王 科

(西南电力设计院，成都 610021)

引言

随着信息化技术的不断发展，火力发电厂设计的全面数字化已推进多年。结合当前的时代背景，各公司都在升级转型，对设计模式、设计方案、设计流程进行了深入的研究，目的都是提高设计水平，提升设计质量，从而提高其在设计行业内的品牌地位。土建专业在数字化协同设计平台涉及的软件主要包括：机械布置三维设计软件/土建三维模型设计软件/结构计算软件和施工图绘制软件。怎样有机地将各独立的设计软件结合起来，实现设计协同和设计工作流的效率最大化，从而提高数字化设计水平，这是各公司不断努力的方向。本文结合多年研究开发的成果，提出了一种土建专业的数字化设计流程方案，并指出了配套该设计流程的需要做出的二次开发努力的方向。

1 土建数字化协同设计现状及问题

电力行业当前对土建数字化协同设计的标准还未完全达成共识。民用建筑目前已普遍采用BIM方式进行设计，其三维设计水平主要体现在Revit的应用上，即利用Revit建立结构三维模型，通过三维模型生成施工图。在未强调BIM设计的项目中，设计人员通常按传统二维方式出图、应用Revit进行设计，相较于传统土建结构设计就多出了一道工序。新工具的使用需要设计人员长期的学习积累，设计人员在没有强力规章制度约束和相应的激励措施下，通常会排斥BIM设计模式，使设计工具难以顺利推广应用，严重影响电厂的整体数字化协同设计水平。随着建筑结构行业对BIM设计模式的推广以及对电力行业认知的逐步深入，再加上对结构三维模型的数字化移交和后期利用需求，就进一步促使了电力行业土建设计方式要逐步转移到BIM方式。

笔者所在公司当前土建数字化设计使用的设计软件主要包括：结构计算软件(STAAD.Pro、PKPM)、施工图设计软件(CAD)、工艺设计软件(PDMS)、土建BIM模型建模出图软件(Revit)。当前设计流程如图1所示。

图1 土建结构设计流程现状

该设计流程主要步骤为：土建结构设计人员在计算软件中绘制计算模型，通过计算确认模型是否满足荷载要求，荷载计算通过后确定计算模型； 结构设计人员再利用CAD软件根据计算模型数据的布置情况设计施工图模型； 工艺设计人员根据土建结构专业提供的施工图模型资料在工艺设计软件PDMS中布置结构三维模型； 在业主合同要求提供土建三维模型的情况下，工艺设计人员根据土建专业提供的施工图数据在土建三维设计软件Revit中布置土建三维结构模型。

从上述土建设计流程中，可以看出存在以下缺点：

(1)数据一致性差。计算模型数据、施工图数据、工艺三维模型和Revit三维模型四个主要数据各自处于独立状态，一致性的保障需要大量人工校核。

(2)缺乏三维数字化设计。相较于直接通过三维模型生成施工图的BIM设计方式，在CAD中由结构设计人员绘制二维施工图的数字化设计水平相当低下。

(3)协同设计程度低。从各模型数据的孤岛问题和工作流程的线性流水作业可以看出，当前设计流程各专业之间的协同设计程度也很低。

(4)效益问题。在实际工作中由于PDMS是全专业的协同设计，火力发电的管道布置往往在土建施工图纸完成定版之前就要对一些管道进行施工图设计并完成出图，此时没有准确的土建结构模型数据进行三维参照，PDMS对解决碰撞问题的优势就大打折扣。与管道布置配套的支吊架布置，其生根形式与坐标完全依赖于土建结构的梁柱等，没有结构模型，支吊架就完全失去了参照，根本无法准确选型和定位。这势必造成管道和支吊架的二次修改，不仅造成PDMS中管道专业布置工时的浪费，也联动影响其他专业模型的相关定位布置问题。最后，这种设计流程上的问题必然影响公司的设计水平和效益。

2 以Revit三维建模数据为核心的设计流程新方案

2.1 Revit模型向计算模型的贯通

为了提高土建数字化设计水平，企业应该制定相关激励规章制度，对新软件的推广应用做工时上的补偿奖励，在工作流程上进行改进，即将Revit土建结构模型前置，作为后续设计模型的上游数据，通过Revit软件结合自定义的出图规则直接生成施工图。本文提出如图2所示的设计流程新方案。下文详细论述工作流程各环节与支撑该流程所做的技术攻关。

