三维技术在荒沟抽水蓄能电站地下厂房布置的应用

宋立民，吕君卓 杜文才 刘涛

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春，130021）

关键词：三维技术应用　地下厂房洞室布置

1 概况

荒沟抽水蓄能电站位于黑龙江省牡丹江市海林市三道河子乡，下水库为已建的莲花水电站水库，上水库为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。电站枢纽建筑物主要由上水库主坝及副坝、输水系统和地下厂房等组成。本工程为抽水蓄能电站，工程以发电为主，电站建成后在黑龙江省电网担任调峰、调频和事故备用。电站总装机容量为1200MW，单机容量为300MW，按一洞二机共两洞四机方案设计，厂内装有4台可逆式水泵水轮发电机组。水泵水轮机吸出（入）高度H_S=-65m，采用深埋式地下厂房。

2 地下厂房洞室布置

地下厂房洞室系统是一组空间立体交叉的地下洞室群，主要包括主厂房洞、主变洞、尾闸洞、母线洞、主变搬运洞、进排风机室洞、电缆兼排风竖井、电缆出线平洞、竖井交通联络洞、交通电缆洞、尾闸交通电缆洞、尾闸通风洞、排风支洞、厂房外围排水廊道洞等。

厂房洞室系统布置以主厂房洞、主变洞、尾闸洞为核心，三大洞室从上游向下游依次平行布置，洞轴线方位均为NW311°，主变洞纵轴线与厂房机组纵轴线间距59.1m，主变室与厂房洞室间岩体厚度38.20m。尾闸洞纵轴线与主变洞纵轴线间距44.35m，尾闸洞与主变洞间岩体厚度约为29.4m。厂房主机间与主变室之间的岩体开设母线敷设通道，布置了4条垂直厂轴线的母线洞，洞室轴线间距24m，洞室间岩体厚度为14.8m。主、副厂房与变副厂房之间岩体开设交通电缆洞，共分为两层，与4号机组母线洞间岩体厚度为14.5m。厂内高压电缆出线经主变洞下游墙高压电缆出线平洞，至电缆兼排风竖井，从井内升至地面500kV开关站，电缆兼排风竖井利用隔墙分区，设置电梯及楼梯区域、高压出线区域、低压出线区域及通风区域，出线竖井底部通过出渣平洞与进厂交通洞相通，上部通过电缆道与地面500kV开关站GIS室相通。在主厂房洞、主变洞、尾闸洞外围布置了3层环形排水廊道，各层排水廊道间通过设置排水孔形成厂房外围排水帷幕，如图1所示。

图1 地下厂房洞室布置

3 三维技术应用

荒沟抽水蓄能电站地下厂房布置采用了三维技术设计，通过三维协同技术设计手段完成了包括设备、结构模型建立、专业间的设计配合以及图纸输出等工作。

三维设计的过程可以笼统地分为先期筹划阶段、模型建立阶段、组装模型阶段、组装模型检查阶段及成果输出阶段。荒沟地下厂房布置三维设计基本是遵循这个过程进行的，并最终完成了地下厂房布置任务。

3.1 先期筹划阶段

荒沟地下厂房布置三维设计工作实施的第一步是先期筹划工作，本阶段主要包含任务分解、文件组织、建立工程轴网以及三维模型属性的规定等工作内容。地下厂房布置工作非常复杂，工作量很大，参加布置设计工作的专业很多，包含厂房、电一、电二、水机、建筑、消防、给排水等专业，专业间的配合工作就显得尤为重要了，先期筹划则可以尽可能地将布置中的问题提前分析加以解决，这一步完成得好坏直接影响到后续三维设计工作，如专业间的配合工作是否顺利、组装模型是否吻合以及成果输出是否完整等。

先期筹划阶段，任务分解及建立工程轴网这两个工作是比较重要的工作内容，荒沟地下厂房布置首先按照专业进行任务分解，专业内再按照区域部位、结构型式或者设备系统等原则进行任务分解，逐级细分，直至分解到具体模型为止。任务分解应结构划分合理、层次清晰。荒沟地下厂房布置任务分解具体如图2所示。

图2 荒沟地下厂房布置任务分解

任务分解中第五级中的模型，如板模型、梁模型、柱模型等是模型建立的基础模块，是三维设计的基础模型。

荒沟地下厂房布置三维轴网的建立分为工程轴网及工作轴网两种，轴网是三维设计过程中建筑物定位的依据，其中工程轴网是第一级轴网，是各专业建立模型必须遵循的基准轴网，必须以此轴网为基准来建立模型及相关工作，为组装模型的关键因素，工作轴网通常为专业内部根据需要自行建立使用的，为第二级轴网，同时专业内部可根据不同情况、工作方便继续建立第三级轴网，第二级、第三级轴网必须依据第一级轴网建立。荒沟地下厂房工程轴网的建立：平面布置以4号机组中心点作为三维坐标原点（即O点），以4号机组中心线方向作为三维坐标的y轴方向，以主机间机组纵轴线作为x轴方向；垂直布置以高程作为三维坐标的z轴方向，机组安装高程作为三维坐标原点（即O点）。荒沟地下厂房工作轴网是依据工程轴网由各专业根据专业内部情况自行建立。

