长龙山抽水蓄能电站BIM技术应用分析

曾志辉

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

1 引言

长龙山抽水蓄能电站装有6台350 MW机组。电站的机电安装工程包含机组及其辅助设备的安装，以及水力机械辅助设备、电气一次和二次设备、计算机监控系统、通信系统、通风、空调及监控系统、火灾报警系统。较同容量的常规水电站来说，蓄能电站机组的辅助系统较多，涉及的相关油气水管路和电气系统也较为复杂，而蓄能电站的地下厂房的空间又比常规水电站的小，为了提高长龙山电站的管路、电缆桥架和电缆敷设的观感和施工质量，电站提出了采用BIM技术进行深化设计的要求。项目部结合BIM技术的优点，对原设计二次优化，同时结合现场施工实际情况，对机电安装和其他专业碰撞检测及分析，减少施工损失，从而指导现场管路安装，提高管路安装质量及观感质量。依托浙江长龙山抽水蓄能电站机电安装过程编制，为其他类似工程提供借鉴作用。

2 BIM研究方法及技术路线

（1）研究方法

1）通过厂家提供的管路系统安装图纸及工艺措施，以REVIT软件为工作平台，数据化集成管路系统的三维模型，对管路系统三维模型进行碰撞检测及分析，复核管路和管架安装位置，计算施工工程量。可有效解决蓄能电站管线碰撞点，进行管线及管架二次优化设计，提高管路的安装质量及观感质量，制定合理的管路施工方案。

2）通过厂家提供的电缆桥架安装图纸及工艺，以REVIT软件为工作平台，建立电缆桥架的三维模型，对主桥架碰撞检测及分析，深化分支桥架的设计，建立合理可行的现场施工方案和工序。

3）通过厂家提供的电缆及设备安装图纸及工艺，以REVIT软件为工作平台，建立电缆桥架和电缆的三维模型，使用REVIT软件插件来实现电缆敷设、深化设计清册的可行性，并实现电缆设计清册到现场敷设的转化，计算现场实际工程量。

（2）技术路线

建立三维模型→对三维模型进行碰撞分析，进行二次优化布置→进一步深化盘柜与桥架、管路与设备的连接→制定现场安装施工方案→实现电缆自动敷设及工程量计算。

3 BIM技术应用分析

3.1 空压机房管线优化

（1）案例概况

空压机房是抽水蓄能电站地下厂房的副厂房建筑的第二层，是提供全厂气压的中低压气系统设备室。空压机设备房主要包含空压机设备、气罐、气系统管路以及、水系统管路、风管、电缆桥架、电气盘柜等。

（2）综合管线优化过程分析

1）模型的建立

本层的土建模型是按照整个副厂房的建筑统一建立的，为标准的板梁柱结构，没有异型的族模型。需要注意的是底板预留孔洞的位置，孔洞位置会影响下层桥架上进盘柜的二次桥架设计，还有空压机设备的结构基础高度，偏高偏低都会影响进出管道的排布。

为了避免建模时的人为碰撞，各系统交叉处的机电设备要和厂家图纸中的设备尺寸一致，各系统以同一个原点为基准放置设备模型，特别是管道要采用同一个相对标高。由于设备和管道都是单独绘制的，需要注意的是，像空压机、气罐、空调器上有预留进出管口的设备，在绘制族模型时要确定管口的精准位置，并且管口是可连接的。模型建完之后，进行第一次碰撞检测，主要针对土建模型和机电模型的整体碰撞情况，另一方面检验模型的精准性和完整性。

2）管线优化过程

从模型可以看出，整个设备室的机电设备和管路在水平方向上大致呈“」”形，管路随着设备基本在垂直方向靠墙分布。优化调整的原则是，管路和其他设备碰撞时，管路避让，然后在考虑综合支架的同时在水平方向或者垂直方向上整齐有序排布。结合初步的碰撞报告以及在建模的过程中遇到的问题形成一个问题协调报告，并给出解决方案后交给设计和业主讨论审核。

案例1：空压机的排气总管、冷却排水总管、冷却供水总管3根主管间距过大，不利于检修和综合支架的制作。供水总管距地面过低，不利于阀门的安装与日后检修。实际空压机预留进出管口的位置有所变化，与原设计图纸上的有出入。综合考虑实际设备与管路的吻合性、日后检修以及综合支架的设计，优化方案为：排水总管相对标高不变，将上下的排气总管和供水总管分别靠拢于排水总管，间距均为350 mm。此时由于供水管路的抬高，两根支管由水平布置变为垂直布置而增加的两个弯头也将占用一定的安装检修空间，因此水平旁通支路阀门上的电动球阀存在安装空间不足的风险。经验证，水平旁通支路的总长为650 mm，电动球阀包含法兰占用250 mm，两个弯头分别占用100 mm，旁通支路安装和检修条件均满足。

