BIM技术在海上升压站结构设计中的应用

2022-05-27李腾飞

上海节能 2022年5期

0 概述

上海奉贤海上风电场项目位于奉贤区海域，规划总装机容量约为200 MW。本风电场场址中心北距芦潮港海堤线约12 km，东距东海大桥约10.0 km。场址分为I 区和II 区，本阶段拟安装单机容量为6.45 MW的风电机组32台，其中I区布置16台6.45 MW机组，II区布置16台6.45 MW机组。风电场配套新建1座220 kV海上升压变电站，风电场所发电能汇集至海上升压变电站35 kV 母线，经主变升压至220 kV 以1 回海底电缆接至陆上集控中心，然后接入220 kV碧海站。

总之，我们在解读文本的同时，也要解读文本中一幅幅精美、有趣的插图，认真揣摩编者的意图，让每一幅小小的插图都“动”起来，最大限度地发挥其作用。只有这样，才能在小小的图片中了解精彩的世界，使插图亲近文本，亲近孩子，亲近我们的语文课堂。

按照主题内容，可将本次统计的189篇论文划分为9个类别（详见表1）。其中，研究范畴主要围绕MOOC环境下图书馆及馆员的角色定位、MOOC环境下图书馆服务创新展开，研究切入点主要包括信息素养教育、版权服务、MOOC平台技术支持与优化，研究基础侧重于对国外图书馆MOOC实践经验的借鉴。

作为全国第一个竞争性配置上网电价的海上风电项目，该项目的目标是建设成为“智慧风电场”，在项目的规划设计中考虑了风机和海上升压站的智能技术、储能、总部运维中心等先进方案的应用，该项目设计过程中也计划采用先进的设计方法和设计手段，力争将本项目设计建设成为一个高端示范、技术引领的海上风电项目。

BIM正向设计是自项目草图设计阶段至交付全部成果都是由BIM 三维模型完成，不涉及任何的DWG格式的文件，是将BIM创立伊始的目标，即将设计信息参数化、方案优化、协同作业、计算与模型相结合，实现自动出图的愿景，现阶段虽然乍现曙光的同时，成本、前期效率都抑制了正向设计的良性成长

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海上升压站主要由上部组块、导管架结构、桩基础结构等三个部分组成，上部组块结构采用框架-支撑体系。下部结构采用导管架嵌套桩基础结构，4根导管架竖管间采用横撑、斜撑相互连接组成空间桁架，以加强导管架侧向刚度。上、下部结构连接后形成多层空间整体桁架，有良好的刚度，更有利于抵抗水平荷载作用。上部组块作为海上升压站的重要组成部分，通常是由主梁、立柱、斜撑、次梁等组成的钢框架支撑结构，在各类构件相交处产生大量的节点。海上升压站上部组块中，主结构的详细节点共有80余个，而次梁数量多达1 200余根，涉及典型节点2 400 余个。如在海上升压站设计中采用传统二维CAD制图，则需要对一个构件绘制多次（平面图、立面图、剖面图、详图以及设计说明和各类图表）才能表达清晰，并且每张图都需要独立绘制，彼此之间互不相连，各个视图之间错、漏、碰、缺在所难免，一旦出现变更，多个视图都需要重新绘制，因而造成设计效率低下。

BIM 技术因其具有可视化、效率高、碰撞分析、施工模拟等优势被行业广泛认可，本文以海上升压站为例，运用BIM 三维正向设计方法，将BIM技术的优势与海上升压站设计相结合，依据模型进行设计交互、信息共享，进一步提升设计的精确度，提高设计效率。

1 海上升压站结构正向设计方法

1)建立海上升压站预制构件库

预制构件库是进行海上升压站BIM 正向设计的前期条件，从而保障提高生产和设计效率。预制构件库的关键是实现构件和零件的参数化与通用化，其中构件参数化是BIM 建模效率的保证，是用于复杂建模需求的必要手段，通用化则可满足每个海上升压站的功能需求

