葉建峰，藥圣琦，李思鵬

( 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000)

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司自2018 起在輸變電工程中全面推行三維設(shè)計(jì)，要求公司所有新建35kV 電壓等級(jí)以上輸變電工程要實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)、三維評(píng)審和三維移交。三維設(shè)計(jì)相比于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，最重要的區(qū)別在于現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)手段沒有數(shù)據(jù)庫做支撐，很難適應(yīng)工程信息化和數(shù)字化的要求。而三維數(shù)字化設(shè)計(jì)主要以數(shù)據(jù)庫為核心，以三維模型為依托，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，大幅提高了設(shè)計(jì)文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量并使工程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用成為可能[1]。

全國(guó)各大電力設(shè)計(jì)院在幾年的工程實(shí)踐中，已經(jīng)探索出一套可行的變電工程三維設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)人員主要依托于現(xiàn)行電力三維平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，但同時(shí)依然存在建模工作量大、設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)文件在工程實(shí)施階段很難應(yīng)用等問題。巨大的三維設(shè)計(jì)工作量與日益增長(zhǎng)的三維移交需求成為了現(xiàn)階段國(guó)網(wǎng)公司推行三維設(shè)計(jì)的主要矛盾，其核心原因是目前的三維設(shè)計(jì)軟件不能實(shí)現(xiàn)全專業(yè)的正向設(shè)計(jì)，特別是在結(jié)構(gòu)專業(yè)三維設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中設(shè)計(jì)完成后在三維平臺(tái)中翻模。

本文針對(duì)如何解決結(jié)構(gòu)專業(yè)正向三維設(shè)計(jì)的問題，結(jié)合變電站實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行研究，旨在完善現(xiàn)有的三維設(shè)計(jì)模式，提高設(shè)計(jì)文件質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

1 PKPM在變電站三維設(shè)計(jì)與移交流程

當(dāng)前變電站三大三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)邏輯大致相同，均是以專業(yè)間互相協(xié)同為基礎(chǔ)開展變電站的模型搭建、碰撞檢查、專業(yè)間提資以及數(shù)字化移交,各專業(yè)協(xié)同關(guān)系如圖1 所示。

圖1 三維設(shè)計(jì)專業(yè)間協(xié)同示意

其中結(jié)構(gòu)專業(yè)由于涉及國(guó)家規(guī)范規(guī)程要求，電力三維平臺(tái)目前無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，也就不可能進(jìn)行正向的三維設(shè)計(jì)。目前，專業(yè)認(rèn)可度較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件是PKPM 系列軟件，設(shè)計(jì)人員以PKPM 的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為依托進(jìn)行結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)。

下面以某變電站工程鋼框架配電裝置樓為例闡述現(xiàn)階段設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的流程。

步驟一：根據(jù)配電裝置樓平面布置在PKPM 中布置鋼梁鋼柱，在PKPM 中完成結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算和出圖，得到鋼梁鋼柱、連接節(jié)點(diǎn)、基礎(chǔ)尺寸、基礎(chǔ)配筋等信息。

步驟二：根據(jù)PKPM 中得到的構(gòu)件草圖在三維平臺(tái)中重新建立模型，包括連接件、柱腳節(jié)點(diǎn)、混凝土構(gòu)件配筋等。

步驟三：在三維平臺(tái)中按《輸變電工程三維設(shè)計(jì)建模規(guī)范》的要求錄入結(jié)構(gòu)模型的屬性。

步驟四：將完成的結(jié)構(gòu)模型與其他專業(yè)模型一起導(dǎo)出GIM 格式提交國(guó)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。

步驟五：施工圖設(shè)計(jì)階段里對(duì)模型進(jìn)行剖切、標(biāo)注、添加文字等處理后繪制平面施工圖供施工現(xiàn)場(chǎng)使用。

其中步驟二及步驟五需要花費(fèi)大量的時(shí)間在二維轉(zhuǎn)化到三維，三維又轉(zhuǎn)化成二維的重復(fù)勞動(dòng)中，使得結(jié)構(gòu)專業(yè)三維設(shè)計(jì)的效率遠(yuǎn)不如二維設(shè)計(jì)，這違背了推行三維設(shè)計(jì)的初衷。因此，尋求三維平臺(tái)自身的專業(yè)化成為解決結(jié)構(gòu)專業(yè)正向三維設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 PKPM-BIM在變電站三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

