基于Bentley软件的智慧水利水电工程电气三维正向设计研究

陈立强

[摘    要]水利水电工程智慧化是响应国家数字化转型号召的一项重要工作。为推进智慧水利水电工程落地，输出符合要求的设计成果，开展了以Bentley软件为基础的三维正向设计研究。智慧水利水电工程的底层是以电气设备为基础建设的，且几何模型和参数模型有机结合在一起。三维正向设计最终实现了设备模型、设备编码以及设备属性的数据统一，为智慧水利水电工程的建设提供了重要的数据支撑。

[关键词]BIM;智慧水利水电工程;数字资产;三维正向设计;Substation;BRCM

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–04

Research on Electrical 3D Forward Design of Intelligent water Conservancy

and Hydropower Project Based on Bentley Software

Chen Li-qiang

[Abstract]The intellectualization of water conservancy and hydropower projects is an important work in response to the call of national digital transformation. In order to promote the implementation of smart water conservancy and hydropower projects， output qualified design results. The research on three-dimensional forward design based on Bentley software is carried out. The bottom layer of smart water conservancy and hydropower project is based on electrical equipment， and the geometric model and parameter model are organically combined. The three-dimensional forward design finally realizes the data unification of equipment model， equipment code and equipment attributes， which provides important data support for the construction of smart water conservancy and hydropower projects.

[Keywords]BIM;smart water conservancy and hydropower project; digital assets; three dimensional forward design; substation;BRCM

目前智慧工程建设如火如荼，在国家大力推广下，社会经济价值日益显著。作为国家和企业实现数字化转型发展战略的重要着力点，数字化发展水平的重要指标，智慧工程的实现将打通工程全生命周期的数据流通，提升整个产业链的数字化升级。BIM正向设计的智慧工程主要采用三维协同设计，设计出的模型包括几何模型和参数模型，通过模型直接得到所需的图纸、报表、视图、数据等，而不再是单纯的翻模。BIM正向设计能够减少部分重复劳动，降低劳动成本和信息交换成本，其优点得到业界的广泛认同。国内大多数大中型设计院都在积极开展BIM设计与应用，但是可以称得上是BIM正向设计的，相对稀缺。上海勘测设计院经过多年的项目实践和科研实踐总结出了一套BIM正向设计与应用的实施方案，且这套实施方案随着软硬件的发展也在不断完善和发展。随着国内BIM技术的不断发展，现有的BIM咨询模式已不能满足快速发展的应用需求，正向设计在实际应用过程中也遇到了很多困难。通过工程经验和文献调研，总结正向设计存在的问题，如：缺乏与之适应的标准、国内环境的制约、技术链和产业链不够成熟、各软件平台间存在数据不兼容的问题等。设计院如何在工程项目规划设计阶段就为工程的智慧化做好基础工作显得尤为重，使规划设计阶段产生的图纸、文档、模型、施工组织以及投资规划等，完整全面地流通到建设和运营维护阶段。项目标准规范的制定，围绕三维设备库、编码、模型、图纸和报表等设计成果的制作规范，衍生出适合智慧工程的设计成果，解决好与施工方和软件平台方的配合，实现数字化成果移交，进而达到智慧工程的要求。

1 Bentley软件平台和智慧工程

Bentley软件系列产品是基于Microstation开发的一系列行业软件，特点是专业化程度高，数据统一性强。上海勘测设计院引进Bentley软件已有十几年时间，现已规范多专业协同设计及校审流程，制定三维正向设计以及数字化移交等标准。在电气三维正向设计方向应用到的软件包括Microstation、Substation和BRCM。对于电气设备布置、接线图设计及出图，一般采用电气专业软件Substation来完成。对于电缆桥架以及电缆敷设一般采用电气专业软件BRCM来

完成。

智慧工程与本文讨论的三维正向设计关系非常密切，可以说三维正向设计是智慧工程的基础。在工程的可研阶段，可以利用三维技术设计更直观更严谨的方案。在工程的设计阶段，可以利用三维技术优化设计方案并指导施工。在工程的施工阶段，可以利用三维技术管理工地的人员、物资以及进度等。在工程的运维阶段，前期各个阶段的三维数据可以整合在一起，打造一个智慧化运维管理平台。

2 电气三维正向设计

十几年的发展和大量的项目实践显示，三维正向设计不是去推翻二维图纸而是丰富设计成果。三维正向设计最核心的部分是数据，包括几何模型、参数模型、模型编码、图纸和文档等，可以概括为从规划设计、施工建造到运营维护的所有数据资产。智慧工程资产包括实物资产和数据资产。三维正向设计的目的就是形成一套数据资产。

2.1 三维设备库

在众多项目的三维协同设计实施中，积累了大量的三维数字化元件（以下简称“BIM元件”），这些BIM元件覆盖面广、复用率高，是三维数字化技术的核心数据资产。工程三维设计软件Bentley由众多专业设计模块组成，BIM元件与编码赋码形式各异，导致元件创建与赋码不同步，制约了工程数字化编码的应用。工程项目中构建了大量的设备类元件，因缺少对此类元件集中管理的手段，这些元件分散存储在项目中，不利于复用。为此开展了《三维数字化设计标准库》的建设，同时基于标准库研发标准库管理平台。通过工程数字化BIM元件管理平台的开发，实现对附加工程数字化编码的元件进行集中管理，开发高效的BIM元件编码入库与调用通道和工具，进而建立起元件库积累的长效机制。三维设备库的建设是三维正向设计的起点，它规范了模型的参数化结构并且显著地提高了设计效率。