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构件参数化设计是按照构件的种类特点，将特定数据参数赋予模型构件，修改对应的参数即可快速修改模型的细部尺寸，快速调整模型。BIM 参数化设计分两类：一类是通过参数控制项目整体或局部结构，结构模型具体可通过Tekla 二次开发的插件实现，完成梁、柱构件创建，并进行钢结构节点设计；另一类是参数化控制构件，如门窗、栏杆、楼梯、管道等，通过将舾装构件和设备的各种真实属性采用参数的形式进行模拟，通过参数调整，改变构件尺寸大小和形状

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2)结构设计

这天又到中午啦，就见从西方的天边，飞来八只雪白的天鹅，落到天池边就变成了八个俊俏的姑娘。这八个姑娘脱了衣服，跳到天池里洗澡。大约洗了半个时辰吧，哈！上岸穿上衣服，又变成了八只天鹅，往西边天上飞走了。这八个猎人光傻愣愣地看着，谁也没敢吱声，等姑娘们变成天鹅飞走了，才从藏身的地方出来，核计一阵子，说好明天再来。

在只传输TEM模的条件下,限定外径b的值,对a求导可得最大功率容量,此时外直径与内直径比值约为1.65,而相应的特性阻抗为30 Ω。

海上升压站三维正向设计方法包括主框架布置、次梁结构布置、铺板加劲肋布置等。依据厂家提供资料和相关规范要求，进行海上升压站结构设计，并完成BIM结构模型。

3)结构分析

(4)加强信息沟通。强化信息搜集能力，不断提高信息化技术在工程造价中应用。可以建立价格信息数据库，或以往设计方案的数据库，并进行整理分析、定期汇总，通过网络进行工程造价全过程的动态监控和管理，使工程造价工作逐步走上科学化、规范化、信息化道路。

BIM 模型及深化设计结束后，需要验证结构模型是否满足设计规范、结构要求等，通过BIM 碰撞分析等功能对结构进行进一步优化，直至结构整体合理满足要求，并保证经济性。

4)施工图设计

6)出施工图

5)BIM模型分析与优化

将BIM结构模型导入专业海工结构软件SACS中，通过SACS软件对海上升压站进行结构分析，输入风、浪、流等各类环境荷载，对海上升压站结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析，用于校核平台刚度和强度，确保结构设计的合理性和安全性，满足相关规范要求。

海上升压站施工图设计包括结构总体设计、节点设计、吊装设计、附属构件设计等。设计人员根据要求进行设计，需要满足结构的吊装、运输、施工荷载以及结构的整体安全性因素。

基于BIM 技术的优势，进行海上风电的施工模拟，将BIM 模型中的数据与其它数据协同，对现场施工进行指导，建立整体协同平台，打通设计、生产和施工的壁垒。同时，三维动画也可以更直观地向施工单位传递设计意图，指导施工单位的海上安装方案

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第五，学习型团队能提高学习效率。学霸寝室学生的学习成绩居于班级前列，但并不意味着他们高考成绩一定最为优异。大学期间，他们之所以表现出众，其中非常重要的原因在于他们融入了一个学习团队，团队成员是他们朝夕相处的室友，他们之间虽然有原生家庭带来的差异，但这些差异并不会给团队合作造成多少负面影响，他们相互激励和启发，你追我赶，因此学习效率很高，为日后成为栋梁之才打下了扎实的基础。

7)BIM 施工模拟

教师必须具备渊博的生物学知识和敏锐地关注生物学发展的动态能力，从而成为中学生认为的生物学方面的专家。这样，学生会产生强烈的兴趣，能够有意识或无意识地投入到生物学的学习中，并积极探讨生物方面的有关内容。例如，教师补充生物教科书所涉及的如生物知识的当前热点——克隆、转基因等。具备渊博生物学知识的教师应成为学生的偶像，树立了权威形象，能更好地暗示学生。当然，生物教师的知识结构和个人素质存在差异，不必也不可能对生物学有全面的了解。另外，教师的另一要求是崇高的人格魅力，即平等对待学生，敢于承认自己不足和错误的态度，不断进取和奉献的生物教学精神，使学生无对抗、无批判、无抵制地接受教师的暗示。

