【《S水電站地下廠房三維參數化設計》16000字（論文）】

S水電站地下廠房三維參數化設計摘要過去的水利水電工程項目施工建設中，廠房建筑群的設計由于主要參考二維CAD圖紙，難免會產生工作效率較低，理解溝通能力差，參數信息提取困難的問題。尤其是2D的圖紙在工程的整個施工及管理等過程中會產生一系列麻煩，使工程效率降低、成本變高，過去主要依靠二維圖紙的來達到工程建設，已經無法滿足當今日益精細化與便捷高效化的要求。疫情過后的危機時代，經濟增速放緩、人力資源飽和、加之國家新出臺的碳中和政策對建筑行業都造成了一定影響，也對行業發展提出了更高的要求，建筑轉型已成大勢。國內外BIM技術的實踐運用已經表明，BIM技術對提升設計效率、降低建設成本、保證質量安全等方面都體現出了優越性。本畢業設計的主要內容是水布埡水電站地下廠房三維設計，依靠BIM技術理念結合所給水布埡水電站資料信息，借助三維設計軟件AutodeskRevit進行三維參數化設計，建立水布埡水電站地下廠房的建筑信息模型。具體設計思路是在建立定位系統的基礎之上，通過Revit軟件分別完成水布埡水電站地下廠房建筑群以及部分地下建筑物模塊的三維設計，所有單獨模塊的設計成果在Revit設計平臺上進行統一整合，生成三維信息模型，最終設計成果通過Lumion進行渲染。此篇畢業論文主要分為三大部分，共七章。第一部分包括第一、二章，第一章主要從各個方面介紹BIM技術，第二章對設計對象與設計方法進行簡介，為詳細設計階段做前期準備。第二部分為第三、四章，為本篇論文的著重點，其中詳細介紹了三維參數化設計建模的過程，并通過圖片展示表現設計方法與效果。最后一部分包括第五、六、七章，包括水布埡三維參數化設計成果實現章節以及問題及思考章節，部分成果展現在附錄部分中，第七章為個人對于BIM技術的一些結論與展望。關鍵詞：水電站廠房；三維設計；BIM；Revit目錄TOC\o"1-3"\h\u150551緒論 1144011.1研究意義 1163091.2BIM的定義和產生 115821.3BIM在水利工程中的應用和優勢 2183581.4國內外研究現狀及發展趨勢 25011.4.1國外研究現狀 2239771.4.2國內研究現狀 3221212研究設計方法 417942.1水布埡工程背景資料 4105872.1.1地理位置及主要工程特性指標 4224842.1.2水電站建筑群組成及廠房類型 4138342.2設計平臺 581812.3設計方法 5205473廠房三維設計 7169253.1建立定位系統 7157283.2主廠房三維設計 833943.2.1主廠房上部結構三維設計 9315203.2.2主廠房下部結構三維設計 15290473.3上下游引水出水管道設計 2317453.3.1上游引水管道設計 23299733.3.2尾水管道設計 2564013.3.3其余部分設計 25133173.4洞室及豎井設計 2655853.4.1母線洞及母線豎井設計 26169803.4.2其他廊道及洞室結構設計 27183713.5地面建筑物三維設計 30216333.6廠內機械設備設計 31238924三維模型的渲染與漫游 33253804.1三維模型的渲染 33103734.2三維模型漫游 34278705成果實現 36224176問題與思考 37206567結論與展望 38226217.1結論 38195007.2展望 3825705參考文獻 4024905附錄 43PAGEPAGE271緒論1.1研究意義過去的水利水電工程項目施工建設中，廠房建筑群的設計由于主要參考二維CAD圖紙，難免會產生工作效率較低，理解溝通能力差，參數信息提取困難的問題。