基于BIM技术的变电站三维建模

刘 睿 胡骁强

(华北电力大学经济与管理学院，北京 102206)



基于BIM技术的变电站三维建模

刘 睿 胡骁强

(华北电力大学经济与管理学院，北京 102206)

以35 kV变电站为研究对象，使用Revit软件，探讨BIM建模中的思路框架、具体流程和电力族库的建设，重点研究了在建模的同时兼顾2013版电力工程定额工程量计算规则的方法，为未来电力工程造价管理中工程量自动统计以及BIM建模标准的制定奠定基础。

建筑信息模型，变电站，工程量统计

0 引言

BIM是Building Information Modeling的简称，中文含义为建筑信息模型，由Jerry Laiserin等人提出。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，并且具有强大的计算能力和协同能力，能够进行虚拟建造和信息集成[1-5]。

BIM技术的核心在于信息，前期建立的信息模型不但能够应用于设计、施工阶段，而且对于物业、运营、维护、拆除等阶段同样起到了巨大的帮助作用，可以说建筑信息模型适用于项目的全寿命周期[6]。建筑信息模型的建立为所有项目参与方提供了一个信息交流和共享的平台，这个平台汇集了建设项目所需的全部信息，各方可以根据自身的需要获取有用的信息[7-11]。同时运用BIM技术可以消除各种可能导致工期延误和造价浪费的设计隐患，可以提高项目全寿命周期精细化管理水平，进而大幅度提升项目效益。

因此，国家在“十二五”规划中明确提出了加快推进建筑信息模型(BIM)在工程中的应用，推动信息化标准建设，高度关注建筑信息化发展。电力建设行业同样具有建筑业的特征，因其投资大、技术密集、对工程质量要求高，每一个电力建设项目都会受到当地政府及相关单位的高度关注。推广BIM技术，提高电力工程项目管理水平已经迫在眉睫。

BIM技术在电力工程中应用的基础首先是建模。本文尝试以35 kV变电站为例，使用Revit2014软件来探讨BIM建模中的思路框架、具体流程和建模要点。

1 BIM建模的国内外研究现状

1.1 国外研究现状

BIM最早从美国发展起来，随着全球化的进程，已经扩展到了欧洲、日本、韩国、新加坡等国家，目前这些国家的BIM发展和应用都达到了一定水平[12]。

美国是最早启动建筑业信息化研究的国家，发展至今，BIM研究与应用都走在世界前列。目前，美国大多建筑项目已经开始应用BIM，BIM的应用点也种类繁多，而且存在各种BIM协会，同时还出台了各种BIM标准[13]。威斯康辛州、德克萨斯州已相继要求对新建大型公共建筑项目和州政府投资项目应用BIM技术。美国麦格劳·希尔公司对BIM在北美的应用情况展开调查，2009年与2012年的数据如图1所示，由图可知BIM技术在北美的影响范围正在不断扩大。

为了促使BIM在韩国落地，韩国政府正在计划开发BIM设计成果检验工具。2014年韩国将推进“第4个建筑业信息化基本计划”的实施，其中就包括了“积极推进BIM标准及设计成果检验工具的开发”，该计划将推动韩国BIM行业乃至整个建筑业的发展。

在2011年，新加坡建筑管理署发布了新加坡BIM发展路线规划，明确提出要推动整个建筑业在2015年前广泛使用BIM技术。新加坡建筑管理署分析了当前面临的挑战，并制定了相关策略，如表1所示[14]。

表1 新加坡BIM发展策略

1.2 国内研究现状

我国工程建设行业从2003年起开始引进BIM技术，现阶段BIM的使用者以设计单位、科研院校为主，就应用广度和深度而言，BIM在中国的应用还只是刚刚开始，但今后会逐步推广和深入到建筑行业各个领域。

目前，国内BIM项目主要以民用建筑、公共建筑为主，比如望京SOHO、天津永利大厦、杭州国际博览中心、上海轨道交通12号线，但BIM技术在工业建筑和农业建筑中应用较少，亟待开发。

在电力建设行业，已有部分设计单位和研究院在实际项目中开始应用BIM技术，如沙州750 kV数字化变电站、永定河220 kV变电站。2012年8月中国电力规划设计协会召开工作会，提出了电力勘测设计企业“十二五”信息化的着重点之一：着力建设以三维设计为核心的集成设计平台，围绕BIM实现多专业协同设计，面向工程全寿命周期和数据移交，深入开展电力设计企业主营业务信息化建设。在2014年电力工程造价与定额管理总站的工作要点中，已经将BIM在电力工程造价管理中的应用列为重点研究课题之一。

2 变电站建模的总体思路和流程

变电站主体分为建筑和结构两个部分，建筑部分包括墙体、柱、梁、门窗和屋顶等图元，结构部分主要是配置钢筋，其次还有附属建筑物和电气工程族。变电站具体建模流程如图2所示。

3 变电站建模要点

3.1 标高和轴网

模型创建首先从绘制标高和轴网开始，二者是建筑定位的基准，标高、轴网创建准确与否将直接影响整个模型的准确性。在立面视图中绘制标高，软件将自动为各个标高创建平面视图，之后在平面视图中绘制轴网。如果软件没有自动创建平面视图，用户可以在视图选项卡中手动添加平面视图。创建完成标高、轴网后，要确保在东、南、西、北四个立面视图中，轴网均穿过所有的标高，否则在某一平面视图中将无法显示完整的轴网，影响后期工作。

