隨著中國經濟(ji)增長，國內用電(dian)(dian)量(liang)也明顯增加，與此同時全球氣候不斷變暖(nuan)，化(hua)石能源日益枯竭(jie)，基于這樣的(de)背景，積極開發(fa)水(shui)力(li)發(fa)電(dian)(dian)似乎已經迫(po)(po)在眉睫(jie)。雖然(ran)目前(qian)國內水(shui)力(li)發(fa)電(dian)(dian)技術成熟，但是每個(ge)大型(xing)水(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)從研究到(dao)投(tou)產(chan)的(de)周期(qi)長達十多年，而且建(jian)設(she)(she)成本很高，為了滿足(zu)國內水(shui)力(li)發(fa)電(dian)(dian)的(de)迫(po)(po)切需(xu)求，水(shui)電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)建(jian)設(she)(she)亟待轉型(xing)。
達索(suo)系統(tong)(tong)3DEXPERIENCE平臺(tai)提(ti)(ti)供關(guan)于(yu)水力發(fa)電的(de)相關(guan)解(jie)決(jue)方案可提(ti)(ti)升(sheng)企(qi)業整體研發(fa)、建造(zao)效率。達索(suo)系統(tong)(tong)3DEXPERIENCE平臺(tai)包(bao)含設計、分析、仿真、管(guan)理、信息智能等功(gong)能，企(qi)業員工可基于(yu)統(tong)(tong)一(yi)平臺(tai)協同(tong)辦公，解(jie)決(jue)了以往企(qi)業不同(tong)軟件或(huo)平臺(tai)間相互協作(zuo)的(de)問(wen)題。同(tong)時(shi)，達索(suo)系統(tong)(tong)3DEXPERIENCE平臺(tai)的(de)功(gong)能具有高度定制(zhi)化特性，可基于(yu)企(qi)業自身實(shi)際情況定制(zhi)開發(fa)功(gong)能，滿足企(qi)業實(shi)際需要(yao)，實(shi)現企(qi)業數字化轉型。
達索系統3DEXPERIENCE平臺應用
本文主要介紹水電站基于達索系統3DEXPERIENCE平臺在設計階段的應用方案，包括項目策劃及管理、協同設計、有限元分析、施工仿真等內容。
項目策劃及管理
水電站項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)有專業多、時間周期(qi)長、工程量大(da)的(de)特點，因此需(xu)要對項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)統一策劃，從而保證項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)順利實施。企(qi)業BIM總監(jian)對項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)任(ren)務(wu)、時間、責任(ren)人(ren)進行劃分，通過達索系(xi)統3DEXPERIENCE平臺(tai)Web端(duan)規劃項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)合作區并通過項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)管理給相應人(ren)員指(zhi)派設計任(ren)務(wu)，在項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)看板查看項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)總體規劃以及(ji)任(ren)務(wu)完成(cheng)進度(du)。
圖. 多專業協同設計體系
圖. 項目管理
圖. 項目看板
協同設計
水電站設計分預可研、可研、初設、招標、技施等階段。預可研階段主要是對地質進行勘探分析，在壩址選擇規劃階段分別對多個壩址開展了勘測設計工作；可研階段的第一階段是在預可行性研究的基礎之上進行選壩勘測設計研究,選定壩址和壩型，第二階段是在壩址壩型選擇設計完成后,開展全面的可行性研究設計；初設階段是在可行性研究的基礎上，對工程進行的最基本的設計，確定擬建項目的綜合開發目標、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、主要機電設備形式和布置，確定總工程量、施工方法、施工總進度和總概算，進一步論證在指定地點和規定期限內進行建設的可行性和合理性；招標階段是在初步設計的基礎上，進一步完善計劃，以滿足施工招標工作的需要。技施階段也是施工詳圖階段，是在初步設計和招標設計的基礎上，繪制具體施工圖的設計，是現場建筑物施工和設備制作安裝的依據。
基于達索系統3DEXPERIENCE平臺，各專業可以同時開展在線設計，提交設計效率，總體設計流程如下：
圖. 水電站總體設計流程
設計規劃
1.合作區規劃
基于達索系統3DEXPERIENCE平臺開展水電站設計，企業BIM管理員需要先規劃私有合作區保證項目數據獨立以及安全。項目合作區創建后，基于項目策劃內容由企業BIM總監分派任務、企業BIM技術組成員添加項目設計人員，同時在添加界面，分派項目成員角色。
圖. 作區規劃
2.項目結構樹設計
基于項目合作(zuo)區搭建(jian)項目結構樹，根據(ju)不同專(zhuan)業/工(gong)程(cheng)創(chuang)建(jian)不同層級(ji)不同類型的AEC節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)。創(chuang)建(jian)項目總節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)采用(yong)“站點(dian)(dian)(dian)(dian)”的節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)形式，設計(ji)階段、專(zhuan)業級(ji)應用(yong)節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)采用(yong)“其他AEC空(kong)間結構元素”，工(gong)作(zuo)包(bao)內節(jie)點(dian)(dian)(dian)(dian)類型不做限制。