尤其是2D的圖紙在工程的整個施工及管理等過程中會產生一系列麻煩，使工程效率降低、成本變高，過去主要依靠二維圖紙的來達到工程建設，已經無法滿足當今日益精細化與便捷高效化的要求。而被譽為建筑業變革的革命性力量的建筑信息模型BuildingInformationModel（BIM）并不是一個實現實物的工具而是一種理念，這種理念可以貫穿使用于整個建設運行環節中，建筑信息模型的建立為工程人員提供了完美的3D可視化效果，將復雜的水工建筑物直觀化，補充了二維圖紙的短板。因此，BIM技術在水利工程項目中的推廣還有很大的增長空間，十四五新階段中國家也明確了BIM在工程建設中的重要地位。在信息化的社會，水利工程中BIM技術的應用是趨勢所在，是提高水利水電工程行業效率和質量的必然方向。21世紀，BIM技術作為一項新興技術理念，雖然前景廣闊，但是在我國的水利工程項目中的應用還不夠成熟，依然有很大的運用空間和突破節點，BIM技術的研究發掘能為我國水利行業的發展帶來新動力。疫情過后的危機時代，經濟增速放緩、人力資源飽和、加之國家新出臺的碳中和政策對建筑行業都造成了一定影響，也對行業發展提出了更高的要求，建筑轉型已成大勢。國內外BIM技術的實踐運用已經表明，BIM技術對提升設計效率、降低建設成本、保證質量安全等方面都體現出了優越性。在水利工程項目建設愈加復雜，產值難以大幅增長的今天，盡可能地降低成本，已經成為最關鍵的要求之一。如今的工程建設中，項目管理可依賴的資料信息無法支撐起日漸精細化的要求，而建筑信息模型則是效率和精確的代名詞，可以有效輔助施工的運轉?！笆奈濉睍r期，國家政策制定者們也看到了BIM變革性的力量，相繼出臺了相關政策扶持BIM技術的研究發展，全力打造智能高效的建筑行業環境。綜上所訴，BIM技術必將成為未來水利水電工程建設的新驅動力。1.2BIM的定義和產生BIM意為建筑信息模型，是繼CAD（計算機輔助設計）技術后新的建筑行業變革性技術。美國國家BIM標準（NationalBuildingInformationModelingStandard，NBIMS）將其定義為是設施物理和功能特性的數字信息表達，為該設施從概念到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據的過程，并且在項目不同階段，不同利益相關方通過在BIM獲取或更新信息，以實現各自職責的協同工作。進入21世紀，Autodesk公司在BIM定義的基礎上首次研發出了實現BIM理念的操作軟件，并將其向世界推廣，之后其概念在全球范圍內逐漸得到業界的廣泛認可。1.3BIM在水利工程中的應用和優勢1.設計規劃階段：設計階段：BIM技術除了可以實現精確的建立三維模型之外，還可以從模型本身出發生成各種剖面圖和平面圖紙，并且可以在圖紙上獲取參數信息。此外，BIM技術下的主流設計軟件可以詳細地統計工程模型材料的使用量，這些數據導出后可以為工程預算提供參照，通過各種軟件的協同配合，BIM技術大大提高了設計效率以及中標概率。2.施工管理階段：水利水電工程施工階段由于涉及到各種學科知識，其中主要是水利水電專業知識，故其施工建設較為復雜，工藝繁多，工程質量常有瑕疵。而BIM技術可以模擬施工過程，并在建筑信息模型的基礎上指導施工現場，做進度預測等，減少因為信息交互誤差產生的返工整改等不必要的損失，BIM技術為水利工程的完工和運營提供了信息保障。1.4國內外研究現狀及發展趨勢1.4.1國外研究現狀（1）基于軟件開發的研究BIM作為一種技術理念，在不同的國家有不同的標準，國外一些起步較早的國家例如早已制定出較為完善的標準，美國由于對這一方面的研究起步較早，時間較長，并且首先將其應用于實踐當中，所以關于BIM的應用和標準已經相當成熟。