變電站三維設計平臺軟件與專業(yè)軟件的數(shù)據互通研究

變電站三維設計平臺軟件與專業(yè)軟件的數(shù)據互通研究

0數(shù)字化設計特點自2018年以來，國家網源動力裝置全面開展了能源輸變電項目的三維設計，這需要公司對現(xiàn)有35kv電壓以上的新能源供電項目進行三維設計、三維評估和三維轉移。三維設計相比于傳統(tǒng)二維設計，最重要的區(qū)別在于現(xiàn)有的二維設計手段沒有數(shù)據庫做支撐，很難適應工程信息化和數(shù)字化的要求。而三維數(shù)字化設計主要以數(shù)據庫為核心，以三維模型為依托，通過數(shù)據驅動模型，大幅提高了設計文件的數(shù)據存儲量并使工程數(shù)據的實時調用成為可能全國各大電力設計院在幾年的工程實踐中，已經探索出一套可行的變電工程三維設計模式，設計人員主要依托于現(xiàn)行電力三維平臺進行設計工作，但同時依然存在建模工作量大、設計效率低、設計文件在工程實施階段很難應用等問題。巨大的三維設計工作量與日益增長的三維移交需求成為了現(xiàn)階段國網公司推行三維設計的主要矛盾，其核心原因是目前的三維設計軟件不能實現(xiàn)全專業(yè)的正向設計，特別是在結構專業(yè)三維設計過程中，設計人員需要在結構設計軟件中設計完成后在三維平臺中翻模。本文針對如何解決結構專業(yè)正向三維設計的問題，結合變電站實際設計項目進行研究，旨在完善現(xiàn)有的三維設計模式，提高設計文件質量和設計效率。1pkpm在變電站三維設計流程當前變電站三大三維設計平臺的設計邏輯大致相同，均是以專業(yè)間互相協(xié)同為基礎開展變電站的模型搭建、碰撞檢查、專業(yè)間提資以及數(shù)字化移交，各專業(yè)協(xié)同關系如圖1所示。其中結構專業(yè)由于涉及國家規(guī)范規(guī)程要求，電力三維平臺目前無法進行結構計算，也就不可能進行正向的三維設計。目前，專業(yè)認可度較高的結構設計軟件是PKPM系列軟件，設計人員以PKPM的設計結構為依托進行結構三維設計。下面以某變電站工程鋼框架配電裝置樓為例闡述現(xiàn)階段設計人員進行結構三維設計的流程。步驟一：根據配電裝置樓平面布置在PKPM中布置鋼梁鋼柱，在PKPM中完成結構分析、計算和出圖，得到鋼梁鋼柱、連接節(jié)點、基礎尺寸、基礎配筋等信息。步驟二：根據PKPM中得到的構件草圖在三維平臺中重新建立模型，包括連接件、柱腳節(jié)點、混凝土構件配筋等。步驟三：在三維平臺中按《輸變電工程三維設計建模規(guī)范》的要求錄入結構模型的屬性。步驟四：將完成的結構模型與其他專業(yè)模型一起導出GIM格式提交國網數(shù)據中心。步驟五：施工圖設計階段里對模型進行剖切、標注、添加文字等處理后繪制平面施工圖供施工現(xiàn)場使用。其中步驟二及步驟五需要花費大量的時間在二維轉化到三維，三維又轉化成二維的重復勞動中，使得結構專業(yè)三維設計的效率遠不如二維設計，這違背了推行三維設計的初衷。因此，尋求三維平臺自身的專業(yè)化成為解決結構專業(yè)正向三維設計的關鍵。2pkpm-bim在變電站三維設計中的應用由于結構專業(yè)規(guī)范條目繁多，涉及到有限元分析等底層算法解構問題，目前的電力三維平臺短時間內開發(fā)結構模塊難度很大，即使能進行結構計算，也存在圖審市場的認可度問題，因此讓電力三維平臺增加結構計算模塊并不可行。PKPM軟件亦在近年推出了自己的BIM平臺，而結構專業(yè)是PKPM軟件的優(yōu)勢所在，于是我們嘗試在PKPM-BIM進行變電站結構專業(yè)的三維設計。下面依然以某變電站工程鋼框架配電裝置樓為例闡述采用PKPM-BIM進行結構三維設計的流程。步驟一：在PKPM-BIM軟件中進行鋼柱鋼梁的布置與設計參數(shù)的輸入。步驟二：在軟件中進行結構分析與計算，依據計算結果配置連接節(jié)點和構造設計，完成可視化三維模型，模型屬性將自動依附在模型中。步驟三：通過模型自動生成施工圖及材料清單。通過實際操作發(fā)現(xiàn)，使用PKPM-BIM進行三維模型效率遠遠高于直接在電力三維平臺中建模。目前國網公司通用設計方案建筑物以單層、兩層鋼框架結構為主，熟悉PKPM操作的設計人員僅需花費約一個工作日便能完成一個變電站建筑物的結構三維設計任務。但是，變電工程三維設計除了要滿足現(xiàn)場施工的需求外，更重要的是要能滿足國網數(shù)據中心的移交需求，而移交數(shù)據中心平臺必須是以GIM的格式上傳。