8)现场施工

依据BIM施工模拟的指导，安排预制构件的生产、运输和堆放，从而进行现场的建造施工。

BIM三维协同设计是各专业在同一个模型空间进行协同，项目信息高度集成，数据交互一致。项目划分工作集可实现多人同时完成同一个模型设计。各专业采用同一协同平台进行数据交换，确保图纸的一致性，及时发现专业冲突，完成全程、全阶段可视化、透明化、信息共享化的协同设计

。上海奉贤海上风电BIM 项目以ProjectWise 为管理平台，各专业在该平台下进行交互管理。ProjectWise管理系统见图3。

2 BIM正向设计应用

2.1 建模设计阶段

海上升压站施工图设计时，需首先根据电气总布置提出初始结构和舾装等专业布置图，在全专业完成初始模型后进行第一次合模检查，设计工作均基于BIM 模型进行交互和模型深化，综合结构、舾装、电气、暖通和消防各专业进行BIM协同、碰撞检查、相互校核，进行项目全专业冲突检测和机电管线综合设计，完成施工图设计，并将部分施工等具体要求反馈到BIM模型和相关数据库

。上海奉贤海上风电项目BIM模型创建如图2所示。

丢失的GT角点是因为算法并不能对地面上的建筑物的每一个角点进行精确检测,Noble和SUSAN算法均错过了一些角点(图7)。主要是因为这些建筑物特征通常具有非常低的对比度,建筑物边缘角点的周围具有不连续的特性(由于模糊,阴影或两个物体的叠加)。郊区的情况特别多,物体自身也很小。更多的角点信息将需要找到这些非本地明显的角点,以达到精确检测遥感影像角点检测的目的。

2.2 设计准备阶段

1)BIM设计环境

基于Tekla Structures 的设计环境主要包括项目基准、模型标准、注释标准。项目基准包括项目标高、轴网、立面、视图范围设定。模型标准包括梁、柱、甲板、屋顶等模型构件的设定。注释标准包括尺寸标注、文字标注、门窗标记、填充、注释线等设定。

2)模型协同与工作集

项目类型不同，其模型组织方式也不同，对于海上升压站项目一般按照专业进行拆分，每个分区对应结构、舾装、电气、消防和暖通等子项建模设计，最后进行合模优化和出图。

我告诉赛十娘说，他原先叫桂生，是狼啃了半个耳朵，才叫的狼剩儿。四岁那年，两个风水先生把他拐跑了。我塆的慢成说——他有见识，在县上做官——那风水先生应该是东洋人，假装看风水，其实是到铁冶找矿，顺带拐了我的狼剩儿……我发了疯地找啊，塆里人也帮着找，找了整整十三年！跑团风，跑阳新，还把怀的毛毛跑落了……

待BIM 分析与优化结束后，基于BIM 的可视化，可形成一套完整的二维及三维施工图，自动统计工程量，提高设计出图效率。

基于BIM 的海上升压站三维正向结构设计流程见图1。

2.3 BIM应用成果

运用BIM 进行数据分析的优势在于模型、信息、表格是关联的。BIM 设计过程就是布置各类构件族的过程，结构布置完成、输入构件信息属性正确后，相当于结构工程量数据表格已完成，项目所需要的信息指标可通过明细表功能提取出来，根据模型进行的工程量计算、数据结果均无需手动计算会自动更新，上海奉贤海上风电BIM项目工程量计算如图4所示。

在海上升压站的设计与施工中，常会出现各系统之间、各系统与结构专业之间的冲突，导致大量的设计变更与现场返工。BIM可通过在虚拟的三维环境下对各专业模型进行全面检查和验证，提前发现设计中的碰撞冲突，从而及时排除项目施工环节中可能遇到的问题，显著减少由此产生的变更，可以大幅提高施工现场的生产效率，降低由于施工协调造成的成本增加和工期延误

