水电站发电厂房管理论文

2022-04-15

摘要：地下洞室群施工操作面很多、施工繁杂工作多又交叉，施工中会产生很多有害气体，例如爆破气体、机械尾气、混凝土粉尘等，通风防尘问题尤为明显。施工通风良好，既可以确保劳动安全，还能创造最佳施工环境，提升施工效率，保证施工进度，地下洞室群结构与施工复杂性对地下洞室群通风问题有直接影响，因此有必要就地下洞室群通风情况展开分析。下面是小编为大家整理的《水电站发电厂房管理论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

水电站发电厂房管理论文篇1：

基于3DVIA Composer的水电站厂房模型三维仿真系统开发

摘要：该文以AutoCAD和CATIA为平台，建立了水电站厂房的三维模型，采用3DVIA Composer软件进行模型集成，将CATIA等CAD软件产品导入，经过编辑输出水电站厂房的演示动画和高清图片。同时根据混流式水轮发电机的结构及原理规划了水轮发电机的装配序列，实现了水轮发电机的虚拟装配仿真。实际工程应用证明，水电站厂房模型三维仿真系统增强了模型的逼真度，有助于厂房管理人员快速熟悉掌握厂房及水轮发电机的复杂构造。

关键词：AutoCAD；CATIA；3DVIA Composer；水电站厂房；三维仿真

Key words： AutoCAD； CATIA； 3DVIA Composer； Hydropower house； Three-dimensional simulation

虚拟仿真技术是当今CAD研究与应用的重要技术。水电站厂房是水利枢纽工程中的核心建筑物，水轮发电机是水电站厂房的关键点。厂房模型量较大，各个建筑物之间的相对关系复杂，且发电机组处于地下厂房内部，难于观察。开发水电站厂房模型三维仿真系统，将厂房内部复杂构造清晰的表达，同时将水轮发电机的结构装配以虚拟动画的形式形象、生动地展现出来。该文采用AutoCAD软件对厂房结构进行创建，采用CATIA三维制图软件对水轮发电机进行创建，采用3DVIA Composer软件输出水轮发电机虚拟装配演示动画和厂房高清图片。

1 水电站厂房三维模型的创建

三维模型是水电站厂房模型三维仿真系统开发的基础，三维模型包含水电站厂房的土建部分和厂房内部的发电设备。由于3DVIA Composer是一套模型集成演示软件，不是专业的建模软件[1]，需要借助常用的大型三维建模软件进行三维模型的创建，通过分析比较笔者选用AutoCAD进行水电站厂房土建部分三维模型的创建，选用CATIA对厂房内部水轮发电机的三维模型进行创建。

1.1 基于AutoCAD的水电站厂房三维模型创建

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，现广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、航空航天、轻工化工等诸多领域。AutoCAD三维模型主要有线框模型，曲面模型和实体模型。由于厂房结构比较复杂，建模前，先根据二维平面图纸将厂房结构进行规划，主要包括主厂房和副厂房，主厂房自上而下又分为发电机层、电气夹层、水轮机层及蜗壳层等。其次，将基本体、二维图形经拉伸、旋转、扫掠、放样等变幻为基本三维体，再通过并、差、交等布尔运算和各种编辑操作獲得与图纸相符的厂房结构。图1就是利用AutoCAD创建的水电站厂房三维模型。

本次动画设定时间为60秒，为能全角度地观察水轮发电机装配体的外观特征，设置水轮发电机绕Y轴旋转一周，将时间线移到1s处，设置照相机关键帧，记录旋转开始的视点，再将时间线移至3s处，将装配体绕Y轴旋转一周，在时间轴上自动创建了3s时的摄像机关键帧，则在1～3s内，装配体将绕Y轴旋转一周。

之后根据水轮发电机的装配树结构，生成装配体的爆炸视图即设置装配体的拆卸顺序，自上而下主要包括上机架—定子—转子—下机架—水轮机，其中水轮机结构中的各零部件在拆卸过程中也要一一分离出来。应用变换工具生成爆炸视图，按拆卸顺序分别设置每个零部件的爆炸路径，在时间轴上设置每个零部件的拆卸时间长度为2s。单击“播放动画”观察动画，适当改变关键帧位置，调整拆卸顺序和运动速度。