由于結(jié)構(gòu)專業(yè)規(guī)范條目繁多，涉及到有限元分析等底層算法解構(gòu)問題，目前的電力三維平臺(tái)短時(shí)間內(nèi)開發(fā)結(jié)構(gòu)模塊難度很大，即使能進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，也存在圖審市場(chǎng)的認(rèn)可度問題，因此讓電力三維平臺(tái)增加結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊并不可行。

PKPM 軟件亦在近年推出了自己的BIM 平臺(tái)，而結(jié)構(gòu)專業(yè)是PKPM 軟件的優(yōu)勢(shì)所在，于是我們嘗試在PKPM-BIM 進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)專業(yè)的三維設(shè)計(jì)。

下面依然以某變電站工程鋼框架配電裝置樓為例闡述采用PKPM-BIM 進(jìn)行結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的流程。

步驟一：在PKPM-BIM 軟件中進(jìn)行鋼柱鋼梁的布置與設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入。

步驟二：在軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果配置連接節(jié)點(diǎn)和構(gòu)造設(shè)計(jì)，完成可視化三維模型，模型屬性將自動(dòng)依附在模型中。

步驟三：通過模型自動(dòng)生成施工圖及材料清單。

通過實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，使用PKPM-BIM 進(jìn)行三維模型效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直接在電力三維平臺(tái)中建模。目前國(guó)網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)方案建筑物以單層、兩層鋼框架結(jié)構(gòu)為主，熟悉PKPM 操作的設(shè)計(jì)人員僅需花費(fèi)約一個(gè)工作日便能完成一個(gè)變電站建筑物的結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)任務(wù)。

但是，變電工程三維設(shè)計(jì)除了要滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需求外，更重要的是要能滿足國(guó)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的移交需求，而移交數(shù)據(jù)中心平臺(tái)必須是以GIM 的格式上傳。目前只有三大電力三維平臺(tái)可以將三維模型導(dǎo)出GIM 格式，因此單純使用PKPM-BIM 軟件也不能完成變電工程三維設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。

3 三維平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互

由上文可以推知，現(xiàn)階段解決結(jié)構(gòu)專業(yè)正向三維設(shè)計(jì)的最佳方案即將專業(yè)平臺(tái)中完成的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電力三維平臺(tái)中，這樣既解決了電力三維平臺(tái)建模困難的問題，又解決了專業(yè)平臺(tái)無法移交國(guó)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的問題。

為此，我們同時(shí)與電力BIM 平臺(tái)開發(fā)廠商及結(jié)構(gòu)專業(yè)平臺(tái)開發(fā)廠商合作，致力于攻破兩大平臺(tái)間的壁壘，讓PKPM 平臺(tái)與電力三維平臺(tái)完成無縫對(duì)接。

目前各大電力三維平臺(tái)都是基于Revit 平臺(tái)或ABD 平臺(tái)開發(fā)的。因此實(shí)現(xiàn)PKPM-BIM與Revit、ABD 平臺(tái)的數(shù)據(jù)互通，即實(shí)現(xiàn)了電力三維設(shè)計(jì)平臺(tái)和建筑專業(yè)三維軟件的數(shù)據(jù)交互。由于Revit 與ABD 平臺(tái)的版權(quán)均屬于外國(guó)公司，完全開放數(shù)據(jù)接口存在一定的困難，為解決這個(gè)問題，PKPM-BIM 的研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出以中心文件*.pmodel 為載體，打通了Revit、ABD和PKPM-BIM 三個(gè)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)共享，具體實(shí)現(xiàn)原理如下[2]：

首先將PKPM-BIM 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)模型分為4 類數(shù)據(jù)，存入到*.pmodel 中：a.幾何圖形數(shù)據(jù)，如基本圖元數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)和多個(gè)幾何圖形間的布爾關(guān)系等；b.定位數(shù)據(jù)，如空間絕對(duì)坐標(biāo)、圖元間的相關(guān)坐標(biāo)、樓層標(biāo)高和偏心值等；c.工程屬性數(shù)據(jù)(非圖形)，如構(gòu)件類型、材質(zhì)、材質(zhì)強(qiáng)度和耐火極限等；d.荷載數(shù)據(jù)，如荷載和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)關(guān)系、荷載類型、荷載位置和荷載工況等。

