基于BIM于技术装配式变电站设计应用研究及建议

引言

长久以来,我国建筑行业一直采用传统的设计和施工方法。随着经济的高速发展,环境问题也日益突出,加之人口红利正逐渐消失,建筑业各环节利润率骤降,建造技术革命势在必行。与此同时,装配式建筑由于其施工污染少、速度快,资源利用率高等优点越来越受到全社会的关注。装配式建筑具有设计系统化、构件生产工厂化、安装专业化等特点,这些特点使装配式建筑与传统现浇式建筑在设计、预制构件生产以及施工过程中都有显著的差别。近年来,我国建筑行业正在逐步推广BIM技术相关的技术平台和方法,对于装配式建筑而言,BIM相关的技术平台和工具可以有效提高装配式建筑设计、生产及施工的效率,促使装配式这一新型建筑形式更好更快地推广。

在电网建设领域,国家电网公司提出建设项目全生命周期管理的要求,强调了资源节约型、环境友好型、工业化的重要性。这些政策使得基于BIM技术的装配式变电站设计应用进入快速发展阶段。

本文根据现阶段变电站装配式设计的特点,结合BIM技术在变电站建设过程中的应用,总结出变电站在装配式设计过程中BIM技术应用的要点,以期对今后BIM技术在装配式变电站的深度应用提供有益参考。

1装配式变电站设计特点

在变电站设计领域,国内外变电站的装配式设计应用主要体现在以下几个部分:建筑围护体系、主要建筑物的建筑/结构方案、主要构筑物的结构形式。

1.1装配式围护体系

在变电站装配式设计过程中,单层的门式刚架轻型钢结构,其墙、屋面围护材料通常采用压型钢板+保温棉:单层或多层的清水混凝土结构,其屋面板也采用现浇清水混凝土,墙面可采用埃特板+保温棉、石膏板+保温棉、GRC板、加气混凝土板等:单层或多层钢框架结构,墙面可采用埃特板+保温棉、石膏板+保温棉、GRC板、加气混凝土板等。

1.2主要建筑物建筑/结构方案

变电站内建筑物可分为单层建筑物和多层建筑物。配电装置楼和主控楼为多层建筑物,其他建筑物一般为单层建筑物。

对就地继电器室、中央配电室、泵房等单层建筑物,主要采用两种方案:(1）门式刚架轻钢结构+压型钢板夹芯板围护:(2）钢框架+ALC板+压型钢板+现浇压型钢板组合楼板。

对主控通信楼、户内配电装置楼等多层建筑物,主体结构一般采用钢框架结构、钢框架一中心支撑结构、钢框架一偏心支撑结构、钢管混凝土柱一钢梁组合结构等结构形式,楼屋面板一般采用压型钢板组合楼板或钢筋析架楼板。

1.3主要构筑物结构形式及材料

变电站内主要构筑物包括围墙、主变防火墙、高抗防火墙、电缆沟及其盖板等。针对变电站所处的城乡位置及周围环境的不同,围墙可采用装配式实体围墙、装配式通透围墙等不同型式,围墙材料可采用GRC板、加气混凝土板、金属材料等。对于常规户外的主变防火墙,材料通常选用防火性能较好的GRC板、ALC板。

2BIM技术应用于变电站装配式设计

2.1BIM技术在装配式围护体系中的应用

以110kV罗沙变电站为例,本工程采用了装配式陶粒混凝土内墙板。装配式内墙板的使用可以加快工厂建设速度,减轻劳动强度,有效提高建筑使用面积,但同时也对设计提出了新的挑战。由于此次采用的内墙板规制为3000mm×600mm×100mm,而变电站建筑楼层高一般为5m,因此需要对内墙板进行切割。常规情况下,切割由现场工人依据经验来完成,这往往会造成一定的浪费。本工程借助BIM参数化建模技术,对内墙板的切割方式进行模拟(图1）,最终得到了最优切割方式,有效避免了材料浪费,节省了物料成本。

图1罗沙站装配式内墙板BIM技术应用

2.2BIM技术在装配式钢结构中的应用

以110kV胜利变电站为例,本站结构框架以钢构件为主,整个变电站的建构筑物,包括梁、柱、墙、屋面、楼梯、围墙等,都采用了钢构或钢复合材质。变电站0m以上部分仅楼面采用钢筋析架楼板成品+现浇混凝土,其余建筑物和围墙的所有构件都采用工厂化生产、现场组装,整体装配化程度比较高。由于是首次在全户内变电站中采用高装配率的结构框架形式,工程设计施工难度较大,对钢构件的组装提出了较高要求。本工程借助BIM技术,实现了全站预制钢结构的建模与组装(图2）:在方案模拟阶段,发现主框架钢结构碰撞2处,龙骨围护结构碰撞2处,其他不合理设计6处,避免了施工阶段可能的返工,有效提高了本站的建设质量。

图2胜利站装配式钢结构框架BlM技术应用

2.3BIM技术在装配式构筑物中的应用

装配式构筑物在变电站设计中应用较为广泛,在我院《220kV模块化装配式户外变电站设计方案》及《110kV模块化装配式户外变电站设计方案》中,分别采用了装配式防火墙、装配式围墙、装配式电缆沟、装配式消防小室等构筑物。借助于BIM技术,对构筑物的装配式设计与施工进行仿真及统计（图3）,可以实现三维可视化交底,指导安装施工,优化现场物料堆放等工作。

图3BlM技术应用于标准化装配式围墙

3结语

通过以上的案例实践可以看出,将BIM技术应用于装配式设计可以有效提高装配式设计效率,实现装配式预制件的标准化设计,减少装配式建筑的设计误差。事实上装配式的核心是预制化、模块化,而借助BIM技术可以快速高效地实现装配式构件的参数化建模,所以装配式设计和BIM技术有着天然的切合。不过,要达到BIM技术与装配式设计更加紧密的结合,还需要在实践中进一步地磨合与完善,这仍需要广大建设行业从业者的共同努力。