目前只有三大電力三維平臺可以將三維模型導出GIM格式，因此單純使用PKPM-BIM軟件也不能完成變電工程三維設計的全部任務。3維平臺間的數(shù)據共享由上文可以推知，現(xiàn)階段解決結構專業(yè)正向三維設計的最佳方案即將專業(yè)平臺中完成的三維模型數(shù)據導入到電力三維平臺中，這樣既解決了電力三維平臺建模困難的問題，又解決了專業(yè)平臺無法移交國網數(shù)據中心的問題。為此，我們同時與電力BIM平臺開發(fā)廠商及結構專業(yè)平臺開發(fā)廠商合作，致力于攻破兩大平臺間的壁壘，讓PKPM平臺與電力三維平臺完成無縫對接。目前各大電力三維平臺都是基于Revit平臺或ABD平臺開發(fā)的。因此實現(xiàn)PKPM-BIM與Revit、ABD平臺的數(shù)據互通，即實現(xiàn)了電力三維設計平臺和建筑專業(yè)三維軟件的數(shù)據交互。由于Revit與ABD平臺的版權均屬于外國公司，完全開放數(shù)據接口存在一定的困難，為解決這個問題，PKPM-BIM的研發(fā)團隊提出以中心文件*.pmodel為載體，打通了Revit、ABD和PKPM-BIM三個平臺之間的數(shù)據共享，具體實現(xiàn)原理如下首先將PKPM-BIM平臺的結構模型分為4類數(shù)據，存入到*.pmodel中：a.幾何圖形數(shù)據，如基本圖元數(shù)據、幾何數(shù)據和多個幾何圖形間的布爾關系等；b.定位數(shù)據，如空間絕對坐標、圖元間的相關坐標、樓層標高和偏心值等；c.工程屬性數(shù)據(非圖形)，如構件類型、材質、材質強度和耐火極限等；d.荷載數(shù)據，如荷載和構件的關聯(lián)關系、荷載類型、荷載位置和荷載工況等。然后參照PKPM-BIM的結構截面庫，完善Revit和ABD的截面庫，如標準型鋼庫、薄壁型鋼庫等，提高Revit和ABD平臺對國內電力項目的兼容性；同時開發(fā)Revit和ABD數(shù)據接口，保證*.pmodel的中心文件可以在這2個三維平臺導入導出；將中心文件(.*pmdel)導入到Revit和ABD時，數(shù)據接口將上述的a類和b類數(shù)據轉換為可識別的數(shù)據，并完成幾何圖形的創(chuàng)建；c類數(shù)據存入到幾何圖形的屬性框中；由于d類數(shù)據主要用于在PKPM-BIM結構計算分析，因此會存入幾何圖形中，但無法編輯。通過數(shù)據接口，同樣可以將Revit和ABD平臺的結構模型分為4類數(shù)據，存入到*.pmodel中。在此交互過程中需保證結構模型的屬性信息滿足QGW11810.1-2018《輸變電工程三維設計建模規(guī)范》中的要求。4變壓器三維平臺協(xié)同設計流程本文針對以上問題，結合變電站項目設計經驗，梳理了變電三維跨平臺協(xié)同設計流程，完善平臺間的數(shù)據互通。調研多個變電站三維設計項目，將設計流程分為2個階段：初設階段和施工圖設計階段。4結構模型的實現(xiàn)根據電氣、建筑等專業(yè)提資，如場地布置、屋內凈高要求、設備高度、相間距離等，結構專業(yè)在PKPM-BIM進行結構正向三維設計，包括結構建模、結構計算分析等。在此過程中，由于各專業(yè)可能存在的變更，為保證設計質量，需要進行多次結構模型與其他專業(yè)模型的碰撞檢查，因此PKPM-PS的初設結構模型需要與Revit(ABD)的結構模型實現(xiàn)雙向無損的轉換。另外，荷載作為結構模型的重要組成部分，布置工作較大。目前ABD及Revit軟件中的荷載類型無法滿足結構計算的要求，因此荷載布置及修改需在PKPM-BIM完成，且在結構模型的跨平臺轉換過程中保證荷載無損。4結構體系設計結構專業(yè)在PKPM-BIM完成主體結構的鋼結構節(jié)點設計、檁條掛設計、預制樓板的設計、檁條掛板可靠性驗算，生成結構施工圖、算量統(tǒng)計、相關計算書及施工圖設計階段深度要求的結構三維模型等。為滿足全專業(yè)三維數(shù)字移交要求，需要將PKPM-BIM的施工圖結構三維模型交付到Revit(ABD)中，與其他專業(yè)進行合并，變電三維跨平臺協(xié)同設計流程圖如圖2所示，平臺間的數(shù)據對接如圖3、圖4所示。5疑難問題的解決對策我們通過開放電力三維平臺與專業(yè)設計平臺間結構的