而BIM應用較為成熟的當屬于美國，它是較早啟用建筑研究與實踐的國家，并已開始使用。目前，美國的Autodesk公司、Bentley公司以及匈牙利的Graphisoft公司是BIM設計軟件市場的三家實力較強的軟件開發公司，他們所開發的Revit系列軟件和ArchiCAD軟件是當前BIM設計中較為熱門的平臺。（2）基于數據標準的研究1995年，IAI（IndustryAllianceforInteroperability）率先提出了面向建筑對象的IFC信息模型標準。從1997年發布IFC的第一個完整版本一直到當前的最新版本TFC2X4，基于數據標準的研究一直在進步。在數據標準研究方面，美國也起步較早，在21世紀初就開始了相關研究并頒布了應用標準。目前，美國所使用的BIM標準有IFC標準、NBIMS和COBIE等標準。2010年左右，英國、挪威、澳大利亞也逐漸頒布了關于BIM的行業標準。1.4.2國內研究現狀目前為止，我國BIM設計應用最為廣泛的依舊是北部地區，根據我國當前BIM的應用范圍以及行業需求等方面來看，它未來在我國的發展將是以非常迅速的勢頭持續下去，但各種顧慮以及標準政策的不完善一直制約著我國的許多建筑學者。第一，技術型人才不足，亦或者技術不過硬，達不到招聘者的要求；第二，我國進入計算機信息時代較晚，所以相比西方發達國家BIM的一套體系不夠完善，并且經歷實踐的洗禮不夠，在行業應用時會出現許多問題；第三，BIM成本難以估計，資金不夠充足；第四，我國缺乏系統化，專業化的數據標準，其中包括BIM應用能力評估準則、數據交換標準，BIM實施管理標準等，而國外英美等國已經形成成熟的專業體系。無論如何，我國政府與學者們依舊在為BIM技術在研究和應用方面努力尋求突破。我國當前主要還是依賴于國外公司所開發的軟件來實現建筑信息模型，市面上所發行的各種軟件都各有優劣，隨著計算機水平的不斷提高，我相信未來我國在BIM的軟件開發一定會有所成就，我本人也希望通過本次對水布埡水電站的三維參數化設計，掌握一定的BIM知識以及主流軟件的使用，并了解有關BIM技術的研究應用在我國當前及未來的發展走向。

2研究設計方法2.1水布埡工程背景資料2.1.1地理位置及主要工程特性指標水布埡水電站壩址位于清江中游的巴東縣水布埡鎮，上距恩施117km，下距隔河巖92km,距清江入長江口153km，是清江梯級開發的龍頭樞紐。水庫正常蓄水位400m，相應庫容43.12億立方米，總庫容45.8億立方米，裝機容量1840MW，是以發電為主，并兼顧防洪、航運等的水利樞紐工程?；炷撩姘宥咽瘔巫畲髩胃?33m，為目前世界上最高的面板壩，壩頂高程409m，壩軸線長660m，壩頂寬12m。圖1.1水布埡水利樞紐布置2.1.2水電站建筑群組成及廠房類型水布埡地下電站布置在其右岸，上游為引水式構造，未設有調壓室等建筑。電站建筑物包括：引水渠、進水口、引水隧洞、主廠房、安裝場、母線洞、尾水洞、尾水平臺、尾水渠、500KV變電所、交通洞、通風洞和廠外排水洞等。引水隧洞采用一機一洞，平均洞長387.9m，圓形斷面直徑為8.5～6.9m；地下廠房尺寸為165.5m×21.5m×51.47m（長×寬×高），水輪發電機安裝高程為189.0m；尾水洞與進水洞相同地給每臺機組銜接一道尾水隧洞，平均洞長313.18m，圓形斷面直徑為11.5m。水布埡水利樞紐工程為一等大(1)型水利水電工程。水布埡工程地下廠房位于右岸，主要為三層結構，包括發電機層、電氣夾層與水輪機層，用于布置電氣與水力機械設備。2.2設計平臺本次設計對象水布埡水電站主體部分為地下廠房結構，在此之外還有一部分地面建筑物設計任務，主要設計平臺為BIM技術下的軟件Revit2020和Lumion8.0。