随着中国经济增长，国内用电量也明显增加，与此同时全球气候不断变暖，化石能源日益枯竭，基于这样的背景，积极开发水力发电似乎已经迫在眉睫。虽然目前国内水力发电技术成熟，但是每个大型水电站从研究到投产的周期长达十多年，而且建设成本很高，为了满足国内水力发电的迫切需求，水电站建设亟待转型。
达索系统3DEXPERIENCE平台提供关于水力发电的相关解决方案可提升企业整体研发、建造效率。达索系统3DEXPERIENCE平台包含设计、分析、仿真、管理、信息智能等功能，企业员工可基于统一平台协同办公，解决了以往企业不同软件或平台间相互协作的问题。同时，达索系统3DEXPERIENCE平台的功能具有高度定制化特性，可基于企业自身实际情况定制开发功能，满足企业实际需要，实现企业数字化转型。
达索系统3DEXPERIENCE平台应用
本文主要介绍水电站基于达索系统3DEXPERIENCE平台在设计阶段的应用方案，包括项目策划及管理、协同设计、有限元分析、施工仿真等内容。
项目策划及管理
水电站项目有专业多、时间周期长、工程量大的特点，因此需要对项目统一策划，从而保证项目顺利实施。企业BIM总监对项目任务、时间、责任人进行划分，通过达索系统3DEXPERIENCE平台Web端规划项目合作区并通过项目管理给相应人员指派设计任务，在项目看板查看项目总体规划以及任务完成进度。
图. 多专业协同设计体系
图. 项目管理
图. 项目看板
协同设计
水电站设计分预可研、可研、初设、招标、技施等阶段。预可研阶段主要是对地质进行勘探分析，在坝址选择规划阶段分别对多个坝址开展了勘测设计工作；可研阶段的第一阶段是在预可行性研究的基础之上进行选坝勘测设计研究,选定坝址和坝型，第二阶段是在坝址坝型选择设计完成后,开展全面的可行性研究设计；初设阶段是在可行性研究的基础上，对工程进行的最基本的设计，确定拟建项目的综合开发目标、工程及主要建筑物等级、总体布置、主要建筑物形式和轮廓尺寸、主要机电设备形式和布置，确定总工程量、施工方法、施工总进度和总概算，进一步论证在指定地点和规定期限内进行建设的可行性和合理性；招标阶段是在初步设计的基础上，进一步完善计划，以满足施工招标工作的需要。技施阶段也是施工详图阶段，是在初步设计和招标设计的基础上，绘制具体施工图的设计，是现场建筑物施工和设备制作安装的依据。
基于达索系统3DEXPERIENCE平台，各专业可以同时开展在线设计，提交设计效率，总体设计流程如下：
图. 水电站总体设计流程
设计规划
1.合作区规划
基于达索系统3DEXPERIENCE平台开展水电站设计，企业BIM管理员需要先规划私有合作区保证项目数据独立以及安全。项目合作区创建后，基于项目策划内容由企业BIM总监分派任务、企业BIM技术组成员添加项目设计人员，同时在添加界面，分派项目成员角色。
图. 作区规划
2.项目结构树设计
基于项目合作区搭建项目结构树，根据不同专业/工程创建不同层级不同类型的AEC节点。创建项目总节点采用“站点”的节点形式，设计阶段、专业级应用节点采用“其他AEC空间结构元素”，工作包内节点类型不做限制。
结构树与工作包节点命名不应出现空节点名或者相同节点名，应尽量使达索系统3DEXPERIENCE平台文件得到唯一的识别标识且便于搜索、识别和使用。位于结构树最顶端的节点为根节点，向下展开依次为一级节点、二级节点、…、N级节点。根节点应为站点文件，子节点为专业级应用节点。
图. 结构树设计
3.项目骨架设计
由企业BIM总监牵头，项目主要专业负责人完成项目总骨架搭建，各级节点依次完成专业骨架、工作包骨架搭建。骨架设计完成后，需发布骨架特征便于各专业引用。各专业基于自己的设计节点，搭建子骨架并发布。在骨架建立拱坝定位线、二道坝轴线、泄洪中心线、尾水塔定位轴线等关键定位信息，各专业模型基于骨架进行模型定位和复用，当骨架数据发生变更后，各专业模型也会跟随骨架变更。
图. 项目骨架设计
地形设计
地形设计是其他专业的基础，因此，在预可研和可研阶段已经获取地形数据并分析处理生成点云或其他格式文件，导入达索系统3DEXPERIENCE平台进行设计。根据业务场景不同，会对地形文件进行不同处理，在达索系统3DEXPERIENCE平台一般会对生成可计算曲面并对不同区域分块、发布，基于完成后的地形进行贴图渲染，便于后期展示。
图. 地形设计
交通设计