先期筹划阶段工作由各专业及工程相关负责人共同完成。

3.2 模型建立阶段

建立模型工作应选择正确的软件工具，把握适当的模型精度和细节，赋予正确的模型属性信息等，得到满足设计要求的三维信息模型，为以后的模型组装、成果输出奠定基础。

荒沟地下厂房模型的建立采用BENTLEY三维协同设计软件平台，该软件提供了几种有针对性的工具软件模块，如建筑设计模块、管道与设备模块、电气系统设计模块等，各专业可以选择与其相应的软件模块，工具软件模块可以同时得到几何模型和材料属性信息，并提供方便的建模辅助工具，提高建模效率。建立模型采用的比例为1∶1，即以结构、设备的实际尺寸进行建模。

荒沟地下厂房模型建立过程即是地下厂房布置的过程，与传统的二维设计过程、方法基本是一致的，仅仅是表达方式由传统的二维形式转变为三维模型的形式，设计人员的工作内容包含本专业的布置设计和跨专业配合等。

建立模型的主要难点是三维软件的使用，如果三维软件使用熟练，掌握绘图技巧，则模型建立工作相对比较容易，如果软件使用不熟练，则模型建立工作相对较难。

本阶段建立的模型为基础模型，是三维设计中的基础，基础模型要求必须准确。

3.3 模型组装阶段

模型组装不是简单地将模型整合在一起，而是为了达到某种使用目的有选择性地将有关模型有机地组合起来，针对不同用途可以有不同的组装方式，产生多种专用组装模型，既满足模型展示、出图的需要，又减小组装模型的信息量，提高计算机运行速度。

荒沟地下厂房模型组装主要分为检查用模型组装、切图用模型组装、演示用模型、统计用模型组装等，模型组装是按照层级来完成的，大致划分的层级为基础模型—专业内某系统组装模型—专业组装模型—地下厂房组装模型。模型组装是以参考的方式引入基础模型或组装模型，当基础模型或被引入组装模型发生变化产生修改后，组装模型会得到提示，在软件中刷新后将得到修改后的组装模型，对基础模型或被引入组装模型的修改将直接反映到各级组装模型中。组装模型与基础模型联动机制，使得三维模型的修改只需要对基础模型或被引入组装模型进行一次修改就完成了整套模型的修改，方便、实用，减小了修改的工作量，并避免出错。

组装模型文件实际上是一个空文件，文件中不含有实际的模型，仅仅是利用参考的方式将基础模型引入本文件中，使基础文件模型按不同用途进行组合。

3.4 组装模型检查阶段

荒沟地下厂房组装模型检查是通过软件中的碰撞检查工具完成的，可以按照约束条件对组装模型中的模型相对关系进行检查，并给出不符合约束条件的内容，设计人员针对其内容进行校核修改。

组装模型检查是一个模型校核工作，解决模型错误、遗漏、设计交叉碰撞的问题，对地下厂房整体布置的合理性、完善性提供一个很好的设计手段，一些细节问题、设计考虑欠缺的问题提早发现加以解决处理。

3.5 成果输出阶段

荒沟地下厂房布置三维模型成果输出包含二维图纸输出、三维图纸输出、二维三维混合图纸输出及三维效果图、演示漫游、动画等。图纸输出常用的软件工具为DV、DEM切图工具，通过切图操作，并根据图幅布置将剖切图进行组合完成图纸布置并打印输出，非图纸类成果采用相关工具完成，如漫游演示采用WALK工具等。成果输出的主要难点还是三维软件的使用熟练程度及技巧的应用情况。

4 结语

通过荒沟地下厂房布置的三维设计过程，可以看出三维设计应重视先期筹划工作，它是三维设计中一个关键性的环节，对整个三维设计起到了一个决定性的作用，同时先期筹划工作也是三维设计的一个基础工作。三维设计的其他工作与传统二维设计基本一致的。

荒沟地下厂房布置三维技术的应用，由于三维模型表达的直观性，空间相对位置明确，可以避免一些由于空间想象不正确而导致的错误，同时三维模型碰撞检查等模型操作，对地下厂房布置起到了很好的辅助作用，对布置的合理性以及细节布置均有很大的帮助。