装配体的装配过程为拆卸过程的逆过程，解除爆炸视图完成装配过程。可以通过选择所有拆卸过程的关键帧，复制到拆卸动画后2s，选择时间反转即可。完成动画之后，渲染输出“.avi”格式，利用Vegas软件进行配音加字幕，一个完整的仿真动画就制作完成了。

2.2 水电站厂房结构三维模型高清图片的制作

打开3DVIA Composer软件，将创建完成的水轮发电机组和厂房三维模型按照他们的相对位置关系集成，通过鼠标的旋转、平移和缩放操作，将模型以合适的视角在视口中显示，便于操作和观察。设置不透明性可以观察厂房内部的机组和厂房的层次结构，采用剖切可以观察厂房的断面图，能更加直观的了解厂房的层次机构。下面主要介绍3DVIA Composer中的消隐、剖切和光影效果等功能输出厂房的高清图片。

在窗口上侧“作者”下选择“创建切除面”，根据出现的红色箭头选择切除面的方向创建切除面，移动切除面到合适位置以剖切三维模型。3DVIA Composer中光影显示效果分为模型自身显示和灯光效果显示，在“渲染”菜单中，选择不同模型或灯光模式，可设置不同的显示效果。调整视口中模型的视角，点击“主页”下的“高分辨率图像”来输出图片，在弹出的“工作间”面板可设置图片的大小，将图片另存为常用的“.jpg”格式。如图5、图6分别为主厂房的纵剖面图和发电机组装配图。

3 结束语

本文借助AutoCAD和CATIA软件，完成了水电站厂房和水轮发电机组三维实体模型的创建，采用3DVIA Composer软件制作输出水轮发电机虚拟装配演示动画和厂房高清图片，成功开发水电站厂房模型三维仿真系统，增强了模型的立体感和逼真度，有助于厂房管理人员快速熟悉掌握厂房及水轮发电机的复杂构造，为之后电站厂房的虚拟漫游和安全监测研究提供了有力支撑。

参考文献：

[1] 李南辉，李洋波，王飞.基于Virtools的水电站厂房可视化系统开发[J].电脑知识与技术，2013，9（4）： 2464-2466.

[2] 马伟，张海英，雷贤卿. CATIA V5 R16曲面造型及逆向设计[M].北京：科学出版社，2009.

[3] 詹熙达.CATIA V5产品设计实例教程[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4] 张志利，褚识广，龙勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液压元件虚拟装配仿真[C].全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集，2010.

作者：袁凤娟等

水电站发电厂房管理论文篇2：

大断面多交叉地下厂房洞室群施工通风技术

关键词：地下洞室群;結构;特点;复杂性

0引言

猴子岩水电站地下厂房系统由于单机容量大，洞室布置集中，洞室跨度大、边墙高，施工工序多，相互干扰大，加之不可预见的不良地质情况（高地应力、岩爆现象），施工过程中需要考虑的因素众多，复杂程度很高，是一个超大型地下工程。为提升施工进度，使用平面多工序、立体多层次的交叉施工，无疑会增加施工通风困难。

1地下洞室群施工时的污染源

地下洞室施工期间，会产生很多有害气体，常见的为下面几种，施工操作期间，应妥善采取措施，减少有害气体对人体带来的危害，努力保证施工人员健康。

1.1爆破炮烟

炸药爆破期间，会产生很多毒害气体，有害气体种类、成分、数量与炸药氧平衡关系密切，此外，起爆药包种类、炸药加工质量、应用条件等都会影响气体性质。爆炸期间如果正氧平衡较大，氮元素则会被氧化成氧化氮（NO2、N2O5）;如果负氧平衡较大，氧含量不足，碳原子很难都被氧化，此时将有大量一氧化碳（CO）气体产生。

1.2柴油废气

柴油燃烧产生的机械废气多在高温高压下产生，这种混合气体成分十分复杂，且具有一定毒性。地下施工机械作为低污染设备，柴油燃烧产生的废气主要有：NOx、CO和黑烟等物质。因汽油机燃烧产生的CO含量为柴油机的多倍，汽油机应用容易发生火灾，因此，国家不允许汽油机进洞操作。

1.3粉尘

粉尘作为污染隧道环境一个主要污染源，会影响隧道施工人员健康。粉尘危害会直接提升工作人员矽肺发病率。粉尘多产生在掘进、打孔、运输等操作中，通常来讲粒径超过l0μm为可见尘粒，粒径大小在0.25μm～10μm的为显微尘粒，低于0.25μm即超显微尘粒，需要借助超倍显微镜观看。通常来讲，除尘方式包含喷雾降尘通风、隔离粉尘等方法。

