引言

長久以來,我國建筑行業(yè)一直采用傳統(tǒng)的設計和施工方法。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,環(huán)境問題也日益突出,加之人口紅利正逐漸消失,建筑業(yè)各環(huán)節(jié)利潤率驟降,建造技術革命勢在必行。與此同時,裝配式建筑由于其施工污染少、速度快,資源利用率高等優(yōu)點越來越受到全社會的關注。裝配式建筑具有設計系統(tǒng)化、構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、安裝專業(yè)化等特點,這些特點使裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑在設計、預制構(gòu)件生產(chǎn)以及施工過程中都有顯著的差別。近年來,我國建筑行業(yè)正在逐步推廣BIM技術相關的技術平臺和方法,對于裝配式建筑而言,BIM相關的技術平臺和工具可以有效提高裝配式建筑設計、生產(chǎn)及施工的效率,促使裝配式這一新型建筑形式更好更快地推廣。

在電網(wǎng)建設領域,國家電網(wǎng)公司提出建設項目全生命周期管理的要求,強調(diào)了資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化的重要性。這些政策使得基于BIM技術的裝配式變電站設計應用進入快速發(fā)展階段。

本文根據(jù)現(xiàn)階段變電站裝配式設計的特點,結(jié)合BIM技術在變電站建設過程中的應用,總結(jié)出變電站在裝配式設計過程中BIM技術應用的要點,以期對今后BIM技術在裝配式變電站的深度應用提供有益參考。

1裝配式變電站設計特點

在變電站設計領域,國內(nèi)外變電站的裝配式設計應用主要體現(xiàn)在以下幾個部分:建筑圍護體系、主要建筑物的建筑/結(jié)構(gòu)方案、主要構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)形式。

1.1裝配式圍護體系

在變電站裝配式設計過程中,單層的門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu),其墻、屋面圍護材料通常采用壓型鋼板+保溫棉:單層或多層的清水混凝土結(jié)構(gòu),其屋面板也采用現(xiàn)澆清水混凝土,墻面可采用埃特板+保溫棉、石膏板+保溫棉、GRC板、加氣混凝土板等:單層或多層鋼框架結(jié)構(gòu),墻面可采用埃特板+保溫棉、石膏板+保溫棉、GRC板、加氣混凝土板等。

1.2主要建筑物建筑/結(jié)構(gòu)方案

變電站內(nèi)建筑物可分為單層建筑物和多層建筑物。配電裝置樓和主控樓為多層建筑物,其他建筑物一般為單層建筑物。

對就地繼電器室、中央配電室、泵房等單層建筑物,主要采用兩種方案:(1）門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)+壓型鋼板夾芯板圍護:(2）鋼框架+ALC板+壓型鋼板+現(xiàn)澆壓型鋼板組合樓板。

對主控通信樓、戶內(nèi)配電裝置樓等多層建筑物,主體結(jié)構(gòu)一般采用鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架一中心支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架一偏心支撐結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土柱一鋼梁組合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式,樓屋面板一般采用壓型鋼板組合樓板或鋼筋析架樓板。

1.3主要構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式及材料

變電站內(nèi)主要構(gòu)筑物包括圍墻、主變防火墻、高抗防火墻、電纜溝及其蓋板等。針對變電站所處的城鄉(xiāng)位置及周圍環(huán)境的不同,圍墻可采用裝配式實體圍墻、裝配式通透圍墻等不同型式,圍墻材料可采用GRC板、加氣混凝土板、金屬材料等。對于常規(guī)戶外的主變防火墻,材料通常選用防火性能較好的GRC板、ALC板。

2BIM技術應用于變電站裝配式設計

2.1BIM技術在裝配式圍護體系中的應用

以110kV羅沙變電站為例,本工程采用了裝配式陶粒混凝土內(nèi)墻板。裝配式內(nèi)墻板的使用可以加快工廠建設速度,減輕勞動強度,有效提高建筑使用面積,但同時也對設計提出了新的挑戰(zhàn)。由于此次采用的內(nèi)墻板規(guī)制為3000mm×600mm×100mm,而變電站建筑樓層高一般為5m,因此需要對內(nèi)墻板進行切割。常規(guī)情況下,切割由現(xiàn)場工人依據(jù)經(jīng)驗來完成,這往往會造成一定的浪費。本工程借助BIM參數(shù)化建模技術,對內(nèi)墻板的切割方式進行模擬(圖1）,最終得到了最優(yōu)切割方式,有效避免了材料浪費,節(jié)省了物料成本。

圖1羅沙站裝配式內(nèi)墻板BIM技術應用

2.2BIM技術在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的應用

以110kV勝利變電站為例,本站結(jié)構(gòu)框架以鋼構(gòu)件為主,整個變電站的建構(gòu)筑物,包括梁、柱、墻、屋面、樓梯、圍墻等,都采用了鋼構(gòu)或鋼復合材質(zhì)。變電站0m以上部分僅樓面采用鋼筋析架樓板成品+現(xiàn)澆混凝土,其余建筑物和圍墻的所有構(gòu)件都采用工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場組裝,整體裝配化程度比較高。由于是首次在全戶內(nèi)變電站中采用高裝配率的結(jié)構(gòu)框架形式,工程設計施工難度較大,對鋼構(gòu)件的組裝提出了較高要求。本工程借助BIM技術,實現(xiàn)了全站預制鋼結(jié)構(gòu)的建模與組裝(圖2）:在方案模擬階段,發(fā)現(xiàn)主框架鋼結(jié)構(gòu)碰撞2處,龍骨圍護結(jié)構(gòu)碰撞2處,其他不合理設計6處,避免了施工階段可能的返工,有效提高了本站的建設質(zhì)量。

圖2勝利站裝配式鋼結(jié)構(gòu)框架BlM技術應用

2.3BIM技術在裝配式構(gòu)筑物中的應用

裝配式構(gòu)筑物在變電站設計中應用較為廣泛,在我院《220kV模塊化裝配式戶外變電站設計方案》及《110kV模塊化裝配式戶外變電站設計方案》中,分別采用了裝配式防火墻、裝配式圍墻、裝配式電纜溝、裝配式消防小室等構(gòu)筑物。借助于BIM技術,對構(gòu)筑物的裝配式設計與施工進行仿真及統(tǒng)計（圖3）,可以實現(xiàn)三維可視化交底,指導安裝施工,優(yōu)化現(xiàn)場物料堆放等工作。

圖3BlM技術應用于標準化裝配式圍墻

3結(jié)語

通過以上的案例實踐可以看出,將BIM技術應用于裝配式設計可以有效提高裝配式設計效率,實現(xiàn)裝配式預制件的標準化設計,減少裝配式建筑的設計誤差。事實上裝配式的核心是預制化、模塊化,而借助BIM技術可以快速高效地實現(xiàn)裝配式構(gòu)件的參數(shù)化建模,所以裝配式設計和BIM技術有著天然的切合。不過,要達到BIM技術與裝配式設計更加緊密的結(jié)合,還需要在實踐中進一步地磨合與完善,這仍需要廣大建設行業(yè)從業(yè)者的共同努力。