为了方便工程队以及运输车辆进场，必须优先考虑交通。交通设计包含道路、桥梁、隧道等基础设施的设计，达索系统3DEXPERIENCE平台关于基础设施设计有完整的解决方案并且已经实施落地。达索系统3DEXPERIENCE平台基础设施设计功能经过不断迭代更新，推出比较智能化的设计方案，一条10km的道路从规划到施工图完成预计一个月的时间可以完成，包含线路、路基、排水、交安、挡墙、涵洞等场景的设计。
图. 道路设计
图. 桥梁设计
图. 隧道设计
水工设计
水工专业作为水电站设计的重要专业与其它各专业设计都相关，所以它是设计的重点也是难点，根据不同类型的水电站水工专业包含不同设计内容，以拱坝为例，水工专业包括挡水工程、泄水工程、厂房、水道等内容，为了保证水工设计的准确性以及高效性，通过达索系统3DEXPERIENCE平台自带的KAC开发功能，定制开发基于不同水电站主体部分的标准设计流程，其余部分可以基于达索系统3DEXPERIENCE平台的基本模板进行设计。
图. 水电站KAC标准设计流程
施工设计
施工设计包括料场、渣场、砂石系统、混凝土生产系统等内容，在设计过程中往往需要设计工具更加智能，比如料场用料自动计算，渣场堆料自动计算，砂石系统自动筛选砂石类型，混凝土生产系统设备自动选型等。通过达索系统3DEXPERIENCE平台的参数化设计以及丰富的资源设备库可以快速计算相关参数，自动筛选砂石种类，设备类型。
图. 施工设计
机电设计
机电设计包括水力机械、电气一次、电气二次等内容，在设计过程中存在因空间小易产生碰撞，标准件多，管线复杂等问题， 达索系统3DEXPERIENCE平台的电气、管路设计解决方案可以完全匹配水电站机电设计，通过电气、管路自动化设计提高设计质量和效率，同时达索系统3DEXPERIENCE平台包含大量机电标准件，可以快速实例化桥架、电缆、阀件等标准件。另外，通过Modelica和3DEXPERIENCE的Dymola能力，可以快速开发、仿真和验证复杂机电系统。
图. 原理图设计
图. 电气设计
图. 管路设计
图. Dymola分析
干涉检查
各专业完成建模后，需进行专业之间的模型审核，以判断是否达到模型出图和交付要求。碰撞检查可消除设计过程中专业内部、专业间模型的设计碰撞问题，在设计阶段提前减小或消除施工返工问题。
图. 碰撞检查
工程出图
在完成模型构建后，基于三维模型工程出图，部分枢纽布置图及建筑物位置示意图可选用达索系统3DEXPERIENCE平台的2D Layout模块应用出图，可以实现三维展示效果的出图。详细施工图纸需要在达索系统3DEXPERIENCE平台的Drafting模块出图，工程图完成后可生成PDF或其它文件格式交付。
图. 二维图纸
有限元分析
水电站建设之前一般会对主体部分以及周边环境进行结构分析、抗震分析，保证主体部分的位置合理，可以抵挡极端洪水和地震。基于达索系统3DEXPERIENCE平台的SIMULIA解决方案可以合理分析水电站地理位置、周边环境、极端洪水和地震等环境，得到最优的水电站结构。
图. 水电站抗震分析
施工仿真
水电站施工仿真场景较多，施工方在水电站设计后期可以提前介入验证施工方案的可行性，BIM工程师在达索系统3DEXPERIENCE平台上借助BIM模型进行施工方案推演和施工仿真。达索系统3DEXPERIENCE平台的DELMIA施工仿真解决方案，可以在虚拟环境中验证施工计划的准确设计，施工资源与场地的合理安排，施工工法的正确施工。
达索系统3DEXPERIENCE平台带来的价值
1）统一数据源：基于同一平台，同一数据源，上下游或者专业间可以实现数据生命周期管理，提高了设计质量和效率;
2）协同设计管理：基于同一平台定制开发不同专业设计标准流程，在提升各专业设计效率和质量的同时，建立各专业的基本设计标准，便于管理;
3）设计质量管理：实现数据线上审签归档管理，明确各类数据审签归档流程，形成版本有效性管理，可追踪文档审核进展，后续亦可追溯签审人员与签审意见;
4）设计施工运维一体化：通过平台完成对水电站从设计、施工、运维阶段的全过程数字化应用，全程管控水电站建设过程，减少企业研发、设计、施工成本，进一步实现国家“双碳”目标。
总结
面对着能源电力行业数字化转型的挑战，达索系统3DEXPERIENCE平台通过在先进制造业的最佳实践已经成功应用在能源电力行业，旨在帮助能源电力行业实现基于BIM技术的数字化转型。通过在平台上下游多专业多角色真正的并行工作，来确保协作并提高生产力。上海江达基于达索系统3DEXPERIENCE平台在建筑工程行业拥有上海市政院、长江设计集团有限公司、中国电建、中南建筑设计院等实践和落地实施经验，欢迎联系咨询。
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