通用性和靈活性。同時(shí),可以研究其他BIM軟件平臺(tái)的接地導(dǎo)體建模方法,提高可操作性和實(shí)用性。此外,也可以將BIM技術(shù)與其他領(lǐng)域相結(jié)合,如智能建筑、物聯(lián)網(wǎng)等,進(jìn)一步提高專業(yè)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的效率和質(zhì)量,為抽水蓄能電站設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。