由于水布埡是地下廠房布置方式，所以其建筑物與常見的地面水電站有所差別，除了洞室布置較為復雜外，其水布埡地形條件與建筑分布較為特殊，水電站構造成熟。本次設計主要使用國內較為主流的Revit軟件平臺進行整體廠房以及機械設備、電氣設備等構件的三維設計，并將它們拼接起來，形成較為完整的建筑信息模型，最后利用Revit三維建模成果導入Lumion軟件進行渲染，更好地展現直觀、真實的效果，并將三維模型呈現出來，在此過程中也可能會使用到其他軟件和插件。2.3設計方法水布埡水電站三維設計主體是地下部分建筑群，其中主要任務是主廠房的設計，本次地下廠房的設計依據主要為地下廠房各層的平面圖、沿機組中心線的剖面圖以及樞紐布置圖等二維設計圖紙。同時，還根據所給資料對廠區的主要上下游進出水管、豎井系統、洞室系統等進行建模。完成結構部分后還需根據廠房實際合理安排布置機械、電氣設備。完成整體設計后，可根據需要利用Lumion軟件對部分結構或整體進行渲染。整個設計的核心部分為廠房模型，設計思路為先完成地下主廠房框架的建模，再根據結構間的聯系完成附屬洞室以及地面建筑物的建模，最后完成各類構件的制族建模并將其布置到廠房各層。在建模過程中族的運用十分關鍵，族是構成Revit建筑模型的單元，可以簡化理解為建筑項目樣板中各種各樣的單元成分。Revit作為熱門建筑三維設計軟件，已經自帶了部分族系，Revit該部分的族系內容豐富，可以很方便的調用。對于這類常規建筑結構建模流程為：調用族系、調整參數、導入項目、放置構件。而水利工程與民用建筑有區別的部分作為非常規結構應根據其類型采用族樣板進行自建，建模流程為：從已有族庫中調用樣板。從二維圖紙中提取參數。使用各種功能創建模型。完成模型導入項目之中。按照圖紙信息布置構件。非常規建筑結構中，除了本身類別明顯可以直接從原有族中直接修改參數外，一般情況下均使用公制常規模型樣板進行建立。廠房模型建立后，為加強廠房模型的實際表現效果需要將整合后的廠房模型導入Lumion，可利用渲染圖片與制作漫游視頻的功能，以達到豐富工程資料和保證工程精細化的目的。圖2.1設計流程示意圖

3廠房三維設計3.1建立定位系統Revit三維建模的第一步要對所建模型進行定位，在定位系統中，標高限制了模型的Z值，軸網則限制了模型的平面位置。在立面視圖中設立關鍵標高，建立起高程系統，對應二維圖紙中的側面視圖，標高不僅可以作為樓層層高的參照，還可以作為窗臺和其他構件的定位。軸網用于為構件定位，在Revit中軸網建立的同時也確定了一個不可見的工作平面。軸網與標高系統的建立，使得三維模型可以精準定位。表3.1關鍵高程表關鍵標高名稱實際高程（m）主廠房頂拱230.47橋機軌頂220.00發電機層206.50電氣夾層200.50水輪機層195.10水輪機安裝高程189.00交通操作廊道高程181.80尾水管底板底高程169.00在進行水布埡水電站進行三維建模設計時，在創建建筑樣板項目rvt文件之后，首先依據二維圖紙上的標高在立面視圖中創建關鍵標高，如表3.1所示的關鍵高程，安裝特殊構件時還可另外創建其他高程，以達到限制Z值的目的。在創建標高之后，點擊產生的對應標高樓層平面視圖，進行導入CAD圖紙操作，注意導入CAD圖紙時確保尺寸對應，然后在圖紙的基礎上建立起軸網系統，以達到控制廠房框架邊界以及機組尺寸的目的。圖3.1部分高程系統3.2主廠房三維設計水布埡水電站地下廠房主要框架由發電機層、電氣夾層、水輪機層以及水輪機綜合體即廠房下部結構組成。