2猴子岩大断面多交叉地下洞室施工通风研究

2.1地下洞室群通风排烟

通风散烟按照部位进行分期布置。初期：压力管道上平段及下平段开挖过程中的通风散烟（压力管道斜井未贯通之前）;排风竖井贯通以前的主厂房、主变室和尾水调压室的通风散烟;尾水遂洞与地面贯通前的通风散烟。中期：压力管道上平段和下平段开挖贯通后的通风散烟;排风竖井贯通以后的主厂房、主变和尾水调压室的通风散烟;尾水遂洞与地面贯通后的通风散烟。后期：压力管道全部开挖完成后的通风散烟;主厂房、主变和尾水调压室开挖完成后的通风散烟;尾水遂洞全部开挖完成后的通风散烟[1]。

施工通风散烟布置：初期的通风散烟除压力管道上平段部分靠进水口侧的施工采用自然通风外，其它部位全部使用通风机进行机械通风散烟;中期的通风散烟使用机械通风与自然通风相辅助进行，并尽可能提前贯通竖井，创造更多的自然通风散烟条件;后期的通风散烟主要以自然通风散烟为主，在不能形成自然通风条件或自然通风条件差的部位使用机械进行通风散烟。

2.2地下洞室群通风排烟的重点、难点及相应对策

根据猴子岩水电站地下厂房系统工程洞室布置特点、厂区工程地质条件及招标技术条款分析，地下厂房系统工程通风排烟主要有如下难点：（1）主要洞室开挖、浇筑等施工具有对外通道线路长、出口少的特点，主厂房、主变和尾水调压室三大洞室群的前期施工通道口只有2条（主厂房进风洞、4#公路隧道），且高程基本相同，不利于形成自然通风条件;（2）压力管道下平洞第一层开挖过程中（压力管道上下平段未贯通之前），各个工作面的烟尘均通过4#公路隧道唯一的通道进行排烟，工作面和交通洞内滞留的烟尘有可能长期滞留;（3）厂房的通风竖井、主变的出线井靠近支洞设置，这几大洞室内的烟尘不易直接被排出，且较大洞室内的空气流通性差;（4）由于尾水洞与地面贯通的时间较晚，各个工作面的烟尘均通过尾水洞下支洞唯一的通道进行排烟，所以也是通风散烟的一大难点。

针对上述重点、难点，根据施工技术总体规划，施工中主要采取以下对策：（1）根据现场工作面移交情况，进场后尽快形成通风排风竖井，以便为主厂房、主变洞的开挖提供自然通风的条件;同时增加部分通风散烟竖（斜）井（孔群）及支洞;（2）施工初期根据工期要求及洞室群的布置特点，分部位布置通风机械进行通风散烟。压力管道下平洞、厂房、主变洞、尾水系统（包括尾水调压室）开挖支护施工采用正压送风和正压排风的强制式机械通风散烟方式;（3）施工中期根据工期要求及洞室群的布置特点，以各个部位相对独立的施工进行通风散烟的布置。压力管道尽快贯通斜井导井，形成自然通风散烟的条件;尽早贯通主厂房、主变的排风竖井，形成自然排风的通道;尽快将尾水出口与地面相贯通;（4）施工后期根据工期要求及洞室群的布置特点，通风散烟布置如下：主要洞室群基本上全部使用自然通风循环进行;部分线路过长不易形成自然通风条件及自然通风条件差的部位采用机械辅助通风;（5）为了保证洞内空气质量，隧道内避免应用柴油机械，便于控制有毒气体排放，洞内柴油设备（运输车辆、挖掘机等）应用期间，需要配置过滤净化器;（6）洞内所有喷混凝土采用湿喷，严禁打干钻。

2.3通风布置

2.3.1通风总体布置

（1）压力管道通风布置。为满足压力管道施工需要，施工通风结合施工程序安排和外围施工条件分三期布置。初期由于承担压力管道下平段施工的4#公路隧道为独头工作面，此时在4#公路隧道洞口设置接力风机送风，废气由4#公路隧道排出;中期以解决下平洞通风散烟困难为主，压力管道下平段支洞处设置的5#通风竖井，废气通过此竖井从6#公路排出。同时根据施工进度要求，尽快贯通4#、2#压力管道斜井，形成压力管道的自然通风循环条件;后期随着开挖支护施工的相继结束并转入混凝土衬砌、钢管安装施工，洞内通风完全利用自然通风。