2.2 编码

编码的目的是给BIM元件赋予名称，智慧运维管理平台需要管理设备和采集设备实时数据，首先要能找到这些设备。在BIM元件录入三维设备库时，就会获得一个编码数据。

编码系统是与三维设备库配套使用的。在此基础上针对不同的项目编制相应的项目编码标准，对工程子项划分命名、各专业系统划分、文件夹命名、模型文件命名等做出规定，使数据在工程的各个建设阶段有序地流通传递下去。

2.3 模型

利用三维设备库快速搭建各专业三维模型，结合具体项目的编码标准系统，在各专业正向设计过程中就录入编码。各专业协同设计的项目模型见图1。

模型看似是三维设计中最好看、最直观的部分，其实模型也只是一种设计手段，模型中核心的部分应该是模型中的数据，甚至在电气三维正向设计中还会存在无模型但是有数据传递的情况。规划设计阶段定义好电气设备模型的编码并录入相应的设计参数，这个模型的编码和参数将在施工建造阶段传递到施工单位和设备厂家并录入相应的施工参数和设备参数。规划设计和施工建造阶段的数据将完整地传递到运营维护阶段，业主拿到的不再仅仅是一个设备和它的说明书，这台设备在生命周期内的所有信息将完整呈现。管理楼电气设备布置见图2。

电气正向设计阶段录入电气设备编码及参数属性等，为下阶段的施工建造提供数据支撑，见图3。

三维导线设计是电气三维设计中一个难点，设计过程涉及到导线的规格选择、起始点定义及路径选择。在利用三维设计软件和公司设备库的基础上，大大减轻了导线设计的工作量三维，而且设计质量也明显提高。在正向设计阶段录入导线属性信息，包括起点终点、路径以及规格。导线的布置方法见图4。

在设计过程中会涉及到很多隐蔽工程，电气的埋管就是其中一种。埋管规格多样，埋管路径交纵叠加，也可能会出现埋管太多，影响到楼板或者墙体的强度。电气三维正向设计可以很好地解决这个问题，采用透明视图可以清楚地看到埋管实际情况，提前暴露潜在风险并指导施工。电缆桥架及埋管的布置见图5。

2.4 图纸

电气三维正向设计所产生的图纸跟以往的CAD二维图纸存在很大的不同，把它称为“活的”二维图纸。二维图纸与三维模型联动，可以互相导航快速切换，设备三维模型的数据也会传递到二维图纸的设备符号上。

2.4.1 电气主接线图

电气主接线图采用单线图模式（Single line mode）创建，主接线图上的每一个符号都与三维模型关联，设备三维模型在运维平台中被选中，相对应的二维符号也会高亮显示并显示出参数列表。另外图纸完成后，每个间隔图纸创建为一个Macro，整张图纸创建为一个Macro，这样，就把电气主线图作为一种标准方案加入到了标准数据库中，在新项目中可以调用。

2.4.2 电气三维分装布置图

3D布置图采用协同设计的模式来完成，在进行本专业图纸设计前，先使用智能参照功能定义好相关专业图纸的参考关系，文件的划分可按照区域—专业的规则来细分。每个区域要有一张电气汇总图，总图由区域汇总图参考组成。3D的图纸名称单独编制一套;桥架、导线分开画在一个单独的mode里面;与设备在一个dgn文件中;本期和最终分开绘制到不同的图纸里面。

2.4.3 电气三维总装布置图

将电气专业的分装模型进行有效组织，形成电气专业总装模型。

2.4.4 电气平、断面图

不是说推翻CAD和二维图纸就叫三维正向设计，三维正向设计是二维图纸的发展和深化。在正向设计中，施工单位拿到的施工图大部分还是二维图纸，但是它的准确性极大提高、设计交底的方式更加直觀清楚、图纸表达的内容也会大幅提升。平断面图的剖切采取动态剖切的方式，将获得的视图参考到空白图中，采用1∶1的比例参考，根据需要，调整图框的比例。标注等操作采用断面图模块来完成。另外材料表的生成可使用“报表生成器”自动生成材料表、电缆清册等。

3 智慧工程运维平台

3.1 弱电集成

在三维正向设计的基础上，设计成果中的模型和图纸，在这个阶段将移交给软件平台商。在图纸的基础上，利用设备的编码采用WebService接口或者Web API 接口，将实体设备和三维设备模型关联起来，实现数据相互专递。例如，集成门禁、传感器、电表等电气监控设备分布图纸及对应的编号信息。

3.2 运维平台

借助BIM理念及其相关技术来搭建统一的数字化运维管理平台，实现BIM运维阶段的应用，进而提升项目在长期运营过程中的价值，提高项目管理效率与质量。

通过对信息化技术在运维中的研究，探索改变以往运维过程中由于各类型的维护数据不一致所导致的浪费与落后，帮助相关维护管理部门对水利水电工程实际能耗情况、水利水电工程空间管理、消防安全管理、设施运维方面进行合理调配及功能优化，达到节能降耗、科学管理、降低维护成本、提高文档管理效率目的。

4 结语

为了顺应未来产业发展趋势，打造新时期高质量发展核心能力。在诸多业务和管理领域，均有依托数字化实现效率提升、管理优化、创新发展的巨大潜力。深入开展数字化核心产品研发、重要技术攻关、新兴业务孵化、人才队伍培养，积极探索业务+数字化深度融合的新技术、新方法、新标准、新模式，以数字化促进传统业务能级提升、培育发展新动能。

业务+数字化的实现，离不开基础工作的深化和升级。三维正向设计作为智慧工程的基础，这个过程有很多痛点，设计产品与以往有很大的不同且设计内容增加，更加注重各专业的协作。但是对提升工程设计质量、施工管理以及后期的运维管理都大有益处，工程的全生命周期形成了一个完整的闭环。

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