彭 桥, 郭 昊 然, 周 俊 全

(1.国能粤电台山发电有限公司,广东 台山 529200;2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072;3.国电大渡河流域水电开发有限公司,四川 成都 610041)

0 引 言

BIM 是工程物理特性与功能特性信息化、数字化的承载和可视化的表达,是传统手绘制图与 CAD 辅助设计的升级[1]。近年来,随着数字化技术的快速发展,BIM设计在国内外工程设计行业中得到了广泛应用。特别是在水利水电行业,越来越多的项目采用三维设计,以提高工程设计质量和效率[2]。在国外的接地系统设计中,通常所用的设计软件有AutoCAD、SolidWorks、CATIA和Pro/Engineer等。国内目前使用的三维设计主流软件为Autodesk Revit,但Revit软件在设计之初,主要面向工业和民用建筑行业,缺少用于电力行业的专业族库,尤其是针对有路径敷设需求的机电设备,如接地导体、共箱封闭母线、气体绝缘输电线路(GIL)、综合管线等。这给水电站机电设计带来了挑战。因此,笔者以接地导体为例,探讨在Revit平台下,正在设计的台山黄茅岗抽水蓄能电站如何建设和管理接地导体的参数化族库。

在以Revit平台实施 BIM 设计过程中,资源库中的设备族数量和质量直接影响着设计效率和品质,高质量族积累越多,效率就越高[3]。通过自定义参数化族库,可以保证族库的质量和实用性,减少设计工作量,便于进行空间布置,提高设计效率。每个设备族的建族过程包括样本筛选、族几何构建、族参数、公式逻辑构建和族测试。该方法适用于类似种类繁多、有路径敷设需求的机电设备。笔者旨在通过为黄茅岗抽水蓄能电站设计师提供实用的参考,以推动水电行业的数字化转型。

1 接地导体在建族中的问题分析

1.1 接地导体族在设计中的需求

接地导体系统是各类工程中均需要的系统之一,通常采用铜、铝等导电材料制造。该系统的特点是导体路径长,节点复杂,且连接的电气设备和钢筋网较多。此外,每个抽水蓄能电站项目的接地导体都会受到场地条件、建筑结构、电气设备特性和安装位置等因素的限制,因而其接地系统类型也会有所差异。因此,在建族时需要考虑上述因素,使其具有灵活的参数调整功能,并能快速创建、修改和调整以满足项目的需求。

1.2 现有Revit软件中的限制

Revit软件中的族分为两种:系统族和构件族,系统族是在Revit中预定义的族,例如电缆桥架、线管、风管等机电设备都可以作为系统族。这些系统族具有定义起点和终点后就能够自动敷设的功能;但是,由于Revit软件的限制,用户无法将新创建的族定位为系统族;而对于接地系统来说,由于其在Revit的系统族中没有对应的模块,因此需要使用构件族进行建模。构件族与系统族不同,构件族需要手动创建模型并自定义各项参数信息,最终将创建好的参数化族载入到项目文件中进行快速布置及修改,灵活地满足接地导体的实际设计需求。

1.3 接地导体的工程量统计效率较低

传统的接地导体布置设计是采用Autodesk CAD软件进行制图,绘制完后,需要人为统计接地导体的材料量,如镀锌扁钢长度、接地端子套数、支墩套数等,存在统计效率慢、统计材料量不精确、统计的工程量易错易漏等情况;而Revit中有明细表功能,软件可以自动统计所创建的族类型的各种信息;因此,采用Revit进行接地导体布置设计可以解决上述问题,提高设计效率和施工质量。

2 接地导体在建族中的解决方案

基于接地导体族的需求和Revit软件的限制,选择构件族作为接地导体系统建模,选择镀锌扁钢族类型为基于线的公制常规模型,接地端子、支墩螺栓及螺母等族采用常规模型,接地注释族采用常规注释;以此制作完善的接地导体及注释族库。族库制作完成后,在项目文件中载入对应的族进行设计。

2.1 接地导体参数的选择

在抽水蓄能电站设计中,不同抽水蓄能电站接地导体系统各不相同。如果每种常规布置方式都单独建模,不仅建模是工作量巨大的无底洞,使用、布置和统计工程量也是难题;因此,采用参数化建模的思路,每类接地导体只做一个参数化族。这样不仅减少了接地导体系统族的数量,也减少了反复创建模型的工作量。同时,设计者也不必在族库中筛选相应尺寸的接地导体,提高了设计效率。