（2）主厂房系统通风布置。主厂房工程量巨大、工期紧、施工任务重，为了组织“平面多工序，立体多层次”施工，通风环境好坏会对施工展开产生直接影响。施工通风拟分三期进行规划布置，施工前期充分利用进风洞已提前形成的有利条件，设置大容量的轴流通风机，采取机械的通风方式，以形成厂房内部的良好风流循环系统;中期随着排风竖井的贯通，加强前期布置的通风风机送入新鲜空气，以机械和自然排风相结合进行散烟;后期厂房混凝土和机电安装期间，通过尾水洞出水口、引水遂洞、通风竖井形成的自然通风循环系统排出废气及有害气体[2]。

（3）主变室及母线洞施工通风布置。施工前期厂房进风洞和主变上支洞作为承担主变I、II层开挖支护施工独头工作面，在厂房进风洞洞口设置强力风机送入新鲜空气，废气由布置在主变上支洞内的轴流风机排出;中期通风尽快将排风竖井、出线竖井贯穿，由4#公路隧道送入新鲜空气，废气由排风竖井、出线竖井排出;后期进入混凝土施工及机电安装阶段，洞室与主厂房连通，具备自然通风条件，洞室形成较好的通风条件。

（4）尾水调压室的通风布置。尾水调压室初期通风阶段主要是进行I层开挖支护施工通风阶段。利用尾调交通洞布置的供风系统进行正压接力送风，烟尘由尾调交通洞布置风机正压排出。

（5）尾水支洞及尾水洞施工通风布置。尾水支洞初期通风散烟采用布置在尾水洞上支洞口的正压通风机压入新鲜空气，废气由洞内设置的轴流通风机排出。同时在尽快将尾水上层开挖至尾水扩散段，采用小导洞和斜井相结合的方式形成1#、2#施工期通风斜井，形成废气排风通道。在省道S211复建公路侧向1#、2#尾水洞各施工一组φ110通风孔群（3#施工期通风孔群、4#施工期通风孔群），对尾水隧道进行抽排。

中期随着尾水洞下层开挖的进行，尾水出口与外界连通，前期布置在尾水洞上支洞洞口的风机拆除，安裝到距离尾水洞出口30～50m位置向工作面送入新鲜空气;后期随着开挖支护工序的相继结束，转入混凝土施工阶段，整个地下洞室群已相互贯通，尾水施工支洞的风机全部拆除，施工利用各管道及竖井进行自然通风循环，局部通风散烟较难的部位采用局部风机辅助通风。

2.3.2通风竖（斜）井布置

（1）通风斜井的设置主要是改善尾水隧道、压力管道下平段、尾水连接洞等通风条件较差的部位;（2）通风竖（斜）井的布置以不危害和影响临近建筑物的安全和运行为前提;（3）通风竖（斜）井尽量利用永久隧道提前贯通导通及斜井，在程序安排上，提前贯通，形成有利的通风条件;（4）通风井（孔）周围设置安全防护栏及防护网，防止孔井堵塞，确保孔井处于完好运行状态。

2.3.3通风排烟系统运行管理

（1）通风期间使用强力轴流风机，然后安排专业人员管理洞室通风，接着在通风竖井、孔未贯通前开启通风设备，施工安排期间，提前疏通竖井与导洞，便于确保通风环境良好，从而有效改善洞室通风状况。

（2）配置气体监测、报警、喷雾降尘等装置，待通风散烟结束后，利用洒水浸透烟气。

（3）加强洞室通风，合理控制施工面爆破时间，及时散烟除尘，调整洞内烟雾及粉尘残留，促进施工建设全面开展。

（4）加强进洞机械维修保养。同时组建专业维修班，定期加强洞内机械保养，便于提升内燃机燃烧率。

（5）合理筛选油料与柴油添加剂。施工期间，选择含硫量较低的品牌，然后妥善选择柴油添加剂，便于控制一氧化碳排量。

（6）机械设备净化期间，配备附属箱，然后将其与尾气排放管相连，最后借助催化剂、水洗法减少有害气体产生。

（7）洞内造孔多使用湿式凿岩法，喷射混凝土期间可采取湿喷法。

（8）结合洞室开挖需风量，对风机功率进行合理调节，爆破排烟和出渣时期，开启通风机全功率，剩余操作执行期间，应全面减小设备负荷，或进行间歇通风，力争在确保通风效果基础上，有效节约能源与设备。