然后參照PKPM-BIM 的結(jié)構(gòu)截面庫，完善Revit 和ABD 的截面庫，如標(biāo)準(zhǔn)型鋼庫、薄壁型鋼庫等，提高Revit 和ABD 平臺(tái)對(duì)國(guó)內(nèi)電力項(xiàng)目的兼容性；

同時(shí)開發(fā)Revit 和ABD 數(shù)據(jù)接口，保證*.pmodel 的中心文件可以在這2 個(gè)三維平臺(tái)導(dǎo)入導(dǎo)出；將中心文件(.*pmdel)導(dǎo)入到Revit 和ABD 時(shí),數(shù)據(jù)接口將上述的a 類和b 類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的數(shù)據(jù)，并完成幾何圖形的創(chuàng)建；c 類數(shù)據(jù)存入到幾何圖形的屬性框中；由于d 類數(shù)據(jù)主要用于在PKPM-BIM 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，因此會(huì)存入幾何圖形中，但無法編輯。

通過數(shù)據(jù)接口，同樣可以將Revit 和ABD 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)模型分為4 類數(shù)據(jù)，存入到*.pmodel 中。

在此交互過程中需保證結(jié)構(gòu)模型的屬性信息滿足QGW11810.1-2018《輸變電工程三維設(shè)計(jì)建模規(guī)范》中的要求。

4 變電三維跨平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)流程

本文針對(duì)以上問題，結(jié)合變電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，梳理了變電三維跨平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)流程，完善平臺(tái)間的數(shù)據(jù)互通。調(diào)研多個(gè)變電站三維設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將設(shè)計(jì)流程分為2 個(gè)階段：初設(shè)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。

4.1 設(shè)計(jì)初級(jí)階段

根據(jù)電氣、建筑等專業(yè)提資，如場(chǎng)地布置、屋內(nèi)凈高要求、設(shè)備高度、相間距離等，結(jié)構(gòu)專業(yè)在PKPM-BIM 進(jìn)行結(jié)構(gòu)正向三維設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析等。在此過程中，由于各專業(yè)可能存在的變更，為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要進(jìn)行多次結(jié)構(gòu)模型與其他專業(yè)模型的碰撞檢查，因此PKPM-PS 的初設(shè)結(jié)構(gòu)模型需要與Revit(ABD)的結(jié)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)雙向無損的轉(zhuǎn)換。另外，荷載作為結(jié)構(gòu)模型的重要組成部分，布置工作較大。目前ABD 及Revit 軟件中的荷載類型無法滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，因此荷載布置及修改需在PKPM-BIM 完成，且在結(jié)構(gòu)模型的跨平臺(tái)轉(zhuǎn)換過程中保證荷載無損。

4.2 施工圖設(shè)計(jì)階段

結(jié)構(gòu)專業(yè)在PKPM-BIM 完成主體結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、檁條掛設(shè)計(jì)、預(yù)制樓板的設(shè)計(jì)、檁條掛板可靠性驗(yàn)算，生成結(jié)構(gòu)施工圖、算量統(tǒng)計(jì)、相關(guān)計(jì)算書及施工圖設(shè)計(jì)階段深度要求的結(jié)構(gòu)三維模型等。為滿足全專業(yè)三維數(shù)字移交要求，需要將PKPM-BIM 的施工圖結(jié)構(gòu)三維模型交付到Revit(ABD)中，與其他專業(yè)進(jìn)行合并，變電三維跨平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)流程圖如圖2 所示，平臺(tái)間的數(shù)據(jù)對(duì)接如圖3、圖4 所示。

圖2 變電三維跨平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)流程圖

圖3 PKPM-BIM與Revit模型數(shù)據(jù)對(duì)接

圖4 PKPM-BIM與ABD模型數(shù)據(jù)對(duì)接

5 結(jié)語

我們通過開放電力三維平臺(tái)與專業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)間結(jié)構(gòu)的方式解決了變電工程結(jié)構(gòu)專業(yè)正向三維設(shè)計(jì)的問題，亦為現(xiàn)階段其它專業(yè)在三維設(shè)計(jì)中的疑難問題的解決提供了一條思路。目前電力工程三維設(shè)計(jì)仍處于快速發(fā)展的階段，仍然存在很多亟待解決的問題，因此需要三維平臺(tái)開發(fā)廠商、各地供電公司及電力設(shè)計(jì)院共同合作，完善電力三維平臺(tái)的各項(xiàng)功能，為日后電力工程信息化、數(shù)字化在施工和運(yùn)維階段的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。