對于地下廠房的建模，此次設計主要分為三步進行，第一步在建立的標高及軸網定位系統下，搭建樓板、結構柱、梁以及墻體等，完成廠房模型的基本框架；第二步制作機械與電氣設備的模型，根據二維圖紙以及查閱水電站課本等資料了解到設備的形式與結構，在Revit的新建族功能中制作，并依據圖紙將其放置于框架中；第三步制作水輪機綜合體和下部結構，然后將其載入rvt項目中并根據圖紙信息準確安裝，最終完成主廠房的整體框架。水布埡地下廠房段整體由主廠房和安裝場組成，由于水電站廠房的水工建筑結構與普通土木建筑有所差別，考慮到施工安裝順序以及工序流程等，將廠房的三維設計建模分為三大部分任務。第一任務是建立廠房的建筑框架模型，根據說明報告以及相關圖紙明確框架構件的尺寸類型，按照常規建筑建模要求進行正確搭建。第二任務是完成水工結構模型建模，此類模型在Revit中不能直接調用并修改參數，如轉子、蝸殼、尾水管等，需利用新建族功能實現。第三任務是完成地下廠房的水道和交通系統建模，主要包括引水、尾水隧洞、交通洞、母線廊道、母線豎井、交通豎井以及場外排水洞等結構，其中部分可以通過搭建樓板墻及屋頂等實現，但主要還是依靠自建常規模型功能。由于廠房整體框架明顯，可將其分為上部結構與下部結構兩大板塊完成參數化設計任務。3.2.1主廠房上部結構三維設計水布埡廠房上部結構中，主體是梁板柱以及門墻等建筑框架模型，但此外仍有部分例如拉伸屋頂與巖錨吊車梁與支撐梁等非常規建筑結構模型。3.2.1.1常規建筑結構建模水布埡地下廠房的常規結構以建立好的定位系統為基礎。在平面上首先進行區域劃分，包括安裝場段與機組段和加長段，分析各段模型中構件的主要類別。在立面上，首先把關鍵高程所處平面上的建筑結構建立完成，再對相鄰高程平面內的建筑結構進行分析、構建模型并將各層面連接起來，從而在三維中完成三段區域模型的組裝和對接。1.發電機層平面設計（高程▽206.50m）發電機層主要由主廠房和安裝場和加長段構成。發電機層的空間十分開闊，兩側結構柱高，樓板所占面積較大。機組段布置有吊物孔、樓梯以及電氣柜，安裝場位于主廠房右端，為保證機組安裝與檢修的空間，建筑結構模型較少，連通進廠交通洞，廠房布置的結構柱間距與安裝場及加長段有所不同，并且布置有兩層墻體，除了防潮墻之外還有一層噴護墻，墻與樓板之間有空氣流通縫隙。在建模過程中，利用豎井功能可以挖空樓板并布置吊物孔，利用模型線功能可以畫出橋式起重機的限制線和安裝場內轉子、定子等設備進行檢修時的放置示意線。發電機層的平面圖及軸測圖如圖3.2和圖3.3。圖3.2發電機層平面圖圖3.3發電機層軸測圖（隱藏部分墻柱）2.電氣夾層平面設計（高程200.50m）電氣夾層整體結構與發電機層相似，在第一機組右端布置有10KV配電室和蓄電池室，并且其中布置有排風管道等構件，在左側布置有衛生間和檢修、配電設備，每個機組段都配有配電盤室。這一層房間設備較多，布置較為繁瑣，因此在建模過程中須對照圖紙建立分隔房間，并放置構件。水輪機層的平面圖、軸測圖分別見圖3.4和圖3.5。圖3.4電氣夾層平面圖圖3.5電氣夾層軸測圖（隱藏墻體）3.水輪機層平面設計（高程195.10m）水輪機層整體結構較電氣夾層變化不大，在機組右端設有油罐室和油處理室。電氣夾層和水輪機層安置擺放的機械設備較多，梁柱等布置也較為麻煩，建模工作量較大，需要對各設備進行一定程度的了解，并將各設備擺放在相應位置。水輪機層的平面圖、軸測圖分別見圖3.6和圖3.7。圖3.6水輪機層平面圖圖3.7水輪機層軸測圖4.主廠房參數核驗水布埡地下廠房常規建模主體部分在于水輪機層、電氣夾層與發電機層，其中電氣夾層與水輪機層框架基本相同，樓層布置的設備也較多，完成三層建模后可切換樓層平面視圖或者導出CAD圖紙進行比對參數信息，保證模型的準確性。本次建模過程中保證模型的精確，依據圖紙上所給的數字信息和文字說明在Revit中修改模型類型和參數。