在结构样板中，轴网的设定对精确度要求高，可以使用“复制/监视”工具准确复制建筑轴网，方便后期模型链接。

3.2 主体建筑

变电站的主体建筑物即为变电楼，它是员工生活和工作的场所。变电楼中包含开关室、接地变室、电容器室、二次设备室、生活间、值守间等房间，其中首层开关室底部需要铺设电缆，所以要在变电楼底部设计电缆沟。

电缆沟既是变电站的一大特色，也是建筑设计、工程量统计部分的难点。我们可以使用墙体、楼板来构造电缆沟，绘制过程较为繁琐。在概算定额中，电缆沟的取费子目是复杂地面，取费基础是建筑物轴线尺寸面积，无需扣除电缆沟的洞口面积，工程量统计规则与楼板一致，但是在预算定额中，电缆沟是按照沟体的体积来统计工程量的，但是无论是楼板还是墙体都无法计算出电缆沟的体积，最合适的办法是使用体量来计算体积。体量是一种不具有任何建筑属性的族类型，使用体量建模后可以直接统计出体量的体积和表面积，满足了统计电缆沟体积的需求。

3.3 主体结构

主体结构部分主要是对构件进行配筋，在Revit软件中通常使用速博插件来完成配筋工作。速博插件是一款基于Revit的钢筋建模插件，通过简单的数字输入，就可以实现构件的配筋。速博插件能够完成较为简单的配筋工作，比如为基础、梁、板、柱等进行粗略配筋，之后再加以手动调整就可以达到设计要求。但是该插件最大的缺点在于不能绘制侧向钢筋，并且对于楼梯和屋顶只能进行手动配筋，钢筋的长度、形状以及弯钩的角度都要手动调整，这就大大增加了结构建模的复杂度。

对于复杂钢结构的表达，Tekla软件可以堪称楷模，北京2008年奥运会主体育场鸟巢的钢结构框架即是通过Tekla软件模拟分析的，Tekla软件可以实现钢筋和钢材的精细化建模和预制加工，进而可以大幅度降低工程成本。

3.4 附属建筑物

变电站的附属建筑物主要包括泵房、蓄水池和事故油池，根据项目要求在不同的楼层平面上进行绘制。泵房的创建方法同变电楼类似，从墙体开始逐一绘制，创建过程较为简单；蓄水池中的水体可以通过“楼板”工具来生成，修改材质属性即可；事故油池通过手动创建族来完成，注意在顶盖、把手处要生成模型组便于联动变化。

3.5 族库建设

在Revit2014中，基本的图形单位(如墙、门、窗等)被称为图元，这些图元都是用族来创建的。族是一种参数化的组件，它包括许多可以自由调节的参数，这些参数控制着图元在项目中的尺寸、材质、位置等信息。族是Revit设计软件的基础和精髓所在，族参数越多，信息量就越丰富，就越能体现BIM技术的价值。族的创建有五种基本命令，即拉伸、融合、旋转、放样和放样融合，熟练运用这些基本命令可以创建出各式各样的族文件。变电站族库中包括电力项目所特有的变压器(见图3)、开关柜、绝缘子、母线、金具、盖板等构件。族的创建耗时、耗力，如何关联相应族参数以实现联动参数化设计，进而实现一族多用、提高族的使用效率是一个值得探讨的问题。

3.6 工程量统计

在变电站建模中应用BIM技术，虽然能够自动获取项目工程量明细表(见表2)，但是有些量并不能直接作为取费基准。以梁为例，2013版电力定额中规定梁与板的搭接部分算在梁内，而Revit软件自带的计算规则是把搭接部分算在板内。为解决这一问题，我们有两种方法：1)对信息进行再加工，即反馈控制，设计完成后将各类明细表导出到Excel中，在Excel中进行调整、完善，最后导入到计价软件中；2)在前期阶段充分熟悉定额计算规则，以定额规则为标准来创建模型，即前馈控制，把工程量误差直接扼杀在设计阶段，建完模型就能得到正确的工程量，例如适当调整楼板边界线，把梁、板搭接部分直接用梁来代替，这样创建的模型就能符合2013版电力定额规范。相比之下，后一种方法较为优越，表现在后期工作量小、能按部就班地完成任务，并且可以推动造价人员工作重心的转变，但它对设计人员的专业要求较高。

表2 房间明细表

4 变电站模型

某35 kV变电站占地面积为389.52 m2，总建筑面积为769.68 m2。基本建筑结构形式为框架结构，基础为筏板结构，主体结构共两层，首层为10 kV开关室、接地变室、电容器室及生活间，二层为35 kV开关室、二次设备室及资料室、工具室等房间。

变电站建筑爆炸图和主体结构如图4所示。

5 结语

本文以35 kV变电站为例，在Revit平台上探讨如何使用BIM技术实现电力工程建模，通过研究得出BIM技术可以应用在电力工程行业，并且可以为电力施工带来极大地便利。未来的研究重

点应集中在如何兼顾电力工程造价管理的需要和电力建模标准，使得所建模型能够符合2013版电力建设工程工程量计算规则，直接统计出工程量进而快速得出工程价款，以减轻传统造价人员的工作负荷，提高劳动生产率。

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3D substation modeling based on the BIM technology

Liu Rui Hu Xiaoqiang

(SchoolofEconomicsandManagement,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206,China)

35 kV substation as an object of study, using Revit software to discuss the framework, the process and the construction of the electric power library in the BIM modeling, focus on how to balance the engineering calculation rules of the 2013 edition power engineering quota in the modeling, lay the foundation for automatic engineering quantity statistics and BIM modeling standards in the power engineering cost management in the future.

BIM, substation, engineering quantities

1009-6825(2016)10-0248-03

2016-01-29

刘 睿(1969- )，女，硕士生导师，副教授； 胡骁强(1990- )，男，在读硕士

TP319

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