在接地导体参数化建模中,需对模型参数进行取舍。虽然更多的参数和细节特征会让模型更精细和美观,但参数的增加会让建模和维护的工作量成倍增加;另一方面,随着参数的增加,参数间的关系会越来越复杂和难以控制,电脑容易出现卡顿的情况,增加硬件设备使用负荷;因此,接地导体建模中只保留了工程设计中关注的参数,接地导体参数选择见图1。

图1 接地导体参数选择(单位默认为mm)

2.2 接地导体族的制作

按照以上原则,对所有抽水蓄能电站设计中需要用到的接地导体族进行参数化建模组成族库,具体包括:接地扁钢-水平、接地扁钢-引上、接地扁钢-引下、接地扁钢-屋顶避雷带、接地扁钢-屋顶避雷带(支墩方式)、接地扁钢-电缆沟预埋、接地抽头-地面引出、接地抽头-楼板引下、接地抽头-沿墙引上水平出、接地端子、避雷带支墩、避雷带支撑、膨胀螺栓等。族类型均设置为常规模型的族,主要尺寸均参照《电气装置安装工程-接地装置施工及验收规范》,以确保族的所有规格均能与实物吻合,操作简单且灵活实用。部分接地导体族库见图2。

图2 部分接地导体族库

制作完成后,按照统一的规则对所有族进行命名,以方便查找。

2.3 注释族库的制作

按照相同规则,对接地导体所需二维注释也进行参数化建模组成族库,具体包括:接地交点注释、接地端子注释、接地导体上引箭头、接地导体下引箭头、引上抽头注释等。注释族长度和比例均为可调整的参数。与接地导体族不同,注释族均为常规注释的族。注释族多数作为嵌套族载入到接地导体族中,同时也勾选了“共享”参数,可以直接布置在项目文件中,部分注释族库见图3。

图3 部分注释族库(单位默认为mm)

3 接地导体在设计中的建模方法

以上接地导体族库和接地注释族库的制作,可以满足抽水蓄能电站设计在技施阶段的出图精度需求。设计师仅需将制作好的族载入到项目文件中,对视图样板、图元可见性、颜色材质等完成设置后,接地导体即可实现与系统族相同的布置功能。接地导体系统布置见图4。

图4 接地导体系统布置图

图中为以镀锌扁钢作为接地导体的常见接地系统布置。包含扁钢水平、引上、引下、屋顶避雷带、电缆沟预埋、抽头地面引出、抽头楼板引下、抽头沿墙引上水平出、接地端子等布置,其外径、尺寸均可先设置好,绘制路径自动生成,扁钢尺寸也可根据需要进行更换。在进行视图设置后,可统一外表颜色用于三维方案展示。

4 接地导体的材料量自动统计

通过Revit中的明细表功能,可以针对性地提取接地导体族中的参数信息。以镀锌扁钢“长度”参数为例,在创建常规模型明细表时,并没有“长度”参数选择,所以不能直接统计“长度”参数。需要创建一个名为“导体长度”的共享参数,使该参数同时存在于需要统计长度的接地族文件和项目文件中,由此才可以实现根据导体绘制路径自动统计接地导体长度的功能。接地导体明细图见图5。

图5 接地导体明细图

5 结 语

综上所述,通过BIM参数化建模技术,成功创建了一套完整的接地导体族库和注释族库,解决了抽水蓄能电站中接地导体建模存在的问题。通过将接地导体的同类规格族合并为一个参数化族,提高了建模效率和精度。同时,通过Revit明细表功能实现了接地导体长度等参数的自动统计,提高了设计效率和数据精度。

然而,研究结果仍存在一定的局限性和不足,未来可以进一步扩展接地导体族的种类和参数,提高模型的通用性和灵活性。同时,可以研究其他BIM软件平台的接地导体建模方法,提高可操作性和实用性。此外,也可以将BIM技术与其他领域相结合,如智能建筑、物联网等,进一步提高专业设计、施工和运营的效率和质量,为抽水蓄能电站设计的可持续发展做出贡献。