例如墻、柱、梁和樓板等都有不同的尺寸和類型布置，但其他例如門的參數和類型大多沒有具體說明，便可在自帶族庫中直接調用后載入安裝。其中較為繁瑣的是墻體與梁柱的布置，由于主廠房面積較大，故需要布置較多此類構件，并且需保證它們布置正確，嚴格按照建筑規范形成框架，所以需對布置的起點終點修改以保證放置點位準確。其他例如樓梯的建立首先需要根據CAD圖紙在樓梯布置處創建豎井洞口，草圖樓梯需要手動調整梯面高度、寬度、梯面數量并設置合適的欄桿扶手，而在創建多層樓梯時可直接點擊編輯樓梯，進行選擇標高并連接或者斷開標高操作即可。圖3.8樓梯安裝效果圖3.2.1.2非常規建筑結構建模廠房中非常規建筑結構模型主要有吊車梁和拉伸屋頂。由于吊車梁和拉伸屋頂因工程實際而定，故不能直接調用現有的族系。但其類別在常規建筑常見，可以利用Revit帶有的族樣板文件創建族并以族文件類型載入到項目中。1.吊車梁建模首先在打開的項目文件中選擇“新建-族-公制結構框架-梁和支撐”進入族文件，吊車梁截面形狀與常規梁結構不同，但不存在截面變化，故可采用拉伸命令進行操作。拉伸命令是用于通過拉伸二維形狀來創建三維實心形狀。結合梁的形狀特點，在拉伸中根據CAD圖紙畫出截面的二維形狀，并通過規定拉伸起點與終點控制梁的長度即可實現吊車梁的創建。創建過程中通過移動命令可將梁移動到參照標高處，在布置時便于使梁頂與確定好的“橋機軌頂”高程對齊。另一根吊車梁可直接用鏡像命令拾取樓板中心線進行對稱布置。（a）吊車梁截面圖（b）吊車梁效果圖3.9吊車梁的拉伸成型2.廠房拉伸屋頂建模水布埡地下主廠房屋頂分為兩部分，上部是150mm混凝土噴護屋頂，下部則是150mm防潮屋頂，屋頂的創建通過拉伸實現，根據二維圖紙確定拉伸的輪廓以及尺寸。 （a）（a）屋頂側面效果圖（b）屋頂拉伸輪廓圖圖3.10屋頂的拉伸成型3.廠房支撐梁建模廠房拱頂支撐梁模型的創建與吊車梁方法類似，先是在CAD圖紙中測量出拉伸截面的尺寸，再根據實際長度確定拉伸起點和拉伸終點。支撐梁拉伸輪廓圖 （b）支撐梁效果圖圖3.11支撐梁拉伸成型3.2.2主廠房下部結構三維設計廠房下部結構主要包括帶軸連接的發電機與水輪機、尾水管以及外部的混凝土塊體機墩，混凝土塊機墩中又布置排水廊道以及交通廊道等，可通過創建空心形狀實現。而Revit軟件中沒有類似的現有族系，故下部結構的設計只能通過自建族系來實現，這一部分主要是水輪機等水工結構，需要結合水電站等課本上的知識和二維圖紙理解其構造，并依據參數設計出三維模型，主要用到的操作有拉伸、旋轉、放樣以及放樣融合等。圖3.12下部結構解剖圖（部分）3.2.2.1建模對象與功能選擇水輪機綜合體的建模首先需要新建公制常規模型，整體建模順序為：1.機械結構建模：主要順序為頂蓋→轉軸→轉子→外殼→轉輪→葉片→座環→蝸殼→尾水管。2.混凝土塊機墩建模3.廊道挖空布置其中較為復雜的是第一步與第二步的設計，放樣融合主要針對蝸殼與尾水管操作，旋轉拉伸主要用于水輪機上半部的轉軸等構造，而葉片的布置需要通過陣列功能實現。建模過程中經常遇到Revit軟件的布爾功能相對受限，通過放樣融合功能一次性繪制蝸殼結構通常提示無法創建的問題。故需要分塊拼接混凝土機墩，同時常常出現空心形狀無法顯示的問題，需要使用剪切功能選擇機墩和空心進行分離并顯示。在建模時需要按照CAD圖紙尺寸進行參數控制，可通過導入CAD圖紙、繪制參照線、模型線等輔助功能建模。3.2.2.2水輪發電機建模水布埡水電站采用立軸混流式水輪機，主體部分包括頂蓋、轉輪、座環與蝸殼結構。其中頂蓋、轉子可由簡單的拉伸得到，轉軸和外殼等也可以通過導入對應尺寸的CAD圖紙鎖定后拾取線進行旋轉得到，總體較為簡單，但應需注意尺寸對應正確。