OpenPlant Modeler三维设计软件在大型水电站的应用分析

杨贵程，黄靖乾，和 扁，岳志伟，许志翔

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州310014）

1 概述

水机专业作为水电站设计的主要角色之一，水机设备及管路的布置合理性直接影响到相关专业的三维设计。OpenPlant Modeler（OPM）软件是基于ISO 15926开放信息模型的三维工厂设计软件[1]，它结合了AutoPlant和PlantSpace两者的优点[2]，增强了与其他工厂设计软件、供应商数据库和任何采用ISO 15926标准的应用程序之间动态交换信息的能力，为工程项目数字化应用提供了更多可能。

在设计阶段，借助先进的三维设计软件对水电站水机设备及管路进行优化布置设计，不仅可以提高工程的美观度，也可以减少设计过程中错漏碰撞的问题，提高工程建设进度。

2 三维建模

2.1 数据库的建立

2.1.1 水电站标识系统编码

目前，大多数新建数字化水电站均采用KKS编码系统实现对设备资产的管理[3]。OPM可以根据不同工程项目的需求定制相应的数据库，因此，结合水力发电厂标识系统编码相关规定和水力发电厂设备管理相关要求，OPM软件数据库为该水电站配置了相应的设备系统码编制规则及各系统设备的颜色属性等。该系统码由发电单元编号、系统分类码和分支子系统码3部分组成，发电单元编号分为公用发电单元（编号为00）、独立发电单元（编号为01、02、03……）子系统的序号取 10、20、30……，子系统的分支则从11、12、13开始标识。如01PAB10则表示1号机组技术供水系统，02PAB20则表示2号机组技术排水系统。OPM设备编码则基于系统码，根据设备类型、设备编号自动进行。OPM软件编码规则如图1所示。

图1 OPM软件编码规则

当采用OPM内置元件库建模，每个模型生成时即拥有唯一的设备码及相应的属性信息，同时OPM也支持对非标元件添加属性信息。相比于以往的三维设计过程，KKS编码工作需在三维模型完成后人为的进行设备编码工作，OPM内置的编码功能将大大减轻后期电站数字化移交[4]的工作量，为电站数字化建设、电站智能发电及电站智慧管理奠定基础。

2.1.2 设备元件库

水电站水力机械附属设备主要包括水泵、滤水器、空气压缩机、储气罐、滤油机、阀门、管路及管路附件等。通过查找相关设计规范及相关设备制造厂家样本库，目前已完成阀门、管路及管路附件的元件库录入，其他设备（水泵、罐体等）可通过设备的约束尺寸直接驱动进行建模。

OPM阀门和管路数据库包含等级库和元件库两部分，等级库即为设备的压力等级情况，元件库配置需要包含水电站应用的主要标准体系下阀门、管路及管路元件的材料、型式、规格、尺寸等数据[5]。因此，在设备元件库建成的情况下，设备建模只需要简单的参数化驱动即可完成。

2.2 三维设计

在水电站设计过程中，水机专业三维模型主要包括水电站技术供水系统、检修渗漏排水系统、透平油系统、中低压气系统、消防系统设备及各系统的管路和管路附件等。在OPM软件里进行三维设计时，需首先根据不同的系统创建相应的管线号。

当管线号建成后，选择相应的设备模块，选1个Specification和Nominal Diameter即可驱动数据库进行设备的布置设计，操作简便，相对于传统的“线面体”建模可以大大提高项目三维设计效率。OPM管路建模参数选择界面如图2所示。

图2 OPM管路建模参数选择界面

2.3 碰撞检查

水电站三维设计通常包含10余个不同专业的三维设计成果。Bentley平台的ProjectWise协同设计软件提供了水电站设计不同专业在同一平台上进行三维协同设计的功能，通过Bentley任意款设计软件的参考功能即可实时看到项目各专业的三维设计成果[6]。但在设计初期，各专业三维设计过程相对独立，其三维设计成果可能相对合理，而在三维模型总装后，设备与设备之间、设备与设施之间往往会出现各种型式的碰撞，包括构件实体交叉产生的硬碰撞、构件空间上无法满足设计或施工要求的软碰撞两种形式[7]。

OPM集成了碰撞检查功能，包括单个文件内部碰撞检查和多个文件间的碰撞检查，支持设备与设备之间、设备与设施之间的直接碰撞检查以及设备之间的间隙合理性检查。当水机专业各个子系统模型设计完成时，利用软件内置的“Clash Detection”功能进行碰撞检查，可及时纠正各个子系统中设计不合理的情况，也有助于专业内部设计产品的校审工作。利用文件的参考功能可实现水机专业各系统文件甚至与其他专业三维产品的碰撞检查，相关碰撞检查报告可用于协同设计的各个专业三维模型的改修完善工作，最终达到“零碰撞”的效果。

3 三维设计应用

3.1 三维模型

图3为某大型水电站引水发电系统三维效果图，该电站枢纽由大坝及泄能消防系统、引水发电系统等组成，引水发电系统布置在左岸山体内，主副厂房、主变洞、尾闸室平行布置。水机三维模型主要集中布置在地下厂房内，包括主厂房、副厂房、主变洞、连接洞等，图4为地下厂房水机设备透视图。

三维模型作为水电站三维设计的主要成果，可分专业、分系统的展示电站细部结构，同时也整体展示电站全貌，有助于项目人员全面直观了解整个工程。

图3 水电站引水发电系统三维效果图

图4 地下厂房水机设备透视图

3.2 二维出图

利用Bentley平台ABD软件的切图管理器，可迅速将OPM三维软件转化为二维视图（包括设备平剖面图和三维轴侧视图等），用于最终的二维图纸设计。该设计流程可有效避免传统二维出图中各视图中设备不对应的情况，保证了出图准确率，极大地提高了出图效率。

3.3 数字化应用

三维模型应具有更广泛的沿用价值，应利用一个模型，贯穿从设计阶段到施工阶段再到运维阶段的全过程。

我院承担的某大型设计施工总承包水电站项目，为了建设期的项目管理需要，搭建了专业的设计施工BIM管理系统，实现了电站建设信息的综合展示、设计管理、进度管理、投资管理及安全监测等功能，系统界面如图5所示。目前，土建专业三维模型已在BIM管理平台内集成，用于现场施工进度模拟。OPM三维模型亦可用于施工仿真，指导现场设备运输、安装，辅助现场项目管理人员的决策工作。同时，该三维模型亦可延用至电站运维阶段，由于OPM三维模型自带编码信息及设计数据，大大减少了设计阶段的数据移交；以三维模型为载体，挂接整个项目施工和运维阶段中的数据，实现项目全过程数据的存储和快速查阅等功能。

图5 某大型水电站设计施工BIM管理系统

4 总结

（1）基于Bentley平台的OPM三维设计软件操作便捷，能快速有效地建立水机设备三维模型，相关设备模型尺寸合理、外形较真实美观。

（2）OPM与Bentley平台下不同设计软件的兼容性较好，以三维建模为基础的二维切图设计流程仍可继续沿用，并能有效提高产品的设校审效率和保证产品质量。

（3）OPM水机专业三维设计成果作为水电站三维设计的重要组成部分，亦可用于施工模拟，指导现场施工作业、进度仿真以及项目管理辅助决策。

（4）OPM三维模型自带编码信息并已集成部分设计数据，大大减轻了电站数字化移交工作量；以设备编码为纽带，可将工程设计图纸、施工文档甚至电站后期的设备运行数据与三维模型挂接，实现以三维模型为载体的电站全寿命周期数据的存储和查阅等功能。