隨著中國經(jīng)濟(jì)增長，國內(nèi)用電量也明顯增加，與此同時(shí)全球氣候不斷變暖，化石能源日益枯竭，基于這樣的背景，積極開發(fā)水力發(fā)電似乎已經(jīng)迫在眉睫。雖然目前國內(nèi)水力發(fā)電技術(shù)成熟，但是每個(gè)大型水電站從研究到投產(chǎn)的周期長達(dá)十多年，而且建設(shè)成本很高，為了滿足國內(nèi)水力發(fā)電的迫切需求，水電站建設(shè)亟待轉(zhuǎn)型。
達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺提供關(guān)于水力發(fā)電的相關(guān)解決方案可提升企業(yè)整體研發(fā)、建造效率。達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺包含設(shè)計(jì)、分析、仿真、管理、信息智能等功能，企業(yè)員工可基于統(tǒng)一平臺協(xié)同辦公，解決了以往企業(yè)不同軟件或平臺間相互協(xié)作的問題。同時(shí)，達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的功能具有高度定制化特性，可基于企業(yè)自身實(shí)際情況定制開發(fā)功能，滿足企業(yè)實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺應(yīng)用
本文主要介紹水電站基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用方案，包括項(xiàng)目策劃及管理、協(xié)同設(shè)計(jì)、有限元分析、施工仿真等內(nèi)容。
項(xiàng)目策劃及管理
水電站項(xiàng)目有專業(yè)多、時(shí)間周期長、工程量大的特點(diǎn)，因此需要對項(xiàng)目統(tǒng)一策劃，從而保證項(xiàng)目順利實(shí)施。企業(yè)BIM總監(jiān)對項(xiàng)目任務(wù)、時(shí)間、責(zé)任人進(jìn)行劃分，通過達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺Web端規(guī)劃項(xiàng)目合作區(qū)并通過項(xiàng)目管理給相應(yīng)人員指派設(shè)計(jì)任務(wù)，在項(xiàng)目看板查看項(xiàng)目總體規(guī)劃以及任務(wù)完成進(jìn)度。
圖. 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)體系
圖. 項(xiàng)目管理
圖. 項(xiàng)目看板
協(xié)同設(shè)計(jì)
水電站設(shè)計(jì)分預(yù)可研、可研、初設(shè)、招標(biāo)、技施等階段。預(yù)可研階段主要是對地質(zhì)進(jìn)行勘探分析，在壩址選擇規(guī)劃階段分別對多個(gè)壩址開展了勘測設(shè)計(jì)工作；可研階段的第一階段是在預(yù)可行性研究的基礎(chǔ)之上進(jìn)行選壩勘測設(shè)計(jì)研究,選定壩址和壩型，第二階段是在壩址壩型選擇設(shè)計(jì)完成后,開展全面的可行性研究設(shè)計(jì)；初設(shè)階段是在可行性研究的基礎(chǔ)上，對工程進(jìn)行的最基本的設(shè)計(jì)，確定擬建項(xiàng)目的綜合開發(fā)目標(biāo)、工程及主要建筑物等級、總體布置、主要建筑物形式和輪廓尺寸、主要機(jī)電設(shè)備形式和布置，確定總工程量、施工方法、施工總進(jìn)度和總概算，進(jìn)一步論證在指定地點(diǎn)和規(guī)定期限內(nèi)進(jìn)行建設(shè)的可行性和合理性；招標(biāo)階段是在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善計(jì)劃，以滿足施工招標(biāo)工作的需要。技施階段也是施工詳圖階段，是在初步設(shè)計(jì)和招標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，繪制具體施工圖的設(shè)計(jì)，是現(xiàn)場建筑物施工和設(shè)備制作安裝的依據(jù)。
基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺，各專業(yè)可以同時(shí)開展在線設(shè)計(jì)，提交設(shè)計(jì)效率，總體設(shè)計(jì)流程如下：
圖. 水電站總體設(shè)計(jì)流程
設(shè)計(jì)規(guī)劃
1.合作區(qū)規(guī)劃
基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺開展水電站設(shè)計(jì)，企業(yè)BIM管理員需要先規(guī)劃私有合作區(qū)保證項(xiàng)目數(shù)據(jù)獨(dú)立以及安全。項(xiàng)目合作區(qū)創(chuàng)建后，基于項(xiàng)目策劃內(nèi)容由企業(yè)BIM總監(jiān)分派任務(wù)、企業(yè)BIM技術(shù)組成員添加項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員，同時(shí)在添加界面，分派項(xiàng)目成員角色。
圖. 作區(qū)規(guī)劃
2.項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樹設(shè)計(jì)
基于項(xiàng)目合作區(qū)搭建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樹，根據(jù)不同專業(yè)/工程創(chuàng)建不同層級不同類型的AEC節(jié)點(diǎn)。創(chuàng)建項(xiàng)目總節(jié)點(diǎn)采用“站點(diǎn)”的節(jié)點(diǎn)形式，設(shè)計(jì)階段、專業(yè)級應(yīng)用節(jié)點(diǎn)采用“其他AEC空間結(jié)構(gòu)元素”，工作包內(nèi)節(jié)點(diǎn)類型不做限制。
