2014bim大赛锦屏一级水电站工程枢纽的三维协同设计水电顾问成都勘测研究院

1、锦屏一级水电站工程枢纽的三维协同设计张志伟 黄志澎 吴维金2014年6月前言一. 单位简介二. 设计师简介三. 项目简介四. 项目设计和创新亮点五. 项目总结结束语 前言前言 与水电工程传统的二维设计方法相比，三维设计是一种精细化工程设计方法，具有“高效、精准、丰富、直观”等特点，不仅能有效提升产品设计质量及效率，高效输出工程图、工程信息，而且还能从宏观角度考虑工程不同阶段的设计问题及多专业设计问题，从而优化工程整体设计方案，促进多专业间的设计协作。此外，还能建立精准的、与工程实际匹配的工程BIM全信息三维模型，集成工程全生命周期管理所需的工程设计信息、施工过程信息与运行管理信息，实现工程全生

2、命周期管理，促进水电工程建设与管理水平实现质的飞跃。 一、单位简介一、单位简介成都院与法国达索系统公司共建了CHIDI-DS中国工程数字化创新研究中心；与美国IBM公司、成都希盟泰克公司建立了中国首个“智慧流域研究院”；拥有四川省首批院士（专家）工作站、博士后工作站和西部研究生教育基地，拥有国家勘察设计大师、享受国务院津贴专家等各类高级专业技术人才；先后获得国家和省部级科技进步奖、优秀工程勘察与设计奖及各类专利技术460余项。成都院成立于1955年，隶属于中国电力建设集团有限公司，是国家级大型综合勘测设计企业、四川省高新技术企业；拥有国家级工程设计综合资质甲级和工程勘察综合类甲级以及涉及电力、

3、水利、交通、市政、通讯、工业与民用建筑等多个领域的勘测、设计、咨询、监理等30项国家甲级资质证书。经过60年的发展，成都院已形成了政府信赖、业主满意、社会放心、有一定国际知名度的水电勘测设计行业优质品牌。一、单位简介 业务板块：工程勘测设计、工程总承包、投资及运营； 专注领域：水利水电、新能源等清洁可再生能源； 拓展领域：市政、交通、水务、环境工程、移民安置代建等非水电业务； 国内市场：立足四川、西藏，辐射全国； 国际市场：东南亚、中亚、西亚、东非、北美、南美、中东等。 已发展成为集工程规划、勘测、设计、咨询、监理、工程总承包、电站及水务投资运营、科技研发为一体的工程公司。二、设计师介绍二、设

4、计师简介张志伟 清华大学土木水利专业毕业，高级工程师，参加和负责多个大型水电工程设计工作，全面主持三维协同设计和工程数字化的研发和推广应用工作，在水电工程三维系统设计、全生命周期管理、数字移交等方面开展了前瞻性的研究和探索，研究成果获得多项国家、省部级奖励。黄志澎 武汉大学水力发电专业毕业，高级工程师，参加了锦屏一级、溪洛渡、大岗山等大型水电工程高拱坝的设计和分析工作，专注于三维协同设计平台关键技术的研发和应用工作，获得多项专利、国家和省部级奖励。吴维金 武汉大学水力机械专业毕业，高级工程师，参加了锦屏一级、藏木等大型水电工程机电专业的三维设计和应用工作，建立了一套包含了水机标准件库、通风标准

5、件库、设计标准、编码规范等机电三维协同设计技术体系。 锦屏一级水电站工程巨大，参与的专业和专家众多，他们为锦屏一级工程作出突出、不可磨灭的贡献。以下介绍在锦屏一级三维协同设计工作的主要有代表性的设计工程师。三、项目介绍三、项目介绍锦屏一级水电站是雅砻江干流下游河段的控制性水库，混凝土双曲拱坝，坝高305m，位列世界第一。装机容量360万kW，年发电量166.20亿kWh。目前已蓄水发电，进入竣工尾声。锦屏一级项目为成都院三维协同设计系统研究的重点依托项目和导航项目。三、项目介绍 锦屏一级水电站枢纽主要建筑物位于普斯罗沟和手爬沟间1.5km长的河段上，枢纽主要建筑物有混凝土双曲拱坝、坝身表孔、深