案例2：气罐旁的管路布置相对零散，不利于综合支架的设计及安装且观感质量达不到业主的线管要求。优化调整思路：穿墙套管另一端到达主厂房为机组运行检修供气，因此从此处为始端向气罐方向将管路垂直均匀排布，遇到障碍物时同一方向翻弯。需要注意的是，在确定始端的排布时，根据主厂房一端的管路统一协同排布，避免管路出墙后接错导致运行设备损坏。在现在施工阶段，应提醒施工人员图中左下角管路阀门与风管间距较近，减少安装误差，避免二次冲突。

案例3：实际低压空压机出口管路与原设计图纸不同，导致出口管路与预留孔洞（配电箱）冲突，综合考虑下，调整管路设备要更好实施一些。因此调整管路及设备，避开孔洞。

整体调整完成后，本身大致没有碰撞点了，此时利用软件做针对性的检测，主要检测在调整时可能手误导致的人为碰撞因素。

图1 空压机室管线优化效果图

3.2 冷冻机房综合管线优化

（1）案例概况

冷冻机房与空压机房同样是地下厂房公用系统设备层，管线系统都比较简单。和空压机房不同的是，管路的布局不太一样，前者大致呈水平方向上分布，因此管路、风管、电缆桥架之间碰撞几率要高一些，优化调整的方向也从三者之间、三者与建筑之间着手。

（2）冷冻机房管线优化过程

建模的思路和空压机房的一样，不同的是，冷冻机房的管路相较于前者要大很多，因此调整的空间更受限。优化调整的思路跟空压机房案例的大致相同，首先做问题协调报告。

案例1：冷冻机房供水、回水管出处管路在水平方向上与电缆桥架距离过近，将来设计支架时会直接跟电缆桥架发生碰撞。因此考虑将管路布置到电缆桥架正下方，即能达到美观的需求，也能方便制作支吊架。

案例2：冷却排水管在水平方向上与电缆井的墙体距离过近，限制了支吊架的设计。优化方法是将管路往远离碰撞点的方向作调整，此处空间较大，可调整至适当的位置，方便现场安装为宜。

案例3：此处的管路有1根与其他的3根未在同一水平支架，若是单独支吊架则会跟上方风管碰撞。优化方案1：做成组合支架，支架形式复杂一点，支架造价更高一点。优化方案2：将管路调整至同一水平面，支架形式相对简单一些，将在管路上增加1个弯头，将会有工程量的变化。经过各方会审之后，考虑到方案2更优一些，最后采用后者。

案例4：此处管路布置较零散，不利于共架的设计，因此考虑将管路收紧布置，方便安装施工，节省支吊架材料。

案例5：管道井内管路距离较小，仅为100 mm，日后将无保温层安装空间。因此将管路在水平面上错开，留出适当空间出来。

图2 冷冻机房管线优化效果图

3.3 主厂房蜗壳层管线深化

（1）案例概况

主厂房蜗壳层是整个地下厂房管线系统最复杂的部位之一，是主变洞、副厂房以及其他洞室管线的交汇点，包含水系统、气系统、油系统的管路系统，各系统机电设备及其电缆、电缆桥架等。

（2）实施过程分析

蜗壳层的管线排布比单独的设备层要复杂得多，管线在水平吊顶和垂直挂墙两种方式都有体现，调整空间比较受限，因此考虑多个系统同一调整，不同的系统管线也都考虑采用共架。首先对管路作优化调整，方法和步骤跟空压机房以及冷冻机房的一样。

优化节点1：靠副厂房侧墙的中低压管路均抬高至副厂房出口的高度，与副厂房的管口一一对应，考虑到使用共架，消防管路向上抬升。

优化节点2：靠上游侧墙的管路应与节点1保持同步，此时消防管路两个弯头间的间距有限，多个阀门设备存在安装的风险。因此需要软件实现预安装，来发现实际安装中可能遇到的问题，提前规避。通过预安装，此处的管路设备可正常安装。

优化节点3：进水球阀液压管路与电缆桥架以及其他水管路发生碰撞，液压管路与球阀为厂家设计提供，需要生成单独的管路模型为管路预制提供指导，运用三维模型与厂家协同优化调整。