結(jié)構(gòu)樹與工作包節(jié)點(diǎn)命名不應(yīng)出現(xiàn)空節(jié)點(diǎn)名或者相同節(jié)點(diǎn)名，應(yīng)盡量使達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺文件得到唯一的識別標(biāo)識且便于搜索、識別和使用。位于結(jié)構(gòu)樹最頂端的節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，向下展開依次為一級節(jié)點(diǎn)、二級節(jié)點(diǎn)、…、N級節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)應(yīng)為站點(diǎn)文件，子節(jié)點(diǎn)為專業(yè)級應(yīng)用節(jié)點(diǎn)。
圖. 結(jié)構(gòu)樹設(shè)計(jì)
3.項(xiàng)目骨架設(shè)計(jì)
由企業(yè)BIM總監(jiān)牽頭，項(xiàng)目主要專業(yè)負(fù)責(zé)人完成項(xiàng)目總骨架搭建，各級節(jié)點(diǎn)依次完成專業(yè)骨架、工作包骨架搭建。骨架設(shè)計(jì)完成后，需發(fā)布骨架特征便于各專業(yè)引用。各專業(yè)基于自己的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，搭建子骨架并發(fā)布。在骨架建立拱壩定位線、二道壩軸線、泄洪中心線、尾水塔定位軸線等關(guān)鍵定位信息，各專業(yè)模型基于骨架進(jìn)行模型定位和復(fù)用，當(dāng)骨架數(shù)據(jù)發(fā)生變更后，各專業(yè)模型也會跟隨骨架變更。
圖. 項(xiàng)目骨架設(shè)計(jì)
地形設(shè)計(jì)
地形設(shè)計(jì)是其他專業(yè)的基礎(chǔ)，因此，在預(yù)可研和可研階段已經(jīng)獲取地形數(shù)據(jù)并分析處理生成點(diǎn)云或其他格式文件，導(dǎo)入達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)業(yè)務(wù)場景不同，會對地形文件進(jìn)行不同處理，在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺一般會對生成可計(jì)算曲面并對不同區(qū)域分塊、發(fā)布，基于完成后的地形進(jìn)行貼圖渲染，便于后期展示。
圖. 地形設(shè)計(jì)
交通設(shè)計(jì)
為了方便工程隊(duì)以及運(yùn)輸車輛進(jìn)場，必須優(yōu)先考慮交通。交通設(shè)計(jì)包含道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)有完整的解決方案并且已經(jīng)實(shí)施落地。達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)功能經(jīng)過不斷迭代更新，推出比較智能化的設(shè)計(jì)方案，一條10km的道路從規(guī)劃到施工圖完成預(yù)計(jì)一個(gè)月的時(shí)間可以完成，包含線路、路基、排水、交安、擋墻、涵洞等場景的設(shè)計(jì)。
圖. 道路設(shè)計(jì)
圖. 橋梁設(shè)計(jì)
圖. 隧道設(shè)計(jì)
水工設(shè)計(jì)
水工專業(yè)作為水電站設(shè)計(jì)的重要專業(yè)與其它各專業(yè)設(shè)計(jì)都相關(guān)，所以它是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，根據(jù)不同類型的水電站水工專業(yè)包含不同設(shè)計(jì)內(nèi)容，以拱壩為例，水工專業(yè)包括擋水工程、泄水工程、廠房、水道等內(nèi)容，為了保證水工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性以及高效性，通過達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺自帶的KAC開發(fā)功能，定制開發(fā)基于不同水電站主體部分的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程，其余部分可以基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的基本模板進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖. 水電站KAC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程
施工設(shè)計(jì)
施工設(shè)計(jì)包括料場、渣場、砂石系統(tǒng)、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)等內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中往往需要設(shè)計(jì)工具更加智能，比如料場用料自動計(jì)算，渣場堆料自動計(jì)算，砂石系統(tǒng)自動篩選砂石類型，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備自動選型等。通過達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的參數(shù)化設(shè)計(jì)以及豐富的資源設(shè)備庫可以快速計(jì)算相關(guān)參數(shù)，自動篩選砂石種類，設(shè)備類型。
圖. 施工設(shè)計(jì)
機(jī)電設(shè)計(jì)