結構樹與工作包節點命名不應出現空節點名或者相同節點名，應盡量使達索系統3DEXPERIENCE平臺文件得到唯一的識別標識且便于搜索、識別和使用。位于結構樹最頂端的節點為根節點，向下展開依次為一級節點、二級節點、…、N級節點。根節點應為站點文件，子節點為專業級應用節點。
圖. 結構樹設計
3.項目骨架設計
由企業BIM總監牽頭，項目主要專業負責人完成項目總骨架搭建，各級節點依次完成專業骨架、工作包骨架搭建。骨架設計完成后，需發布骨架特征便于各專業引用。各專業基于自己的設計節點，搭建子骨架并發布。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鍵定位信息，各專業模型基于骨架進行模型定位和復用，當骨架數據發生變更后，各專業模型也會跟隨骨架變更。
圖. 項目骨架設計
地形設計
地形設計是其他專業的基礎，因此，在預可研和可研階段已經獲取地形數據并分析處理生成點云或其他格式文件，導入達索系統3DEXPERIENCE平臺進行設計。根據業務場景不同，會對地形文件進行不同處理，在達索系統3DEXPERIENCE平臺一般會對生成可計算曲面并對不同區域分塊、發布，基于完成后的地形進行貼圖渲染，便于后期展示。
圖. 地形設計
交通設計
為了方便工程隊以及運輸車輛進場，必須優先考慮交通。交通設計包含道路、橋梁、隧道等基礎設施的設計，達索系統3DEXPERIENCE平臺關于基礎設施設計有完整的解決方案并且已經實施落地。達索系統3DEXPERIENCE平臺基礎設施設計功能經過不斷迭代更新，推出比較智能化的設計方案，一條10km的道路從規劃到施工圖完成預計一個月的時間可以完成，包含線路、路基、排水、交安、擋墻、涵洞等場景的設計。
圖. 道路設計
圖. 橋梁設計
圖. 隧道設計
水工設計
水工專業作為水電站設計的重要專業與其它各專業設計都相關，所以它是設計的重點也是難點，根據不同類型的水電站水工專業包含不同設計內容，以拱壩為例，水工專業包括擋水工程、泄水工程、廠房、水道等內容，為了保證水工設計的準確性以及高效性，通過達索系統3DEXPERIENCE平臺自帶的KAC開發功能，定制開發基于不同水電站主體部分的標準設計流程，其余部分可以基于達索系統3DEXPERIENCE平臺的基本模板進行設計。
圖. 水電站KAC標準設計流程
施工設計
施工設計包括料場、渣場、砂石系統、混凝土生產系統等內容，在設計過程中往往需要設計工具更加智能，比如料場用料自動計算，渣場堆料自動計算，砂石系統自動篩選砂石類型，混凝土生產系統設備自動選型等。通過達索系統3DEXPERIENCE平臺的參數化設計以及豐富的資源設備庫可以快速計算相關參數，自動篩選砂石種類，設備類型。
圖. 施工設計
機電設計
機電設計包括水力機械、電氣一次、電氣二次等內容，在設計過程中存在因空間小易產生碰撞，標準件多，管線復雜等問題， 達索系統3DEXPERIENCE平臺的電氣、管路設計解決方案可以完全匹配水電站機電設計，通過電氣、管路自動化設計提高設計質量和效率，同時達索系統3DEXPERIENCE平臺包含大量機電標準件，可以快速實例化橋架、電纜、閥件等標準件。另外，通過Modelica和3DEXPERIENCE的Dymola能力，可以快速開發、仿真和驗證復雜機電系統。
圖. 原理圖設計
圖. 電氣設計
圖. 管路設計
圖. Dymola分析
干涉檢查
各專業完成建模后，需進行專業之間的模型審核，以判斷是否達到模型出圖和交付要求。碰撞檢查可消除設計過程中專業內部、專業間模型的設計碰撞問題，在設計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索系統3DEXPERIENCE平臺的2D Layout模塊應用出圖，可以實現三維展示效果的出圖。詳細施工圖紙需要在達索系統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
水電站建設之前一般會對主體部分以及周邊環境進行結構分析、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。基于達索系統3DEXPERIENCE平臺的SIMULIA解決方案可以合理分析水電站地理位置、周邊環境、極端洪水和地震等環境，得到最優的水電站結構。
圖. 水電站抗震分析
施工仿真
水電站施工仿真場景較多，施工方在水電站設計后期可以提前介入驗證施工方案的可行性，BIM工程師在達索系統3DEXPERIENCE平臺上借助BIM模型進行施工方案推演和施工仿真。達索系統3DEXPERIENCE平臺的DELMIA施工仿真解決方案，可以在虛擬環境中驗證施工計劃的準確設計，施工資源與場地的合理安排，施工工法的正確施工。
達索系統3DEXPERIENCE平臺帶來的價值
1）統一數據源：基于同一平臺，同一數據源，上下游或者專業間可以實現數據生命周期管理，提高了設計質量和效率;
2）協同設計管理：基于同一平臺定制開發不同專業設計標準流程，在提升各專業設計效率和質量的同時，建立各專業的基本設計標準，便于管理;
3）設計質量管理：實現數據線上審簽歸檔管理，明確各類數據審簽歸檔流程，形成版本有效性管理，可追蹤文檔審核進展，后續亦可追溯簽審人員與簽審意見;
4）設計施工運維一體化：通過平臺完成對水電站從設計、施工、運維階段的全過程數字化應用，全程管控水電站建設過程，減少企業研發、設計、施工成本，進一步實現國家“雙碳”目標。
總結
面對著能源電力行業數字化轉型的挑戰，達索系統3DEXPERIENCE平臺通過在先進制造業的最佳實踐已經成功應用在能源電力行業，旨在幫助能源電力行業實現基于BIM技術的數字化轉型。通過在平臺上下游多專業多角色真正的并行工作，來確保協作并提高生產力。上海江達基于達索系統3DEXPERIENCE平臺在建筑工程行業擁有上海市政院、長江設計集團有限公司、中國電建、中南建筑設計院等實踐和落地實施經驗，歡迎聯系咨詢。
達索系統 C&SI 合作伙伴
達索系統開發合作伙伴