图2 土建结构设计流程新方案

为了推广以Revit为核心的BIM设计，又不给结构设计人员增添相较于传统设计模式大比重的工作量，需要研发一些新的数据贯通接口工具打通各软件模型数据间的孤岛问题，同时减少设计人员在重要环节中的工作量，提高设计协同程度使新的设计流程既可行又高效，即从技术上尽量扫清应用上的障碍。土建结构设计人员的设计工作起点是在Revit软件上进行三维结构模型的布置设计，然后建立或者制定Revit分析模型。为了解决Revit模型数据与结构计算软件STAAD.Pro的计算模型数据孤岛问题，协同设计平台建设人员开展了软件之间数据贯通的研究，并成功研发出贯通接口软件ReviSTRU。ReviSTRU贯通接口软件可以将Revit分析模型写入STAAD.Pro的计算模型文件.std中。这一过程符合电厂主厂房结构设计的特点：先进行结构的布置设计，然后建立计算模型进行计算。这种方式不仅满足投标、初设阶段的要求，也满足施工图设计阶段的要求。用STAAD.Pro软件打开上述.std文件，在STAAD.Pro中即可生成计算模型。结构设计人员须要通过STAAD.Pro核查计算模型是否满足荷载要求。如果出现不满足的情况，设计人员需要返回Revit模型进行修改，重新建立或者制定Revit分析模型，再通过ReviSTRU贯通接口软件更新.std文件，直到计算软件中生成的计算模型满足设计要求。该设计流程环节在接口软件的协助下，使Revit建模与结构计算在工序上只需设计人员一次建模的工作量，设计人员对新软件推广应用的积极性大大提高。图3是某工程主厂房结构在Revit中建立的三维模型，图4是通过ReviSTRU接口软件将Revit分析模型写入STAAD.Pro的*.std文件后在STAAD.Pro自动生成的计算模型。

图3 Revit中建立的主厂房模型

图4 STAAD.Pro中自动生成的主厂房计算模型

上述Revit中建立的模型数据写入计算软件中建立的计算模型满足要求后，土建结构设计人员即可通过Revit中设计的三维模型数据抽出施工图。抽出的施工图较传统CAD中由结构设计人员绘制的施工图高效、便捷，准确性得到进一步保障，且三维数字化设计水平也得到明显地提高。

2.2 Revit模型向PDMS模型的贯通

在采用Revit建立的土建结构模型，其三维数据和截面数据非常详细。笔者所在公司自引进Revit平台以来，为发挥各核心软件的优势，提高协同设计效率，促进技术积累与推广，开展了一系列平台的二次开发与技术引进消化。笔者主导引进并消化了PDST接口软件。PDST接口软件通过读取Revit中建立的三维模型梁柱空间坐标与截面数据，利用中间数据库将Revit的截面数据与PDMS截面数据库(元件库与等级库)建立索引关系，然后将Revit梁柱的空间坐标赋予对应PDMS中梁柱的坐标，最后导出一个文本文件。该文本文件能导入PDMS软件，并在PDMS中自动生成工艺专业需要的结构三维模型。由于上游Revit三维模型数据的参数非常详尽，导入PDMS的工艺三维模型准确度非常高，只需工艺布置设计人员做简单校核与调整。由于施工图数据来源于Revit模型数据，Revit的模型在协同设计流程上就保持了与施工图在时效上的一致。PDMS土建模型布置设计人员在土建专业采用BIM模式设计后，PDMS人员不再等待土建专业的施工图也不再顾虑结构模型的准确性，这就解决了土建模型在施工图阶段进入PDMS的时效性、准确性问题。PDMS协同设计中的管道设计人员与支吊架设计人员，由于土建结构模型的及时性和准确性，提高了设计效率，大规模地减少管道支吊架的升版问题，企业不仅增加了效益而且提升了数字化协同设计水平。图5是通过PDST接口软件将Revit模型数据导入PDMS自动生成的三维布置模型。

图5 PDMS中自动生成的主厂房模型

3 结论及展望

随着设计流程的不断改进和数字化设计平台的建设，通过研发人员对各大型设计软件进行二次开发，实现软件数据之间的贯通，解决重复复杂的建模工作，将使设计人员把时间集中在专业性强的工程技术优化和创新上，从设计工具中得到最大化的解放。

电厂数字化协同设计技术水平的不断提高是业界发展不可避免的趋势。BIM设计方式在火力发电土建设计专业的推广应该取得共识。采用Revit进行土建三维模型设计所得的数据作为其他模型的上游数据，以二次开发接口软件作为技术支撑，实现Revit建立的模型、荷载数据与结构计算软件和工艺布置设计软件模型数据的贯通，既可以保证数据的一致性和准确性，又可以提高设计效率，进而提高整个电厂数字化协同设计水平。