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引汉济渭三河口枢纽BIM设计（二）

2018/04/17

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简要：作品名称：引汉济渭三河口枢纽BIM设计参赛单位：陕西省水利电力勘测设计研究院参赛

作品名称：引汉济渭三河口枢纽BIM设计

参赛单位：陕西省水利电力勘测设计研究院

参赛成员：刘斌、毛拥政、李彪、补舒棋、付登辉、张伟、牛闻、成飞、周宇飞、蒋锐

三、BIM应用特点

1.地质专业

地质条件是工程设计开展的基础，传统工作中地质提供给设计的图件资料均为二维资料，如工程地质平面图、工程地质剖面图，地质信息主要集中在勘探点、剖面线上，对整体地质信息是以代表性的点、面来描述的，点、面以外的地质信息描述多以定性评价为主，地质信息在空间分布上不连续，缺乏定量评价。

在BIM三维协同设计中，设计专业对传统的地质工作提出了新的要求，要求工程区域内的地质信息是连续的，每一个点的地质信息都可以精确的表达，如断层的确切空间展布等，因此地质工作也必须进行相应的改变，建立地质三维模型，以便融入三维协同设计的过程中。

地质体具有不规则性、不确定性等特征，采用离散光滑插值（DSI）技术的GOCAD软件能较好的解决地质建模问题，因此在BIM过程中，地质专业采用的是GOCAD软件进行单独的地质建模，生成CATIA格式的数据提交给下游设计专业。

2.水工专业

水工专业充分利用VPM下Catia的特点，采用CATIA软件中的骨架设计思想，运用自上而下的构架进行设计。先进行总体设计，确定单体建筑物轴线明确布置的位置，然而逐步细化，对每一个建筑物局部进行详细的设计分析。

为了达到Catia模型的稳定性，水工部分还推行建筑物的模板化设计。将单体建筑物在模板中完成，简化Catia结构树的复杂程度，方便大型工程的模型管理工作。在三河口水利枢纽BIM设计中，先确定大坝、导流洞、厂房的布置位置，建立相应的控制点和轴线。全局骨架中发布核心元素供大坝、电站厂房引用，大坝、电站厂房中的骨架系统以全局骨架发布的中心控制点和轴线线为基础，创建一套系统的位置控制，包括横纵轴网系统，高程系统，和一些主要控制参数，这些参数发布出来供大坝、电站厂房的子节点进行使用。通过对表孔、底孔、副厂房、主厂房可逆机组段、主厂房常规机组段的模板化设计，将单个建筑物设计和总体设计分隔开来，很好的简化了水电枢纽BIM设计，方便管理模型，提高模型的稳定性。

三河口水利枢纽目前正在进行施工，在施工图阶段利用地质BIM风化模型进行了拱坝开挖施工设计，并应用于现场施工，其设计精度满足工程建设要求。通过形成的风化模型，减少了地质专业拱坝径向地质剖面的绘制工作。

整个设计在局域网在线条件下进行，利用达索公司的VPM将数据源存储到数据库和电子仓库服务器上，根据权限和操作锁定可以在线实时对这些BIM数据进行编辑，实现了在线的协同设计。

3.水机专业

完善了水轮机附属设备如调速器、进水主阀的系列化入库工作；完善了水机辅助设备如空压机、气罐、油罐、滤水器、水泵、减压阀等的入库工作。通过三河口水利枢纽项目的水机BIM设计，水机专业基本将水机所需附属设备和辅助设备全部入库，建立了自己的标准化设备库、标准化管路零件库，形成了陕西院自己的系列化、标准化的水机库。

当三河口电站机电设备进入了招标施工图阶段时，水机专业在对厂房设备管路布置的细化过程中，发现设备布置与其它设备及建筑物存在冲突的问题，CATIA三维软件在解决此类问题中有着得天独厚的优势。通过在三维软件中布置水机设备及管路，我们及时发现了与其它专业需要协调的问题，比如水机供水管路与水工楼梯的冲突、水机副厂房设备的布置等等。

4.电气专业

设计基于博超STD设计平台，将BIM模型，水机设备等设计成果导入到STD，作为电气设计的基础，针对三河口工程中的电气设备的特点，进行新设备建模，扩充设备库，并对新模型的电气属性赋值，在博超软件中完成电气专业的设计工作。最后，将博超设计玩车的结果导入VPM Catia模型中。

（1）电气主接线采用数字化技术设计，元件参数与设备属性一一对应。

（2）根据实际设备订货结果，应用参数化建模等手段建立三河口电站各类设备三维模型。

（3）将CATIA下的水工模型以及结构树，导入STD环境，进行设备布置、母线连接、桥架绘制、电缆连接等，并进行初步的碰撞检查。

（4）将绘制好的电气模型，导入到CATIA中的水工厂房内，实现多专业协同。

（5）扩充了电气设备库、工程库，对同类工程提供了经验和模板。

5.金结专业

由于CATIA原来就是为机械制造服务，因此金结专业的设备创建在各专业中也突显优势，三河口水利枢纽所涉及的金属结构部件均进行了BIM建模。

金结定制了完善、详细的符合我院制图标准的工程图环境及标准。在此基础上，实现了闸门、拦污栅等整套符合标准、美观的工程图（施工图），金属结构专业已能在全过程应用BIM技术进行设计。

