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湖北院采用三维数字化设计,交付汨罗西 220kV变电站更高效

来源:BIM中国网

利用 Bentley 软件建立数字孪生模型,提高变电站设计人员的工作效率,节约成本约 600 万元

全生命周期三维数字化计划

国家电网公司在制定和推广三维设计标准,以在全国范围内实现变电站全生命周期数字化管理。汨罗西 220kV 变电站总投资约 1.13亿元,是国家电网公司变电站建设历史上全过程应用三维技术的首批试点工程之一。变电站投运后显著改善汨罗地区电网结构,提高周边15万用户的供电可靠性。湖北省电力勘测设计院有限公司(以下简称“湖北院”)承担该项目的设计任务,按照国家电网公司的设计标准实施三维协同建模,并向业主交付数字孪生模型。

项目面临诸多场地挑战,项目周边地貌复杂,民房较多,站址布置受到制约。为减少占地,需要多个相关工程专业密切合作,确定地下工程、建筑结构、电气设备和电缆沟等各种资产的空间位置。在 10 个月的紧张工期内,湖北院必须高效地协同各参建单位,才能确保项目按时安全交付。面对这些设计和施工难题,项目团队整合 BIM、实景建模、模拟和可视化技术,应用三维数字化标准,实现全生命周期数字化。

实景建模建立数字化环境,实现沉浸式可视化

为了准确规划项目,湖北院采用无人机倾斜摄影对变电站场址进行测绘,并利用 ContextCapture生成三维实景模型。实景模型可以提供可靠的环境信息支撑,直观反映站址区域的地形地貌、植被、河流湖泊、道路和房屋等信息,为变电站站址规划选择和出线走廊规划提供有力的支持。湖北院主任助理、高级工程师王伟表示:“利用ContextCapture 可以自动生成高精度的实景模型,直观地反映各种信息,帮助设计人员作出决策”。与传统的二维工程图相比,Bentley 的实景建模软件提供了可靠的环境信息,助力在受限场地中合理规划站址布局。

湖北院利用高度精确的三维实景模型实现现有条件可视化并进行分析,优化进出线走廊规划,将变电站对周边农田和房屋的影响降至最低。借助实景模型优化变电站布局,线路进出线避让周边民用建筑6座,占地面积与原方案相比节省了 0.94 公顷,节省占地费用 254万元;节省钻孔灌注桩工程量63立方米和成本9万元。

优化协同设计

受周边地貌和民房的限制,变电站布局较为紧凑,需要多个工程专业相互协作,避免在狭小的空间内发生碰撞。为了实现可靠、高质量和详细的三维设计,湖北院建立了开放式互连数据环境,并使用 Bentley 集成式数字化软件重新开展设计。利用ProjectWise 协同平台,集成电气、结构和地下建模工作。利用OpenUtilities Substation、OpenBuildings Designer、STAAD、Bentley Raceway and Cable Management 和 Promis.e 简化工作流,优化了协同设计,有效避免了后期返工30余处,节约项目变更150万元。

电气和土木工程团队通过 Bentley 特定专业数字化软件中的三维模型共享数据和信息,然后将其导入互连数据环境中的综合变电站模型。利用 STAAD 进行结构设计和分析,优化了建筑模型,设计钢材与实际钢材的精度偏差降低到不到 1%,优化钢构架 8 吨,节省成本 16万元。

Bentley 软件之间以及与第三方软件之间的数据互用性简化了协同数字化设计,节省了30工日的设计时间和35工日的校核时间。通过在互连数据环境中建立协同三维设计工作流,项目团队创建了优化的工程模型,可提前发现并解决碰撞,实现了现场地下施工零变更。王伟表示:“通过对全站地下设施进行碰撞检查,提前发现设计错误,避免后期返工 30 余处。”

三维模型简化施工管理

工程设计模型与实景模型相结合,组成了变电站数字孪生模型,从中自动提取施工图和材料数量。湖北院为实现变电站全生命周期数字化,探索了多种方法,利用三维设计模型指导施工。项目团队利用Bentley的移动版ProjectWise和Navigator等移动应用程序,支持现场施工人员访问和查看变电站模型和相关工程图。使用 iModel 和三维 PDF 模型可以集成多种形式的数据和动态模拟,施工人员能够查看设备安装情况,更好地了解施工过程。在互连数据环境中,利用这些移动数字化解决方案,方便现场工作人员访问三维设计模型,改善了工作流和沟通,有效指导施工,节省了 15 个工作日。

利用 SYNCHRO 进行4D施工模拟,可以直观地协调和模拟施工进程,跟踪和管理施工进度。利用这一动态施工模拟软件,将计划的施工进度与现场实际进度进行对比分析,有效地实时管理变更。王伟表示:“利用 SYNCHRO,我们可以系统、全面地管理和控制项目的进度,随时分析进度偏差,控制可能出现的风险。”湖北院通过利用移动技术和 SYNCHRO,采用三维设计模型来简化施工管理,实现了施工全面数字化,变电站比原定计划建设工期提前 30 天投运。

数字孪生模型实现变电站的现代化

通过使用 Bentley 的实景建模、BIM、施工模拟和虚拟现实软件创建变电站的数字孪生模型,项目总投资减少了约 600 万元。为了实现变电站的全生命周期数字化,湖北院使用 LumenRT 创建数字孪生模型,交付给业主,以实现更高效的运维。此外,Bentley 的视觉动画技术在三维设计模型中加入了沉浸式虚拟现实元素,可优化变电站设施运营的沟通和理解。

汨罗西220kV变电站是国家电网公司首批三维试点工程中第一个正式投入生产运行的工程,湖北院实现了变电站交付工业化。Bentley 的集成技术优化了工程全生命周期协同三维建模,助力交付数字孪生模型,提高设计效率,并为施工和运维提供强大的技术支持。


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