（9）加强进洞设备维修保养。同时，组建专业维修班，定期保养通风机并做好设备检查工作，保证通风机械状态最佳。

（10）空间上避开洞室进风口、出风口位置，防止压风期间，污浊气体又进到洞室中。

（11）提早贯通竖井，导井（导洞），形成良好的通风循环，充分利用自然通风，从而减轻机械强制通风负荷。

（12）风筒均采用新购，并尽量采用软风筒，以提高效率。

（13）定期检查通风设备电源开关与供电线路情况，出若遇到设备开关受损、线路破皮等情况，需要立即更换电源开关，及时修补受损线路，妥善处理落地线路。保证通风设备合理运行。

3结语

地下洞室群施工通风以机械通风为主，通常来讲，因地下厂房洞较深，洞室很长，施工单位难以组织全面通风气流，就大型地下洞室群而言，有必要在洞深位置设立通风装置。地下洞室内形成风路可促进空气流动，帮助改善洞室空气质量，改变施工人员操作环境。随着电站永久应用，其排风量运输均衡。随着和谐社会与以人为本理念的盛行，地下洞室设计期间，更要充分凸显这一理念。本文介绍了地下洞室群通风的标准及方式，结合猴子岩水电站地下厂房系统的实际情况，提出自然和机械的通风散烟并重的通风散烟思路。

参考文献

[1]孙会想，汪海平.特大型地下洞室群施工期通风技术研究及应用[J].现代隧道技术，2019，56（6）：187-195.

[2]王红军，廖云江，晏明，等.大型地下厂房洞室群开挖方法创新与实践[J].云南水力发电，2020，36（4）：40-43.

ConstructionandVentilationTechnologyofLarge-sectionMulti-crossingUndergroundWorkshopTunnelGroup

LINJinwei

（ChinaWaterResourcesandHydropowerSeventhEngineeringBureauCo.，Ltd.，ChengduSichuan610000）

blasting，slagloading，transportation，injectionanchorsupportandotherprocesscrossoperation.Theharmful

gassuchasblastinggas，exhaustfromconstructionmachineryanddustofconcreteoperationisproducedin

theconstruction，andtheproblemofventilationanddustpreventionisveryprominent.Goodconstruction

ventilationisnotonlyanecessityforlaborsafety，butalsoanimportantguaranteetocreategoodconstruction

environmentconditions，improveworkefficiencyandspeeduptheconstructionprogress.Thestructural

characteristicsoftheundergroundtunnelgroupandthecomplexityoftheconstructionprocessdeterminethe

particularityoftheventilationproblemoftheundergroundtunnelgroup.

作者：林金威

水电站发电厂房管理论文篇3：

BIM技术在乌东德水电站机电设计中的应用

摘要：乌东德水电站地下厂房空间狭窄，机电设计要求高，设备、管道及线路复杂，设计难度大。以3DE（3DExperience）为基础平台，灵活应用BIM技术，建立机电资源库，搭建项目结构树，通过原理图驱动三维设计，对总装模型优化调整，实现了乌东德水电站机电BIM正向设计。结果表明：乌东德水电站机电BIM正向设计达到了机电设备三维可视化展示、工程量统计、碰撞检测、工程图定制及成套出图、虚拟施工装配的效果。研究成果可为其他水电工程提供借鉴。

关键词：机电设计; BIM; 3DE; 地下厂房; 乌东德水电站

中图法分类号：TV734 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.01.005

0 引言

乌东德水电站位于云南省禄劝县和四川省会东县交界，电站装设12台单机容量85万kW的混流式水轮发电机组。乌东德水电站是世界上已投产发电的第七大水电站，是中国实施“西电东送”战略的骨干电源，首台机组于2020年6月底投产发电，2021年6月电站全部机组投产发电。水电站采用地下式厂房，厂内机电设计需要充分利用空间，要求布置美观又便于运维。乌东德水电站机电设计条件复杂，协调工作繁琐，机电系统由多个专业、多个系统组合而成[1]，管道、线路规模宏大，连接复杂，设计难度较大。近年来随着现代信息技术的发展，人们日益认识到BIM技术的可视化、建模快、模拟性、优化型、协同性和可出图等技术优势[2-4]。随着BIM技术集成应用能力逐步提升，其在工程领域的应用日益广泛，在水电设计行业也逐渐得到重视[5]。

