三维设计在水利水电工程中应用研究

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［摘要］文章通过展示基于Bentley三维设计软件贵州省遵义市余庆县两岔河水库泵站厂房的电气设计，总结了在三维协同设计中Bentley三维设计软件的应用空间。

［关键词］水利水电工程;余庆县两岔河水库;BentleySubstation;BIM

1Bentley三维设计平台介绍

Bentley公司为水利水电工程的三维设计提供了多种专业的设计模块以满足工程设计的要求，通过不同的模块调用和环境设置，各种专业可以在协同平台上实现快速且高质的设计数据共享。主要包括Mi-crostation模块(基本三维平台)、Substation(电气接线和三维变电站设计)、Architecture(建筑设计模块)、Structure(土建结构设计模块)等。其中，Substation模块具备专业的电气设计模块，具有专业且成熟的辅助设计功能，能够保证在整个项目设计过程中设计数据的共享及传递，能够与其他专业进行快速的三维模型融合。设计数据能够在施工、采购、运维等过程环节中流畅传递，实现对工程项目各个阶段的全覆盖。Substation模块能够实现水利水电工程的快速三维建模，并且能够快速输出二维图纸，能够进行防雷、接地、照明、电缆敷设的设计，帮助设计人员高效完成相关设计内容，并且支持用户建立自己的数据库模型，在下次使用时能够直接从符号库中调用已存档的数据库模型，免去重复建模的麻烦，节省了工作量。具备碰撞检测的功能，能够在电站、泵站厂房的布线设计之中快速的检验出电缆、管道等各种管线是否存在碰撞的情况，最大程度的避免了施工过程中由于传统二维图纸无法精确呈现厂房布置而导致的管线碰撞问题，见图1。

2水利水电工程电气设计过程

在水利水电工程设计中，电气部分的设计首先需要的是根据其他相关专业提供的用电设备负荷、工况等资料确定电气主接线方案。在电气主接线方案确定的前提下，再选择所需的电气设备。然后，需要进行各类电气设备的三维建模。设计人员需要根据具体工程的不同特性，赋予每一个设备特定的属性值。这些属性值包括电气设备的基本参数以及工程编码。其中，三维模型所具备的工程编码应该和电气主接线中的电气编码一一对应，设备参数则需要涵盖设备选型型号、额定电流、额定电压等基本技术参数信息。对于一个设计公司而言，建立属于自己的设备模型库及属性库是十分必要的，可以免去重复建模的麻烦，从而形成公司的统一规范的出图标准。接着，需要其他专业提供相关土建的三维模型，在基本土建模型的基础上，根据所需要的精度要求及相关设计规范，确定电气设备的摆放方案。基于相关专业提供的土建模型，在三维空间里布置出所有的电气设备、设备基础构架、电缆沟、电缆线等，在布置过程中，应该遵循分区域、便捷、安全的原则进行设备布置。设备布置完成后，可以使用自动挂导线的工具进行电缆线的布置。设计完成后，可以启动碰撞检测，以检测线路、设备等是否存在重叠、碰撞的现象。

3应用实例

基于Bentley公司开发的Substation电气三维设计模块，将对贵州省遵义市余庆两岔河水库的泵站厂房设计进行展示。贵州省遵义市余庆两岔河水库工程位于余庆县关兴镇沙堆村香树坪组，水库规划坝址建于乌江一级支流觉林河沙堆村三岔河以上0.5km处，至余庆县约80km。两岔河水库主要任务是乡镇供水和灌溉。可有效解决松烟镇集镇及周边农村生活、生产发展用水问题。两岔河泵站装机容量为:(1×450+2×280)kW，采用10kV异步电动机。两岔河泵站布置型式为地面泵站，主副厂房呈“L”型布置。主厂房长约34m，宽约10m，主厂房内主要布置有水泵电机、高压电机软起动柜、泵站现地LCU控制屏、监测屏等。泵站副厂房长约34m，宽约12m，根据电气设备的情况，布置有0.4kV低压配电室、10kV高压开关室、10kV高压无功补偿室、软启动装置室、中控室、资料室等，厂房三维模型，见图2。

4优势及下一步的工作

(1)照明设计。传统的照明设计均以二维的形式呈现，灯具布置只能以平面的形式呈现，不仅不直观，而且因照明线路走线较复杂，实际施工人员不容易看懂，容易出现和施工图纸不符合，甚至相差甚远的现象。而通过Substation平台，将灯具的布置以三维的形式呈现出来，可以全方位立体的展现出所有灯具的空间布置，帮助施工人员快速理解设计人员的设计意图，同时也可以帮助设计人员及时发现设计的不足，以进一步完善设计方案。

(2)管线及电缆走向设计。管线的布置及电缆的走向十分重要，泵站或电站厂房中存在水泵电机、输水管线、电气设备的各种物体，传统的二维图难以完全展现各种设备及管线、电缆之间的空间位置关系，容易造成空间浪费，而且容易导致管线、电缆、设备之间发生碰撞。而Bentley三维协同设计软件为了避免此种现象的发生，在协同设计平台上提供了碰撞检测，能够做到在图纸设计阶段就规避管线之间的碰撞，提高施工成效，避免返工及重大设计变更。

(3)专业协同。水利水电工程所涉及的专业较多，往往一个完整工程的设计需要水工、金属结构、电气、水机、暖通等多个专业的协同设计才能完成，专业之间接口复杂，若没有一个统一的平台进行接洽，即使每个专业能独立的完成自己分内的工作，也无法完成整个设计。而Bentley公司提供的Microstation平台下有多种子软件，几乎覆盖了水利水电工程所有的专业领域，同时支持专业模块的定制开发，每个专业可以建立自己的数据库，其他专业直接调用即可，使得设计人员能够快速整合各个专业的设计成果，形成完整的工程设计。

5结论

三维协同设计是未来水利水电工程设计的必然趋势，相对于传统的二维设计而言，更为直观、准确、便捷。

参考文献

［1］庄叶凯.Bentley三维工厂软件在工程设计中的应用［J］.有色冶金设计与研究，2009，30(6):108－109

［2］冉瑞江.Bentley软件在变电站三维数字化设计方面的应用与探讨［J］.中国电业(技术版)，2012，3:43－45

［3］潘键.Bentley电气软件在水利工程设计中的推广与应用［J］.黑龙江水利科技，2019，5(47):168－170

作者：张慧媛   单位：贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司