圖3.13發電機上部結構圖1.轉輪、葉片及座環的創建轉輪部分可先用旋轉功能繪制轉輪一側截面輪廓，再繪制轉軸即可實現。葉片部分通過比對二維圖紙中的輪廓進行繪制，并通過放樣實現厚度從而形成三維模型，最后通過陣列實現快速環繞布置。圖3.14葉片放樣輪廓圖2.座環及固定導葉設計由于Revit軟件的拉伸功能支持環狀輪廓，故可用座環拉伸創建座環上環，再使用拉伸創建帶圓型出水口的下環。而固定導葉的創建與轉輪葉片類似，可先進行放樣在進行環繞半徑陣列布置。 圖3.15座環整體效果圖3.蝸殼結構設計水輪機結構中，蝸殼的結構較為復雜，一方面需要與座環邊界吻合，另一方面需要根據圖紙進行多段拼接，并保證外殼完美融合。在蝸殼的設計中，根據圖紙將蝸殼分為四段進行拼接，前三段使用放樣融合功能，對每一個輪廓進行編輯后放樣可實現拼接，其中每一段放樣融合需要注意的是輪廓并不是一個圓形，還需考慮與座環的拼接，此外還需精確角度的大小和半徑的長度，對于直線段蝸殼，可直接采用放樣功能建造。在四段蝸殼建模拼接完成之后，會出現第一段蝸殼插入直線段蝸殼進水管道的問題，此時需要在直線段蝸殼中創建空心拉伸消去插入的蝸殼，實現整段蝸殼模型的融合，以及進水道的順通。圖3.16蝸殼放樣融合操作圖圖3.17蝸殼分段示意圖4.水輪發電機模型拼接發電機部分包括機架、轉子、定子等，其結構復雜程度不高，均可以通過拉伸和旋轉功能建出，布置時進行空心旋轉，體現內部發電機結構。轉軸通過拉伸功能建出，實現水輪機與發電機的連接。圖3.18帶軸發電機與水輪機結構3.2.2.3尾水管建模水布埡下部結構中尾水管建模分為三段，第一段承接座環出水口，第二段為將圓形管道過渡為矩形管道，第三段為尾水擴散段。放樣融合編輯輪廓時時需注意與座環出水口半徑尺寸正確對應，保證尾水出水順暢，再根據橫剖圖、縱剖圖得到路徑信息并正確繪制路徑，且由于放樣融合無法形成環形輪廓，故只能先建出一側模型，在通過鏡像繪制另一側管道模型，最后完成三段尾水管道的建模。圖3.19尾水管放樣融合示意圖 圖3.20尾水管模型效果圖3.2.2.4混凝土塊體機墩建模由于Revit軟件中的族文件在導入項目或其他族文件后是作為整體構件存在，故本身的空心圖元無法與其他文件中的圖元進行剪切等互動操作，故在建模過程中決定將交通廊道、排水廊道和操作廊道等與混凝土塊體機墩在同一族文件中建成。考慮到水布埡地下廠房布置的四臺機組裝機容量一致，機組的機墩結構也是相同的，但由于機組在廠房中的位置區別，中間兩臺2、3號機組構造完全相同，1、4號機組因為處在外側，故廊道布置不能直接打通至外部，故需單獨修改并另存為新族，此外注意的是由于廠房加長段中檢修集水井的存在，四號機組混凝土機墩長度尺寸也有所不同，需更加以修改。圖3.21機組布置示意圖（隱藏墻體）需要注意的是，混凝土塊體雖然材質相同，但其各塊銜接部分與尺寸均有區別。同時由于蝸殼與尾水管的復雜曲面以及其內部留有的空心部分，需要嚴格貼合水輪發電機模型設計澆筑的混凝土機墩模型。其中較為麻煩的是蝸殼與尾水管部分的分塊建模，由于Revit建模自由度不高，常會出現放樣失敗提示，故蝸殼周圍部分只能通過分為多塊模型然后拼接完成，最后將材質設置為機墩材質，將發電機水輪機結構與混凝土塊體準確合并即可得到下部結構綜合體。完成混凝土塊的建模和拼接之后，需要進行廊道挖空布置，四臺機組混凝土機墩塊體中都布置有排水洞、交通豎井、樓梯豎井和進人井，這些內部結構的設計主要通過創建空心拉伸等實現，部分內部廊道空心效果圖如圖3.22與圖3.23所示。完成三步建模后即可得水輪機綜合體如圖3.24所示。圖3.22機墩排水廊道空心示意圖圖3.23機墩豎井及交通廊道等空心示意圖圖3.24整體機墩外形圖完成下部結構三維設計后載入項目文件中拼接并分別布置后，就可得到水布埡地下廠房的主體部分三維模型，如圖3.25所示。