BIM作为一次工程技术的变革，在各行业中仍处于不断摸索、自行提高的阶段[6]。现阶段仍存在许多问题和挑战。BIM技术在水电工程机电设计应用实践中主要表现出的问题有以下几个方面。

（1） BIM技术应用需要投入大量资源，包括软硬件技术条件，如BIM平台、服务器、网络环境等。BIM项目实施需要既掌握BIM平台操作又懂专业设计的工程师。

（2）与三维技术应用成熟的制造业不同，二维工程图仍为水电行业设计成果的主要交付方式。BIM模型直接生成二维图功能仍不完善，不能完全满足现行制图标准要求，电气专业接地、照明等系统的图纸图面处理工作量较大，效率低下，仍旧采用传统CAD软件作为制图工具。

（3）与传统方式相比，BIM技术需要设计工作内容在前期更为深化，但作为设计条件输入的具体设备信息模型前期又难以确定。

（4） BIM技术尚未形成行业生态圈，BIM设计成果在水电项目建设过程或全生命周期管理中还远未发挥出应有的价值。

因此，本文以乌东德水电站机电设计为例，采用达索系统（Dassault Systems）的3DE（3DExperience）平台，探索和实践了BIM技术的应用，实现了对乌东德水电站机电BIM正向设计。本文建立了机电资源库，搭建项目结构树，通过原理图驱动三维设计，对总装模型优化调整，完成BIM模型出圖，达到了机电设备三维可视化展示、渲染效果处理、工程量统计、碰撞检测、工程图定制及成套出图、虚拟施工装配的效果，为BIM技术在其他水电工程设计项目应用提供了借鉴和参考。

1 机电资源库建设

乌东德水电站机电设计包括水机、电气、暖通及厂房等多个专业，探索应用了3DE平台BIM技术正向协同设计方法。3DE平台包含了三维建模、仿真、协同数据管理及信息智能4个方面的大量模块，所有应用APP按用户角色配置提供入口。不同模块之间使用统一的底层数据，各专业协同设计无需通过中间格式进行数据传递。

BIM设计软件的使用使得设计模式发生了根本性的变革，从传统的二维设计转变为三维参数化设计。基于BIM技术的机电三维参数化设计的过程类似于搭积木，机电系统模型由设备、管道、线路等拼接而成。BIM模型构件是模块化设计的基础资源，一般以库的形式组织。模型资源库可以避免大量的重复建模工作。BIM模型资源的建设管理可形成企业的信息资产，通过在设计过程中共享与重复使用，有效提高设计可靠性、效率和质量。考虑ENOVIA系列企业级数据管理平台实施周期较长，乌东德水电站机电设计项目的基础3D模型资源主要采用3DE平台的CATIA系列APP管理。

1.1 模型库结构

标准件库的创建和扩充是BIM设计标准化的重要基础性工作[7]。由于机电设备具有种类繁多、设备部件多、外形复杂等特点，机电模型资源库需按专业和设备类型分为多个目录，包括水力机械图例库、水力机械设备库、管道元件库、电气图例库、电气设备库、电缆库、暖通设备库、风管元件库。以水力机械设备库为例，对常用设备归纳分析，确定水力机械设备库的目录结构如图1所示。

1.2 编码规则

BIM模型资源标准化建设的核心和首要工作是分类和编码。为科学合理应用和管理BIM模型资源，模型信息编码应当遵循一定的规则。各企业或项目实施团队可根据自身具体情况制定规则。模型构件命名考虑的基本原则是：唯一、简明、规范、适用。乌东德水电站管道元件弯头的命名规则示例见图2。

1.3 3DE平台模型资源库实施

完成库架构的建立后，机电设备模型作为项目插入到对应库目录章节。设备模型根据其复杂程度，可以采用不同的建模方法，难以用少量参数驱动的复杂外形设备模型可不使用参数化建模。标准件库建立流程为：① 建立一般元件模型，通过参数约束模型几何特征;② 建立设计表，设计表文件中编写各参数数据列，将设计表数据列关联模型参数;③ 应用表中数据从一般模型衍生系列模型零件并填充至目录库。