（3）管架设计

由于蜗壳层管路调整的幅度比较大，优化调整后应配合管架厂家完成该部位的管架设计。

靠副厂房侧墙组合支架是由4根气管路和1根消防管路组成，可以看出，此处的管路离墙面较远，刚好在梁的上方，因此支架选择在梁上生根。

靠上游侧墙组合支架包含公共供水管（DN400）、主厂房消防供水总管（DN150）、两根供气管（均为DN50），管路距地面较远且贴着砖墙布置，因此管架考虑在墙上生根。

剩余的管架均为单一系统的管架，按照实际的管路布置设计成门型支架、落地支架，侧墙支架等。

图3 蜗壳层管线优化效果图

3.4 桥架及电缆的二次设计实施

（1）案例概况

抽水蓄能电站的桥架二次设计主要包含上盘柜的分支桥架、到设备的线槽以及电缆通道增容的桥架等。而电缆的二次设计则是按照原设计在软件预敷设，一是判断电缆通道的容量，看结果是否需要增容或者调整通道，二是排查设备的电缆是否全部设计，有无漏项，起到查缺补漏的作用，最后是通过预敷设来安排实际的敷设计划以及工程量的统计。

（2）桥架的二次优化

首先按照原设计将主干桥架绘制出来，基于主干桥架再增加上盘的桥架，需要注意的是，由于软件本身的原因，上盘桥架无法跟主桥架直接连接，如果来连接的话软件会判定成三通，因此一般采用“假连接”，但这种绘制方式并不影响最终的工程量统计。在绘制上盘桥架时，由于受结构和原设计的影响，上盘桥架一般会形成两种形式，分别直通竖直上引和增加垂直弯通再上引，这主要取决于主桥架和盘柜预留孔洞或者预埋电缆管的水平距离。

设计院一般只负责主干桥架的设计，并没有提供二次设计量，需要施工单位根据现场实际情况来预估，往往会产生较大的误差，反而达不到精细化的效果。因此，需要借助软件的强大功能来弥补这一缺陷。具体方法是绘制上盘桥桥架以及其他分支桥架时，将分支桥架和主桥架区分开来，直观表现就是用颜色区分，具体的就是修改属性，最后利用软件的明细表把工程量统计出来。利用明细表统计的工程量可以直观地看出每个上盘桥架以及分支桥架的具体量，工厂可以根据统计结果预制成品，到现场直接安装。

图4 桥架架设优化效果图

（3）电缆的二次优化

REVIT本身的电缆敷设功能局限性太大，因此引入另一个平台，博超的电缆管理平台，它主要用于电缆的施工管理，具体软件操作方法不作赘述。

1）绘制电缆

首先要将REVIT里电缆通道的模型筛选出来，包括设备、电缆桥架、电缆沟等，然后导入博超管理平台生成拓扑结构，此时我们可以直观地看出电缆通道的通断，也就意味着电缆能否在通道内生成。一般电缆的要素主要包含起点、终点和电缆通道，因此我们还要确定电缆的起点和终点。而这3个要素的依据就是电缆清册的导入，因此在此之前要将电缆清册导入到管理平台中去，当我们给模型确定电缆的终点和起点以及电缆路由时，软件才会依据电缆清册自动绘制出电缆模型。

2）电缆的二次调整及敷设计划

电缆敷设过程中，往往会出现通道容量不足，导致返工以及敷设质量不达标。因此可以根据预敷设来判断通道是否满足需求，然后通过改变路径或者增加通道来解决问题。

现场电缆敷设施工并不是把所有的电缆一次性敷设上去，而是分阶段性、按顺序地敷设施工。

图5 电缆敷设优化效果图

3.5 成果审核及图纸输出

采用线上或者线下四方联审，确定最终优化成果，讨论的结果可以约定成会议纪要，方便日后再次调整。按照相关标准规范出施工图纸，图纸应包含三维轴测图、平面图以及剖面图，还应按照优化调整前后对比的形式反应在图纸中，以方便现场施工为首要条件最重要的是工程量的变更要准确清晰。

4 结语

长龙山抽水蓄能电站结合BIM技术的优点，对原设计二次优化，同时结合现场施工实际情况，对机电安装和其他专业碰撞检测及分析，提供优化设计方案，经各方讨论审核之后，形成可见性图形。根据优化成果可见性图形指导现场施工，已完成地下厂房油、气、水管路安装，电缆桥架安装及电缆敷设的现场施工指导。施工过程中根据全专业模型提醒施工人员把握不同专业交叉处的安装精度，避免造成人为的二次碰撞，从而简约了工期，减少资源投入，特别对管线的安装观感质量较大地提高。该技术施工工艺成熟，能有效提高施工效率，缩短施工工期，可在同类工程中推广。