基于管立得的换流站工程站区给排水三维设计研究

吴 丹，李美峰，宋佩珂

(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

国家电网公司在提出“数字化电网”“智能坚强型电网”等理念后，将电网设计质量和效率提到了前所未有的高度。传统的二维设计方式已经越来越难以满足业主对设计效率、成品质量、数字化移交以及工程全寿命周期管理的要求[1]，因此，亟待在变电工程中全面应用三维设计。为响应国网公司的三维设计要求，更好地推进三维设计工作的顺利开展，笔者对管立得的功能及操作技巧进行了大量研究，并成功将其应用于实际工程的三维设计中，不仅大大提高了换流站站区给排水三维设计的效率，相较传统的二维设计可缩短设计工期，适合在工程中大量推广应用。

1 软件简介

管立得是基于CAD平台开发的给排水管线设计软件，管线采用二三维一体化的设计方式，平面视图管线表现为二维方式，转换视角，管线表现为三维方式，可以直观查看管线与周围地形、地物、建构筑物的关系。竖向设计完成后，可以将检查井、管道、阀门等转化为真实的三维形式，在三维基础上可以针对具体情况进一步细化设计，也可以直接绘制三维管线，进行三维碰撞检查。同时，软件可进行地形图识别、管线平面智能设计、竖向可视化设计、自动标注、自动表格绘制和自动出图，平面、纵断、标注、表格联动更新，满足方案设计、施工图设计等不同设计阶段的需要。

2 换流站工程建筑给排水三维设计应用实例

以某换流站工程站区场地为例，基于管立得对它的室外给排水系统进行三维设计，并根据模型抽取相关图纸，解决管道的碰撞交叉问题及用量统计问题。

2.1 模板定制

模板定制包括了工程设置、样式设置、设计规则设置、系统设置及管道规格库设置。工程设计开始前，设计人员可根据本工程特点对这些参数预先进行设置，以便在设计过程中直接调用。模板定制的优点在于减少重复性的设计参数输入工作，提升系统自动化设计程度，图纸和表格表达形式统一。在管立得中，工程设置主要包括绘图相关的一些参数设置，例如出图比例、标注参考方向、管道平接方式和管顶覆土等，设置界面如图1所示。而对象样式、标注样式和表格样式等则可通过样式管理器来更改。使用规则管理器还能对管道距离、覆土深度、坡度、管径等设计规则提前设置，使之符合当前设计规范的要求。最后通过系统设置管理器对文本标注、字段格式、节点编号、线型比例、线宽等进行前期设定，以方便后期的图纸标注和抽取。

图1 工程设置界面

2.2 布置设计

2.2.1 设计流程

三维设计是创建工程信息模型的过程，工程信息模型是数字化设计的核心，因此三维设计流程有别于传统二维设计，站区给排水三维设计流程示意图如图2所示。

图2 设计流程示意图

2.2.2 条件图准备

在管立得中打开总图专业提供的数字地形图作为室外上下水设计的条件图，选择另存为项目，重命名即可，如图1所示。需要注意的是，设计人员的图纸是以mm为单位的，而软件要求以m为单位，故应对条件图执行缩小总图命令后再进行其他编辑操作。管立得可以通过地形图上的等高线和高程点信息自动创建地形曲面三维模型，如图3所示。有了地形曲面三维模型，在设计过程中软件就可以根据地形曲面自动提取地面标高，再根据设置好的管道设计规则(埋深、坡度、基础及接口形式)任意布置管道，不再需要手动输入地面标高数值，反而比传统设计更加简单、智能，大大缩短了设计时间。

图3 某换流站场地地形曲面三维模型

2.2.3 三维布置模型

2.2.3.1 管道布置

在模型布置工作中，主要使用管立得集成的一些快捷工具来提高建模速度。在条件图中，先根据水力学计算结果在场地上布置站区雨水管道、污水管道、排油管道、给水管道及消防管道。软件提供了交互布管、自动布管、参照路特征线布管、沿路布多管、定义管线等多种布管方式。结合目前工程实际情况和绘图习惯，推荐使用交互布管的管道布置方式。交互布管时，通过对话框输入管道代号、管道起点标高、管道基础、接口形式、平接方式、保温材料、敷设方式，然后确定管线起点和终点。绘制点就可以从曲面模型计算出地面标高，自动给管道计算覆土深度。

2.2.3.2 节点布置

节点布置就是在管道上布置选中的节点，不同的管道类型可以布置的节点也不同，给水系统显示水表井、消火栓、阀门井、排泥井、排气井等节点；排水系统则显示雨水检查井、雨水暗井、倒虹吸等节点。例如布置消火栓时，可以选择地上式支管安装、地上式干管安装地下式支管安装、地下式干管安装等类型，通常换流站选择地下式安装方式的情况较多。不同类型消火栓支持的平面表示形式也不相同，设计人员根据需要选择适当的表示形式，并输入布置参数。在布置节点的时候，选择点取方式比较方便。