2 乌东德水电站机电BIM正向设计

2.1 正向设计实施流程

BIM正向设计的目标是使设计人员可直接在三维环境下进行设计，各专业设计人员应用三维模型进行沟通、方案优化、设计成果输出等。乌东德水电站机电BIM正向设计实施流程为：BIM策划→合作区创建→结构树搭建及任务分解→多专业协同设计→BIM模型应用，项目实施各阶段工作主要内容如下：

（1） BIM策划。明确三维设计内容及BIM成果应用要求。

（2）合作区创建。在3DE平台创建合作区，给设计人员分派角色、权限。配置合作区机电设计资源。

（3）结构树搭建及任务分解。结构树分层方法有多种，乌东德水电站机电三维设计结构树按专业划分一级节点，按系统划分二级节点。按系统分派工作任务。这种划分方法更便于工作任务分解及专业间协调，设计人员可以从结构树中直接选择目标产品或零件，不用考虑其空间位置。当需要考虑空间区域内多专业模型零件时可直接在三维模型上应用空间过滤器。乌东德水电站机电设计结构树见图3。

（4）多专业协同设计。各专业设计人员在分派的各自节点下进行设备模型创建和方案布置。设计过程中进行专业间协调优化，审核或会签人员利用Design Review应用对设计方案进行批注说明，设计人员查看、修改。多专业基于同一套数据模型并行开展设计工作。

（5） BIM模型应用。三维设计完成后，利用BIM模型进行设计方案VR体验、可视化交底、工程量统计、二维出图等。

2.2 系统原理设计

3DE平台以单一数据源和基于流程的应用为核心，原理图驱动三维设计，实现二维与三维设计数据关联，可同步管理，保证数据流的一致性与准确性，提高复杂系统的设计效率和质量。机电系统三维设计有两种方法：① 通过二维逻辑原理图到三维设备的映射;② 直接进行三维设备的布放、管道、电缆通道的创建等[1]。考虑乌东德水电站大型工程的设计工期及BIM应用要求，对于各专业各系统的设计方法根据实际情况区别对待。在乌东德水电站合作区配置完成二维原理图设计资源后，直接调用库中设备元件图例完成2D原理图设计。乌东德水电站右岸电站8号公用电系统接线原理图设计见图4。

2.3 设备布置及管路连接

各设计人员分别根据各自的专业设计角色使用Assembly design，Piping &Tubing 3D design，Electrical 3D design，HVAC 3D design等应用进行机电设备布置。设备布放流程为：进入管路设计模块→初选放置位置→选择库和设备模型→调整设备位置;管道布置流程为：进入管路设计模块→选择管道规格→布置管道→放置管道附件。乌东德水电站透平油系统设备和管路布置示例见图5。

2.4 电缆桥架及电缆敷设

水电站电气设备众多，系统复杂，电缆敷设量较大。在前期使用Electrical sys design 应用完成电气原理图设计后可直接驱动物理模型设计。电气系统三维物理设计流程见图6。乌东德水电站右岸电站8号公用电系统电气设计实例见图7。

3 设计效果

在3DE平臺下，通过多专业实时协同设计，完成了乌东德水电站机电工程三维设计任务。乌东德水电站机电设计BIM技术应用效果主要体现在以下几个方面。

3.1 多专业三维协同设计

传统二维设计需要各个专业间通过二维图纸进行相互参照。由于二维制图用时较长，专业间设计方案沟通滞后，通常会发生由于图纸交换版本不同等原因造成的各专业之间的不协调引起设计变更。乌东德水电站机电多专业三维协同设计，实现了并行协同的工作方式，多个专业在同一个数据模型基础上开展各自的工作，提高了设计效率。设计过程中参考周围相关环境，直接避免或解决冲突碰撞。通过全专业模型的“三维校审”，碰撞检测，发现隐藏的问题，在实际施工之前消除错误碰撞，提高了设计质量。以往现场施工过程中的管线干涉碰撞问题在乌东德水电站发生率显著降低。