6、孔、放空底孔与坝后水垫塘、泄洪洞、右岸地下厂房等组成。电站处于地质灾害频发的深山峡谷地区，地质条件复杂，工程规模巨大，技术难度高。 锦屏一级水电站枢纽平面图四、项目设计和创新亮点利用三维模型进行有限元分析管线综合4D仿真数字移交设计分析一体化PDM管理VPM协同设计采用BIM技术和骨架，实现机电专业的管线三维协同布置和设备的KKS编码，为后续模型管理和数字移交奠定基础。仿真模拟机电设备安装等施工过程，指导现场安装根据模拟结果分析施工计划的合理性三维数字提交系统主要面向设计代表和业主，为其提供设计、施工中对模型、文档、设代日志、工程图片等多维信息可视化的综合管理手段，并为三维数字提交提供参考。基

7、于BIM信息模型的多方案、多阶段的复杂工程数据管理。变更控制与实时了解工程量信息。采用多人并行、异地工作、实时在线协同，设计所见即所得。增强专业间设计互动效果，减少设计疏漏，提高整体设计质量。BIM工程信息模型锦屏一级BIM工程信息模型四、项目设计和创新亮点水电工程设计业务模型水电工程业务流程四、项目设计和创新亮点软件架构和应用流程四、项目设计和创新亮点软件配置和架构四、项目设计和创新亮点地质水工机电施工多专业协同（一个平台、一个数据库）特征级协同并行协同直接面向三维的设计模板化设计，知识重用底层驱动的关联设计骨架关联参数化基于数据库的多专业三维并行协同设计基于CATIA平台的多专业协同四、项

8、目设计和创新亮点四、项目设计和创新亮点技术亮点 CATIA V5VPM标准机电库三维设计规范 CHIDI PDM系统 Delmia骨架驱动技术MBD技术编码规范AbaqusCHIDI数字移交系统CAA开发有限元接口参数化模板工作环境协同/环境协同产品管理协同/文件级协同设计过程协同/特征级协同 项目管理协同 /项目级协同PLM 产品生命周期管理基于全生命周期的协同设计技术四、项目设计和创新亮点三维设计应用向多专业、纵向产业链延伸，以数字化管理为目标，满足可持续发展战略要求。200620082009201119982013虚拟产品数据管理多专业协同设计基于设计项目 资源管理PLM全生命周期体验式

9、的设计数据展示水电站数字化样机及数字流域3D三维设计业主、设计院、施工方、供应商协作互动，紧密联系水电水利三维综合应用平台2D基于全生命周期的协同设计技术四、项目设计和创新亮点三维协同设计流程和涉及的专业A1地质工程设计A2工程布置A5结构设计A3设备布置A4场地布置A6钢筋设计A7设计分析一体化A8数字工程B1项目启动B2模型互提B4设计校审B5成果管理B3方案比选四、项目设计和创新亮点基于GIS的规划工程地质模型枢纽布置设计厂房机电设计四、项目设计和创新亮点流域上的一个水电站工程是一个多专业的复杂系统，包含工程地质，水工结构，机电工程等。地质勘测数据采集、勘测设计数据的集成和应用基于GIS

10、数字水电的工程规划应用四、项目设计和创新亮点基于三维数字流域的工程规划应用四、项目设计和创新亮点三维基础地理信息地表地质界线：实景GIS地质测绘 勘探资料：由数据库导入 阶段性地质模型据新增资料修改地质界面生成地质界面二维出图 三维协同设计地质属性分析 基于信息数据库的地质建模、分析、出图流程和应用四、项目设计和创新亮点四、项目设计和创新亮点多专业协同设计四、项目设计和创新亮点1.锦屏一级枢纽全局骨架 2.基于骨架的建筑物模型3.全局骨架修改 4.基于骨架的建筑物更新工程枢纽骨架的参数化驱动通过CATIA的知识工程模块和关联设计实现全参数化驱动的拱坝结构设计，完成锦屏一级拱坝体型优化、坝身孔口