2.2.3.3 管线编辑

管立得是基于CAD平台进行的开发，它的操作界面、操作命令与CAD类似，设计人员无需进行新的操作培训就可以熟练的进行设计工作。软件的管线编辑工具融合了管道及节点的编辑操作功能，包括平面编辑工具、竖向编辑工具、属性编辑工具三大类，调出管线编辑工具条就可以进行随意批量更改，可以实现地面标高调整、自然标高互转、管道标高整体调整、改管道坡度、改管道材质、检查井编辑、雨水口形式替换等多种功能。

2.3 碰撞检查

基于全站布置模型，开展碰撞检查，能最大程度地杜绝在工程建设可能出现的“软”“硬”碰撞隐患。在碰撞点列表中，可以查看到检查日期，碰撞点类型、碰撞类型描述、每个碰撞包含的构件元素、碰撞的坐标位置、包含碰撞元素的文件名称以及碰撞的状态等信息。通过这些信息可以快速地找到碰撞发生的位置，以及发生碰撞的构件类型。

管立得碰撞检测功能用于三维相关实体进行碰撞分析，可以检测管道、管件、阀门与井相互之间的碰撞冲突，并支持软碰撞检查。硬碰撞检测的结果体现为实际的碰撞部分，软碰撞检测的结果将以碰撞区域外包立方体的结果体现出来，硬碰撞和软碰撞使用不同的图层颜色区分(默认硬碰撞为黄色，软碰撞为蓝色，标记为已解决的碰撞为绿色)。在图纸交付出版前及时纠正，在施工开始之前及时地将这些问题反馈给设计方修改设计图纸，或者反应给建造方调整施工方案，也为协调决策提供了精准的信息参考及统一的可视化环境，提高了整个工程项目的质量和团队的工作效率。与传统设计相比，能有效解决在二维图纸上不易发现的设计盲点，找出关键点，为需要现场解决的碰撞问题尽早制定解决方案，降低施工成本，提高施工效率。

2.4 模型导出

因目前相关行业规范要求模型移交的标准格式为ifc，而管立得三维模型的原始格式为dwg，这就需要对模型的格式进行转化。管立得针对Revit开发了数据接口，可将原始模型数据自动生成中间数据(格式为xml)，再导入管立得Revit插件样板中，就可在Revit中编辑、整合模型，为模型添加属性和编码。通过这种方式实现接口数据在不同软件之间的传递，大大提高模型的实用性和通用性。导出至Revit中的站区给排水三维模型如图4所示。

图4 某换流站工程站区给排水三维模型

2.5 详图设计

模型冻结后，通过管立得可从布置模型中抽取所需的各种图纸，包括室外给排水管道平面安装图、纵断面图等。因管立得软件是基于CAD的设计平台，故平面安装图生成方式与传统设计出图方式类似。而且软件可以根据绘制好的管道平面布置图自动生成各种纵断图，且平面图和纵断面图互为联动、自动更正，并进行实时三维查看，如图5所示。相比传统设计，使用管立得三维设计出图更加方便快捷[2]。

图5 某换流站工程站区给排水三维设计界面

同时，管立得可迅速准确地自动生成给排水材料设备清单，并依靠设置过滤条件，有选择地输出水工元素属性，大大弥补了传统设计在材料统计方面的不足之处。材料清单信息与模型是相互关联的，添加或删除元素图形，材料清单中会自动添加或删除相应数据。使用管立得进行详图设计，比传统设计出图更加方便快捷。

3 设计难点总结

3.1 管道设计

在绘制管道时，经常会与结构的地下基础发生碰撞，传统设计通过参考二维结构图纸来避免碰撞。在管立得中，可以通过加载结构三维模型进行多方位的位置查看。点击工具面板上的插入－参照－附着，就可以链接结构相关基础模型。结构专业应提供dwg格式的模型文件，且最好分场地区域提供轻量化后的模型，否则容易因为模型过大而发生系统崩溃的现象。转动全导航控制盘，可通过任意角度的三维模式对插入的基础进行查看，更加直观地从各个角度查看管道与基础的碰撞情况。

3.2 族库模型

管立得软件自带的零件库可以满足大部分管道、管件及设备的建模，但是一些特殊尺寸的设备是缺失的。管立得软件本身不具备自建零件库的功能，遇到这种情况，需要将模型导入Revit后，在Revit内根据需要自建设备族来补全模型。

3.3 模型转化

创建管线后，二维转三维过程总提示失败。在管道转化为三维模型前，检查井、阀门井、消火栓等节点都需要进行节点选型，选型完成后才能成功使用二维转三维功能。

4 结语

本文应用数字化设计软件完成了某换流站工程站区给排水系统的三维设计。相较传统的二维设计，通过使用管立得进行三维设计，有如下优点：

1)完全本地化定制，操作简单快捷，设计人员易上手；

2)根据地形曲面自动提取地面标高，再根据设置好的管道设计规则自动布管，可有效缩短管道绘制和节点布置的时间；

3)根据系统的平面图自动生成联动的纵断面布置图、节点图及材料表，取代了二维设计中手动绘制断面的方式，更利于图纸的快速生成；

4)管网自动碰撞检查功能取代了二维设计中的人工碰撞核查，能够尽早地、有效地检测到工程项目中的错、漏、差、碰等现象。

因此，管立得在换流站站区给排水设计中具有突出的优势，能够更好地满足目前施工图阶段的建模和出图要求，可广泛应用于换流站工程站区给排水三维设计应用中。