機(jī)電設(shè)計(jì)包括水力機(jī)械、電氣一次、電氣二次等內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中存在因空間小易產(chǎn)生碰撞，標(biāo)準(zhǔn)件多，管線復(fù)雜等問題， 達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的電氣、管路設(shè)計(jì)解決方案可以完全匹配水電站機(jī)電設(shè)計(jì)，通過電氣、管路自動化設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，同時(shí)達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺包含大量機(jī)電標(biāo)準(zhǔn)件，可以快速實(shí)例化橋架、電纜、閥件等標(biāo)準(zhǔn)件。另外，通過Modelica和3DEXPERIENCE的Dymola能力，可以快速開發(fā)、仿真和驗(yàn)證復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)。
圖. 原理圖設(shè)計(jì)
圖. 電氣設(shè)計(jì)
圖. 管路設(shè)計(jì)
圖. Dymola分析
干涉檢查
各專業(yè)完成建模后，需進(jìn)行專業(yè)之間的模型審核，以判斷是否達(dá)到模型出圖和交付要求。碰撞檢查可消除設(shè)計(jì)過程中專業(yè)內(nèi)部、專業(yè)間模型的設(shè)計(jì)碰撞問題，在設(shè)計(jì)階段提前減小或消除施工返工問題。
圖. 碰撞檢查
工程出圖
在完成模型構(gòu)建后，基于三維模型工程出圖，部分樞紐布置圖及建筑物位置示意圖可選用達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的2D Layout模塊應(yīng)用出圖，可以實(shí)現(xiàn)三維展示效果的出圖。詳細(xì)施工圖紙需要在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的Drafting模塊出圖，工程圖完成后可生成PDF或其它文件格式交付。
圖. 二維圖紙
有限元分析
水電站建設(shè)之前一般會對主體部分以及周邊環(huán)境進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、抗震分析，保證主體部分的位置合理，可以抵擋極端洪水和地震?；谶_(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的SIMULIA解決方案可以合理分析水電站地理位置、周邊環(huán)境、極端洪水和地震等環(huán)境，得到最優(yōu)的水電站結(jié)構(gòu)。
圖. 水電站抗震分析
施工仿真
水電站施工仿真場景較多，施工方在水電站設(shè)計(jì)后期可以提前介入驗(yàn)證施工方案的可行性，BIM工程師在達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺上借助BIM模型進(jìn)行施工方案推演和施工仿真。達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺的DELMIA施工仿真解決方案，可以在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證施工計(jì)劃的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，施工資源與場地的合理安排，施工工法的正確施工。
達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺帶來的價(jià)值
1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)源：基于同一平臺，同一數(shù)據(jù)源，上下游或者專業(yè)間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)生命周期管理，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率;
2）協(xié)同設(shè)計(jì)管理：基于同一平臺定制開發(fā)不同專業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)流程，在提升各專業(yè)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的同時(shí)，建立各專業(yè)的基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，便于管理;
3）設(shè)計(jì)質(zhì)量管理：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線上審簽歸檔管理，明確各類數(shù)據(jù)審簽歸檔流程，形成版本有效性管理，可追蹤文檔審核進(jìn)展，后續(xù)亦可追溯簽審人員與簽審意見;
4）設(shè)計(jì)施工運(yùn)維一體化：通過平臺完成對水電站從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段的全過程數(shù)字化應(yīng)用，全程管控水電站建設(shè)過程，減少企業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工成本，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)。
總結(jié)
面對著能源電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺通過在先進(jìn)制造業(yè)的最佳實(shí)踐已經(jīng)成功應(yīng)用在能源電力行業(yè)，旨在幫助能源電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過在平臺上下游多專業(yè)多角色真正的并行工作，來確保協(xié)作并提高生產(chǎn)力。上海江達(dá)基于達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺在建筑工程行業(yè)擁有上海市政院、長江設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司、中國電建、中南建筑設(shè)計(jì)院等實(shí)踐和落地實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，歡迎聯(lián)系咨詢。
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達(dá)索系統(tǒng)開發(fā)合作伙伴