11、群、坝内廊道等结构，通过参数化和关联设计手段，提高了设计质量和效率。同时实现了拱坝结构设计分析一体化，提高了设计质量。1.拱坝体形设计参数2.大坝拱圈3.大坝基本体形4.大坝深孔表孔5.大坝分缝分区6.应力分析一体化拱坝全参数设计及设计分析一体化 四、项目设计和创新亮点1.大坝拱圈2.大坝基本体形3.大坝表孔深孔4.大坝分缝分区5.大坝浇筑块6.浇筑块施工蓝图四、项目设计和创新亮点基于参数化模板的拱坝设计、浇筑块自动出图 四、项目设计和创新亮点 在装配环境下的多人并行的协同设计的解决方案，极大提高设计效率和质量。 并行设计是缩短设计周期，减少设计差错的保证，基于CATIA VPM协同设计，通过

12、发布与引用机制，实现了多人并行的协同协同设计基于同一数据源的多人并行的协同设计的解决方案四、项目设计和创新亮点 厂房、机电专业的协同设计工作场景 四、项目设计和创新亮点 厂房、机电专业的协同设计工作场景 四、项目设计和创新亮点 地下厂房的机墩蜗壳设计分析一体化设计输出规则驱动，自动出图，大大提高设计效率四、项目设计和创新亮点 关联设计技术解决了两大难题： 解决多专业协同的接口质量问题，保证在设计变化能自动提醒相关设计人员，并及时修改； 解决了设计方案与参数变更后三维模型和二维图纸的自动更新问题，大幅提高了设计效率。机电各专业设计水机、通风、电气、通讯、金结等专业，在同一CATIA平台上，按专业

13、模块及系统开展三维协同设计，设计过程中自动添加属性，一键放置各设计零件，减少“错漏碰”错误 。四、项目设计和创新亮点 四、项目设计和创新亮点 发电机组的机坑的管路综合设计基于水电工程厂房的骨架设计技术和关联设计技术，形成了厂房及发电系统三维设计的成套技术，实现了在协同环境下的厂房及发电系统三维设计、厂房快速三维建模及工程量统计，提高了设计质量。专业库调用四、项目设计和创新亮点 机电小专业多，模型量大、相互关系复杂，成都院的解决方案是基于CATIA开发了一系列符合国标和行业实际情况的标准件库、零件库，将大量的设计规则做到系统里面，通过三维设计提高知识的复用，提高设计效率。四、项目设计和创新亮点

14、多专业的碰撞干涉分析三维设计通过碰撞分析可快速检测厂房内土建结构之间、土建结构与机电设备之间，以及机电设备之间“漏、碰、撞”的问题，从而大量减少设计失误、设计变更，降低图纸重复会签率，实现无差错设计。金属结构专业的闸门MBD设计四、项目设计和创新亮点 四、项目设计和创新亮点数字移交 锦屏一级三维数字移交系统通过web发布信息模型的方式，为工地现场的设计代表、业主、施工、监理单位提供基于三维模型的协调沟通平台，提供了多维信息可视化的综合管理手段。可管理三维模型信息、文档、设代日志、工程图片等资料，四、项目设计和创新亮点数字移交设计周期与施工进度同步 属性与编码快速、精确变更控制唯一数据源3D交付

15、四、项目设计和创新亮点数字移交 锦屏工程项目决策系统的驾驶舱面板信息水情数据管理交通、物流监控设备状态监控三维可视化施工计划管理建筑安全监控气候资料、气象数据管理三维地貌、地质数据管理人员管理人员身份管理人员位置追踪及考勤管理工作区域划分及安全监控管理智能视频预警监控与三维综合应用平台良好的接口四、项目设计和创新亮点工程现场信息化三维管理系统五、项目总结 以锦屏一级工程项目为依托，形成了基于BIM的全专业三维协同设计体系，具备水电工程全生命管理和数字移交的能力。精细化设计的数字工程模型支撑精益设计的工程仿真与三维精细化设计对应的工程图落地工程数据在全生命周期中的精细化管理数字化设计、数字化施工、数字化运营五、项目总结五、项目总结通过采用先进的设计技术开展基于CATIA、VPM、Enovia协同平台的协同设计，实现全程协同工作和全生命期的管理。三维协同设计提高设计精度PDM管理精细化管理4D仿真模拟施工过程数字移交数字运营数字移交4D仿真PDM管理协同设计提高设计成功率，降低因设计质量导致的工程风险减少因设计原因导致的设计变更提高主要专业设计效率和流程效率10%15%以上，降低设计成本缩短设计周期提高设计服务满意度提高设计知识管理水平逐步实现数字化水电站及全生命周期管理基于B