谈变电站钢结构二次深化设计

胡鹏飞 陈 轩 刘伟亮 宗 锋

(上海电力设计院有限公司，上海 213300)

1 概述

谢国昂等编著的《钢结构设计深化设计与详图表达》[1]介绍了传统的钢结构二次深化设计的研究内容，指出钢结构施工安装前在工厂加工的特殊性以及构件加工精度要求高，需要大量的工厂二次深化图纸。国家电网有限公司对输变电工程的三维建模深度、交付标准等作了规定。中铁四局采用TEKLA软件提高深化效率，解决钢结构生产加工的问题。PKPM软件公司设置了PKPM-BIM协同平台，开发了“PKPM转TEKLA”接口软件，实现了PKPMSTS和PS模型完整正确地导出到TEKLA中的功能。

2019年由中电联组织的“2019输变电工程三维设计发展论坛”上，华东勘测设计研究院、三维设计软件公司、江苏电力院等分享了各自的三维开发与应用成果，虽然成果丰硕，但在三维设计应用方面尤其是正向化设计方面尚未取得革命性成果。

电力设计院已进入三维数字化设计阶段，但是相关的二次开发软件尚未形成规模，设计院传统的设计模式尚未根本转变。基于此，从电力设计院设计实际出发，提出基于BIM的钢结构二次深化设计理念、原则、方向。

2 基于BIM的钢结构二次深化设计理念、原则、方向

2.1 基于BIM的钢结构二次深化设计理念

钢结构二次深化设计可以分为两种模式，传统二次深化设计模式与基于三维设计的二次深化模式。前者是设计院施工图设计、厂家深化加工、施工安装的模式，深化由厂家完成。后者是电力设计院广泛应用BIM进行三维设计发展的必然，其本质是设计院采用BIM进行三维建模、计算、出图，依托BIM进行三维协同设计，并进行三维交付的一个过程。

从电力设计院的设计传统看，电力设计院与加工车间没有直接关系，这与各自在设计生产中的角色有关；两者又是有联系的，施工图设计深度需要满足钢结构制图与表示方法方面的要求便于厂家识图，而厂家则可以将加工过程中发现的问题反馈给施工图设计方，使设计方能够在设计过程中更加注重施工图实现的可行性和便利性。

在基于BIM的钢结构二次深化设计中，电力设计院进行设计时可以向传统二次深化设计进行有限的延伸，但不能延伸到替代生产厂家的本质工作上去。

2.2 基于BIM的钢结构二次深化设计原则

基于2.1节，从提高建模效率与出图质量出发，提出基于BIM的钢结构二次深化设计原则。

1)适度精细化建模原则。向厂家进行的二次深化设计有限延伸，基于此原则对钢结构各实体进行分类，确定建模深度。比如在施工图建模阶段，钢筋桁架楼承板内的钢筋不必强调弯钩的长度等细节，相应细节通过相应图集反映即可。2)模型深度递进原则。不同的设计阶段建立不同深度的模型。比如在初设阶段，地下室混凝土部分不进行配筋，地上钢结构不进行螺栓及相应节点板的建模；不用强调暖通等专业小孔、埋件的精确定位。3)设计院传统深化与BIM结合原则。将电力设计院已经进行相关传统钢结构二次深化设计研究的内容，如梁柱截面、梁柱分段、梁柱节点、柱脚节点、内外墙墙板、檐沟、女儿墙等内容，进行相应族的参数化建模。根据需要不断拓展新的族。4)三维模型出图与CAD说明并重原则。过渡阶段，三维模型出图与CAD说明并重，最终实现无纸化三维模型指导加工与施工的状态。初设阶段模型较粗，出图后干预相应较少且容易；施工图阶段，模型精细，出图的细节较多，需要干预内容较多，难度较大，但是CAD配合解释的内容较少，如钢结构模型中梁柱节点连接较细时，在三维平面出图后该节点在平面上的表示就较复杂，会出现不同标高的构件在水平面上的投影相互覆盖，并且很难通过实虚线进行表达，而该节点在传统CAD平面图上表达是通过节点详图(三视图)来表达的。

2.3 基于BIM的钢结构二次深化设计方向

与设计院相关的主要干系人是加工厂和施工方，钢结构加工厂的工作是依据设计图纸采用TEKLA进行建模深化并生成零件图，目前TEKLA在深化建模方面成熟，而钢结构设计用的PKPM软件目前可以直接接口TEKLA软件；施工方依据三维模型及图纸进行地上钢结构的吊装、安装。

立足设计院本身，钢结构深化设计应从方案、可研、初设、施工图整体考虑，着手实现以BIM(如REVIT平台)建模为中心，计算(结构设计软件)作为前处理，协同和出图为后处理的深化方向，如图1所示。

当设计方采用REVIT建立模型细致到一定程度时，含设计在内的各相关方应该从理念上进行转变，即设计将三维模型提供给业主，业主将模型提供给加工厂，加工厂通过三维模型完全可以实现深化加工的需求；对于施工方，上部结构施工工作是吊装、安装，当通过业主提供施工方的深化阶段三维模型时，施工方通过三维模型(辅以施工模拟)进行吊装安装将会更形象，更便利，具体如图2所示。

图2关系为打造“模型为主、图纸为辅”的钢结构模型设计、钢结构加工、钢结构安装新模式提供了基础。由此，相对传统二维出图，模型建立的越细，越不需要出图，而只需要提供模型、设计说明、工程量表以及必要的在2.2节原则1)，2)中没有明确的其他内容。

3 结语

从传统钢结构二次深化设计出发，分析当前三维数字化理论研究成果、相关三维设计软件开发情况以及业内外设计院在二次深化方面所做的工作，为提高建模效率与过渡阶段的出图质量，从电力设计院设计实际出发，提出基于BIM的钢结构二次深化设计理念原则，并提出“模型为主、图纸为辅”的钢结构变电站模型设计、钢结构加工、钢结构安装新模式。