3.2 设计方案优化

将大量管道在有限的空间内顺畅排布一直是传统二维设计的难题。乌东德水电站地下厂房相对紧凑，机电设备管线布置尤其复杂，应用BIM技术对机电各专业管线三维空间布置统一优化，使得布置美观又节约空间。乌东德水电站水轮机层下游侧通道是所有纵贯全厂管道、电缆的通道，同时也是设备安装、运输与运维人员通道。通过综合优化排布电缆桥架和油、气、水管线，使得该通道净空由2.0 m提高到2.4 m，实现了业主对美丽机电的需求（图8）。

3.3 三维可视化表达

应用三维模型动态展示功能对乌东德水电站机电设计进行交底，无需专门制作PPT。将设计方案的实际效果进行360°展示、剖切，形象化的直观表达可让人迅速了解工程特点，理解系统设计，掌握设备布置。乌东德水电站地下电站机电模型见图9，电站总体模型剖视效果见图10。

3.4 设计成果VR体验

乌东德水电站项目工地部署配置了整套三维设计软硬件环境，包括一套VR体验设备。将VR技术融入于传统的水利水电工程领域，实现了参建各方对设计方案的全知、全感、全体验，达到业主、施工、监理对设计的准确理解，避免了由于方案理解不清晰、沟通不顺利等因素导致的反复修改、工期拖延、成本增加等问题。

3.5 工程量精准统计

乌东德水电站机电三维模型根据实际设备尺寸建模，为精确统计工程量打下了基础。使用软件计算统计数量、长度、质量等信息，省去了人工算量的过程，解决了机电设备、元件、材料明细统计过程繁琐的难题[2]。使用软件自动计算统计电缆长度，较传统方法节约了2.2%的工程量。管道系统以精确的模型为基础，扣除法兰、弯头、阀门的结构长度，也避免了不必要的过量采购问题。

3.6 二维工程图生成

目前BIM技術在水电工程的应用尚处于普及阶段，图纸仍是重要的设计成果输出形式。在可行性研究阶段，图纸的目的为辅助表达设计意图，应用BIM模型生成图纸可以满足交付要求。施工阶段，图纸的目的为指导施工。复杂管线布置图采用BIM模型生成二维视图，并辅以三维布置轴测图。这种出图方式降低了对读图者的要求，显著提高了参建各方识图效率。

3.7 模拟工程变更方案

应用BIM模型，对实际施工过程中由于偏差等原因造成的变更进行方案模拟，以便于决策。施工现场测量曾发现乌东德水电站6号机技术供水四通阀接口埋管出口偏差较大，四通阀无法按设计方案安装。根据现场测量的数据，调整修改模型，对偏差补救方案进行模拟，提出并比较了不同处理方案的效果。

4 结语

通过将BIM技术应用在乌东德水电站机电设计中，探索了基于BIM的设计方法，积累了水电工程机电三维协同设计经验和BIM模型资源，实现了水电工程从方案原理到三维布置再到二维施工图的机电正向设计流程。三维设计成果直观形象，利于快速准确理解设计方案，使参建各方沟通更为顺畅。乌东德水电站机电设备安装布局合理，便于运行维护，管线布置有效利用空间，排列有序，层次分明，观感良好，体现出了工业之美，同时还利用精准的材料统计节约了建设成本。

参考文献：

[1] 王豪，郭学洋，彭志远，等. 基于3DE平台的乌东德水电站水力机械BIM设计[J/OL]. 中国农村水利水电，2021[2021-09-10]. https：//kns.cnki.net/kns8/defaultresult/index.

[2] 王凤起. BIM技术应用发展研究报告[J]. 建筑技术，2017，48（11）：1124-1126.

[3] 万江龙，潘琼文，徐纪伟，等. 船舶电气系统三维协同设计方法[J]. 船电技术，2019，39（10）：18-21.

[4] 任华春. 基于BIM技术的泵闸工程三维协同集成化设计方案研究[J]. 水利水电技术，2017（5）：67-73.

[5] 李德，宾洪祥，黄桂林. 水利水电工程BIM应用价值与企业推广思考[J]. 水利水电技术，2016（8）：40-43.

[6] 朱毅，孙文彬，陈向东. 水电站水力机械专业BIM设计及应用[J]. 大电机技术，2018（4）：56-60，71.

[7] 李小帅，张乐. 乌东德水电站枢纽工程BIM设计与应用[J]. 土木建筑工程信息技术，2017，9（1）：7-13.

（编辑：江文）

Application of BIM technology in E&M design of

Wudongde Hydropower Station

GUO Xueyang， WANG Hao， LI Ling， ZHENG Taoping