采用BIM进行金属结构设计中进行团队合作，完善模板库，实现分工创建，统一管理和应用，实现建模的快速化，知识化，标准化，规范化，从而提升建模的效率，减少手工处理模型的时间及不必要的重复工作。利用模板库分别装配完成各型式的固定卷扬式启闭机、台车式启闭机、门式启闭机等；利用模板参数化建模，通过建立Excel数据库。使三维模型中的参数与excel表格中的数据相关联，可以通过调用excel表格中的数据，对相同闸门形式、不同的孔口尺寸的闸门，直接参数化驱动模型做出相应变化，从而得到适应孔口需要的新模型，而无需重新建模。

四、创新亮点

1.BIM技术在水利水电工程设计中的应用是大势所趋，通过BIM技术，设计师可以在目前的建设环境下（项目复杂、规模大、时间紧、竞争激烈）比较好地完成以往使用传统CAD技术几乎无法完成的工作，从而使设计的项目质量有根本性的提高。

2.利用三维的地形模型进行建筑的基础开挖和开挖工程量计算；直观的地质三维模型可以快速分析建筑物所处环境的地质信息，使专业间交流更为顺畅，更便于进行相应的工程措施处理，并且需要数值模拟分析时不需要重新建模，提高了效率。

3.在ENOVIA VPM平台实现各专业协同，摆脱繁琐线下协同，将各专业分门别类，建立各专业单位的ENOVIA平台角色，包括设计角色、管理角色、审核角色等。在协同平台上，可以满足模型实时分享给各专业，并可即时沟通问题，避免文件级协同方法繁琐、不及时、不直观的弊端。通过枢纽的骨架设计理念层层传递参数，实现ENOVIA协同平台上的自上而下设计的参数化驱动应用，以及项目分项合作，由多个专业设计人员更好地共同完成项目。

4.建立了本工程的BIM数据库，并通过数据接口从不同软件中对项目的关键信息予以收集、更新、管理和应用，使得BIM信息能够在上下游专业间顺畅传递。

5.参数化模板的批量实例化可以快速建模，提高了效率，且模板具有一定通用性，可在类似工程中应用。

整体文档模板或是用户特征模板的方式：

6.模板命令化：

建立自定义电站设计工作平台；

将建立好的模板进行命令化，将模板变成工具，这样使用模板将会非常方便，不必每次通过实例化选择，而且更为人性地为设计服务，自定义的方式使得设计自由化，命令多元化，操作便捷化；

如下图所示，现在右侧竖向工具栏——建筑工作台主要是梁板柱等的工具，左侧的竖向工具栏是蜗壳、尾水管、机墩、闸墩等；

目前工具栏还处于初始阶段，未来将会随着模板的增加而逐渐趋于成熟化和参数化。

模板的实际应用体现提高效率：

建立相应水机设备模板库，建立了全套的涵盖各个专业的BIM模型。

可以实现一体化的设计，根据设计的结构情况，可以采用Catia自带的有限元模块进行结构计算，也可以将需要计算的结构由模型导出，由其他有限元分析软件比如ANSYS，Abaqus进行有限元分析。

通过BIM模型数据来完成有限元计算分析，进一步优化模型。

采用BIM设计后，利用DELMIA软件进行施工仿真，Catia的DMU对重点、难点问题进行模拟，寻找更加合理的设计解决方案。

利用虚拟空间应用及数据整合方便项目的后期的管理培训等工作。

厂房通行方案模拟

利用DELMIA中的人机工程模块：

将水机、电气、金结设备模型与BIM模型整合在一起，解决了常见的碰撞问题，局部复杂节点的精细化建模，便于准确理解设计意图，并进行优化设计。模型属性中附带的较多的工程信息，为以后拓展应用于施工和工程运行管理提供很大便利。

厂房协同成果

给排水专业：

1.该项目中首次利用屋面雨水收集系统用于消防灌溉工程，同时为满足绿色建筑这一理念，与大气环境完美相通的屋面设计，使得常规排水通气帽既实用又美观。

屋面设计俯视图

屋面设计鸟瞰图

2.该项目中首次利用BIM建模功能导入SimulationCFD中完成CFD数据模拟，完成副厂房会议室的气流组织模拟，减少常规计算流程，增加工作效率。

副厂房会议室建筑外墙

建立会议室建筑外围三维网格

建立室内空气模型模拟气体分布

载入模型气流组织模拟完成室内气温分布示意

通过调整通风条件得出适宜通风参数

电气专业：

1.利用了博超STD设计平台的电气设备库，及其在电气设计中的设备布置、母线和电缆连接、桥架绘制等方面的优势，并配合软件公司开发STD软件和catia软件的接口，将两款三维设计平台高效的结合起来，取长补短，弥补了catia平台中设备库匮乏，母线电缆连接过程繁复等问题，再将STD平台下的电气设计导入到catia平台下，并且将STD平台里的设计节点，完整的导入到catia的结构树中，完成多专业协同设计。

2.对电气设备进行参数化建模，使用同一个模型，通过对参数的修改，可以完成多种设备型号的编辑，大大提高了工作效率及模型质量。