。各专业模型在Bentley 平台下组装完成后在Microstation 中进行碰撞检测，发现问题并反馈给设计人员进行优化调整，减少后期设计变更。针对海上升压站进行了各专业间的碰撞检测，提高了设计精度与效率。碰撞检测效果示意图见图5。

近年来，我公司研制生产的型号产品主要包括宇航系列发射平台、导弹武器地面设备等，各型号产品中很多零部件产品由于使用环境特殊，对产品表面硬度（淬硬层）或局部硬度（淬硬层）有特殊要求，所以需要对产品表面或局部进行表面淬火。但因中高频感应淬火感应器制作难以满足形状较为复杂的淬火部位（如图1所示产品淬火部位燕尾槽、S形槽形状），且采用目前公司内表面淬火方法不容易保证产品淬硬层深度1mm左右的技术要求。

目前仅做到BIM与CAD之间的无缝对接，才能真正让BIM正向设计落地，设计人员基于三维模型进行项目设计优化、碰撞检查、施工模拟等协调工作，完成后通过剖切模型生成平面视图，并对二维平面视图进行标注，最后完成施工图出图

。海上升压站采用钢结构框架形式，大量采用立柱及梁结构，提前利用软件Tekla Structures 对钢结构进行深化，着重对梁柱节点、梁梁节点、支撑节点进行优化。节点三维切图见图6。目前软件Tekla Structures通过图层、字体、标注、图块等数十项的设置与优化，保证了三维模型出图与CAD 制图一致性和准确性，在大幅缩短工期的同时也减轻了设计人员的工作量。

BIM 模型可以用于指导现场施工，BIM 模型中的每一个构件都有唯一的ID和编码，每个编码对应施工现场的预制构件，即预制构件也有一个相对应的识别码，包含构件类别、尺寸、位置、材料等其他信息

。BIM可以实现全过程监控，能随时追溯构件的质量与安全问题，实现全寿命周期管理。通过三维动画模拟安装工艺可以帮助设计人员提前发现施工中可能出现的问题，优化设计方案。同时，三维动画也可以更直观地向施工单位传递设计意图，指导施工单位的海上安装方案。虚拟施工模拟图见图7。

3 总结

BIM 正向设计是整个设计过程的流程再造与优化升级。它不仅通过BIM 软件建立BIM 模型进行设计，并且出图，更关键的在于多专业的协同设计、互提资料、校对、审核、交付、归档、变更，乃至设计过程中的讨论、汇报，施工配合阶段的交底、工地巡场等全流程生产方式的切换。只有将BIM模型、BIM 软件作为日常设计、交流的工具，才能形成可持续发展的生产力。BIM正向设计的普及仅是时间问题，BIM 最终会实现项目全生命周期的信息化和数字化精益管理。

猪高热综合征的发病特点主要包含以下内容：主要出现在夏秋季节，病程为5～20 d，现有数据表现出的发病率约为50%，死亡率为10%～50%；从传播途径方面分析，该病大多出现于养猪场中的母猪或生长育肥阶段的猪，待疫情进一步爆发后，处于保育阶段的猪也会受到波及；从现有治疗办法分析，抗生素对于该病没有明显的控制作用，甚至有可能加速病猪死亡；部分养殖场自身环境较差、管理不到位，对防疫工作的重视程度不高，导致了中小型养猪场疫情更为严重。

海上升压站BIM 项目三维设计成果广泛地应用于项目的施工图阶段，成果如下：

1）通过海上升压站钢结构节点参数化设计，形成了节点库，同时实现了三维切图和自动工程量统计，实现了正向设计，与传统的二维节点出图相比，可以提高约90%的设计效率。

2）通过碰撞检测，各专业避免了相互干涉，提前发现问题并反馈给设计人员进行优化调整，减少了后期设计变更。通过三维模型的碰撞检测，比传统二维设计更好地避免了施工图阶段的交叉干涉，提高了设计效率。

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