黄河勘测规划设计有限公司苏阿皮蒂水电站设计BIM技术研究与应用

一、项目工程概况

苏阿皮蒂水电站位于几内亚西部孔库雷河河中游，距首都科纳克里135km。水库总库容74.89亿立方米，装机容量450MW，年发电量20亿千瓦时，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型，大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高120m，项目建成后将扭转几内亚国内的能源短缺局面，让几内亚由电力进口国成为电力出口国。

二、项目工程难点

2016年1月与几内亚政府签订融资-设计-采购-施工总承包F+EPC合同，合同工期只有58个月，与国内同类工程相比短17个月，混凝土月浇筑高峰强度高达20万立方米。

合同明确要求采用欧美标准，设计文件的实施须通过YREC（设计团队）、CWE（总包方）、CTEB（分包商）、SECC（中方监理）、TEF（法国咨询）的层层评审；水泥、粉煤灰、钢材等大宗材料、设备及零配件均需从国外进口，采购运输周期至少6个月，存在极大的工期风险。

施工人员有2/3为当地雇员，文化水平低、专业技能差，理解设计意图能力不足。

三、项目组织方案

为解决工程面临的难点，项目组决定以达索系统3DEXPERIENCE（3D体验）平台及自主开发的设计信息管理系统为依托，实现项目设计全阶段的正向实时协同设计，并进一步延伸设计服务产业链，为项目全生命周期提供重要支撑，实现可交付的工程数字化资产，借助“一带一路”的战略平台，助力“中国元素”，“中国技术”、“中国标准”、“中国品质”走向国际舞台。

基于ENOVIA在本地进行项目管理，管理项目的人力资源及设计成果，所有的设计成果均储存于云服务器上，确保数据的可追溯性。对于施工现场，采用自主开发的信息管理程序进行现场文档的管理，避免现场设计文档的管理混乱问题，在设计信息的管理上提高标准。

在软件方面，本项目核心平台选择了达索系统的3DEXPERIENCE（3D体验）平台。3DEXPERIENCE（3D体验）平台是具有更强的专业性，高效性，可扩展性的先进设计平台，结合CATIA、Composer、ANSYS、Abaqus、Visual Studio等软件，通过自主开发的接口程序，实现BIM信息的共享。

四、项目BIM应用

在可研阶段、初设阶段和施工图阶段，基于3DEXPERIENCE（3D体验）平台开展规划、地质、水工、厂房、施工、机电、金结、造价等多专业实时正向设计，不同阶段模型精细度和复杂程度在不断深化，到施工图阶段时，整体模型存储空间高达3.2G。

在可研阶段，主要完成坝型、坝线方案的比选工作，采用参数化模型快速建立不同坝线及坝型的大坝外形模型，在初设阶段，确定坝型、坝线方案后，在其对应的外形模型的基础上进行详细加工处理，形成带电气、金结等设备的详细模型，在施工图阶段延续初设阶段的详细模型，实施进一步精细化处理，进行精准坝基开挖设计，混凝土合理分区，电气设备布置，管线等设计，并形成工程量BOM表格，最终生成二维施工图纸，用于施工。

依托3DEXPERIENCE（3D体验）平台，可以实现各专业实时在线协同作业；模板、族库等知识库资源都存在于服务器，保证数据源的唯一性；基于模型全貌的实时获取，能够对设计进度及时把控，基于在线工作用户信息管理，及时了解项目占用人力资源情况。协同设计结构如下图所示：

本项目的正向设计过程主要是：依据三维地勘数据，建立地形地质模型，多专业实时在线协同，建立不同阶段的BIM模型，项目管理层在线进行设计进度把控和设校审，全面掌控动态设计数据，最终实现出图和指导施工。正向设计流程如下图所示：

完善并丰富企业级资源库，拓展了常用的土建库，形成标准的GB/IEC机电库，到目前为止总入库零件达20000多个，标准的参数化模型400多个。同时依托3DEXPERIENCE（3D体验）平台实现企业级资源库的平台化管理，各专业部之间知识的最大化共享，减少重复劳动，提高企业资源利用率。

将设计规范和公司自有的知识工程结合起来，自主开发重力坝智能设计程序，实现重力坝设计的规范化、智能化，能快速完成重力坝的设计。本程序能让新员工快速上手，将工程师从繁杂的制图中解放出来，更加致力于重力坝本身的创新性设计当中。

采用BIM技术，在土岩分界面附近精准开挖，根据现场实际揭露的地质情况，实时动态调整地质模型和开挖设计，既能保证边坡的稳定，又能保证工程量的最优化。

采用BIM模型、CFD计算模型、物理模型进行相互验证，发现流道边墙存在掺气不充分的问题，将会严重影响建筑物的质量安全和使用寿命，通过反复调整模型，直到满足掺气要求，保证设计成果的安全性和可靠性。由于结构体型复杂，根据BIM模型、有限元模型、三维配筋模型进行坝体三维配筋设计，实现模型共享，提高设计质量和效率，钢筋出图时间由传统的2个月缩短为1个月，设计文件一次性通过咨询审批。

闸门设备由中国生产制造，运输至几内亚项目现场安装，设计、制造加运输时间长，一旦产品出现问题返厂将延误工期至少6个月。利用资源库，快速组建闸门BIM模型，运用DMU运动仿真，解决闸门运动干涉问题，使闸门在出厂前满足设计要求，保证工期如期实现。

通过对水电站的转子起吊过程进行可视化模拟，对优化厂房的空间结构，节省工程量，指导业主及施工单位制订转子吊装工艺流程，提高吊装精度，减少误操作，具有重要的意义。

结合BIM、互联网和先进的图形显示引擎，自主研发设计信息管理系统，将轻量化BIM模型与现场设计文档相关联，实现模型的交互式查询，实时更新、查看任意时刻设计进度、施工进度的轻量化模型，实现设计文件的数字化交付，将设计图文档管理、设代日志、设计变更每周例会等进行管理，逐渐形成可追溯的大数据，提升项目整体设计管理水平。

五、 项目应用总结

基于达索系统3DEXPERIENCE（3D体验）平台的协同正向设计，确保了数据源唯一性、方案最优性、实现了设计进度的把控、人力资源的管理。通过本项目的积累，丰富并完善了企业资源库，新增库文件2 000余个，库文件总量达2万量级，标准的参数化模型达400多个。开发重力坝智能设计程序，实现重力坝设计的规范化、智能化，快速化，设计时间缩短3个月。基于BIM的设计信息管理系统开发，规范了如设计图纸、设计变更、设计通知、计算书等设计信息的管理，提升项目整体管理水平，沟通效率提升70%。通过坝基的开挖优化，节省开挖量23.8立方米，直接节省投资152.79万美元，减少开挖工期3个月。对坝体及闸门的优化分析计算，节省了设计时间1个月，争取工期4个月，避免工期延误6个月。