圖3.25主廠房軸測圖3.3上下游引水出水管道設計水布埡地下廠房建筑群除了主廠房外仍布置有母線洞、交通洞、場外排水洞等較多建筑，在完成主體廠房建模之外，還需對這些洞室進行設計建模并根據圖紙上的位置安放，尤其是上游引水管道與下游出水管道的布置，由于它們都是每段截面形式都有所不同，故需分段建模并拼接，最后將上游引水管道與蝸殼進水口相連，將下游出水管道與尾水管相連，形成基本完整的地下模型。3.3.1上游引水管道設計水布埡水電站上游引水管道由多段拼接而成，其中截面形式有多種，進而需要按照圖紙嚴格設計，對于彎曲段可以通過放樣繪制路徑實現，可參考圖3.26路徑效果，截面過渡段通過放樣融合實現，根據圖紙參數可以放置參照線定位建模。圖3.26彎曲連接段放樣路徑圖圖3.27連接蝸殼進水處示意圖末端連接蝸殼進水管道處由于是與平面接觸，故需利用空心拉伸形狀將彎曲管道末端削平，如圖3.27所示，完成各管道的建模并拼接后效果如圖3.28所示。圖3.28引水管道整體示意圖3.3.2尾水管道設計水布埡水電站尾水管道與上游引水管道類似，由四段不同的管道構成，基本通過放樣與放樣融合操作就可以完成各段模型的建立并將其拼接，建模時設立了參照線保證了管道的長度與坡度。擴散段放樣融合示意圖 （b）尾水隧洞輪廓圖圖3.29尾水管道部分建模示意圖3.3.3其余部分設計進水塔與尾水平臺的建造由于沒有詳細的CAD圖紙，只有詳細的標高，設計信息不足以建造精細的內部結構，故只在建立了對應標高后搭建了樓板墻體等結構，并挖空墻體以銜接管道出水口。3.4洞室及豎井設計完成主廠房與進出水管道的建模后，地下電站的水流路線輪廓已經明了，根據水電站的特點，還需要完成母線洞以及剩余部分洞室廊道的建立。除此之外，地下廠房與地面連通的母線豎井也需要在廠房基礎上完善，在將母線洞、交通洞連接到廠房以及各洞室相互銜接時，需要格外注意墻體的輪廓和挖空，保證洞室內空間的連通。圖3.30墻體不規則輪廓示意圖3.4.1母線洞及母線豎井設計在水布埡地下廠房的布置中，母線洞進人地板高程與標高為200.50m的電氣夾層對應，四條母線洞銜接廠房后直接與母線豎井相連并直通地面500KV變電所，母線洞中布置有電纜溝，在進行建模時需按圖紙給定輪廓建模。3.4.1.1母線洞建模母線洞由于截面形式固定，且四條母線洞無尺寸布置等差別，故首先考慮新建常規模型，并通過陣列方式布置，在新建常規模型中，點擊前視圖，再根據二維圖紙中的截面形式和尺寸設計母線洞輪廓，最后根據橫剖圖確定拉伸長度，完成建模后將其載入到廠房項目中，陣列布置好即完成母線洞與廠房的銜接。圖3.31母線洞拉伸長度示意圖3.4.1.2母線豎井建模母線豎井結構較為簡單，可通過放置樓板和墻體實現，但要在其中布置樓梯，同時給母線留出空間，并且銜接電纜溝，水布埡母線豎井較長，底部連接標高200.50m的母線洞，頂部直通標高317.50m的地面。3.4.2其他廊道及洞室結構設計水布埡水電站地下主廠房周圍布置有較多場外排水洞，它們圍繞在廠房周圍，除此之外，還有與母線豎井連接的交通廊道，通向地面的交通豎井和與主廠房連通的交通洞，這些洞室中較為復雜的是交通廊道的布置，由于交通廊道直接銜接母線豎井，所以要保證輪廓正確與連通順暢。3.4.2.2場外排水洞建模場外排水洞建模較為簡單，由于圖紙中給出了明確的截面輪廓和尺寸，所以只需通過新建常規模型并編輯輪廓和拉伸長度完成，最后載入項目中，再進行復制和放置，總體與母線洞的做法類似，難度不大。圖3.32場外排水洞輪廓圖水布埡地下廠房交通洞布置在廠房安裝場右側，直接通到廠房內部，由于交通洞的路徑為曲線形式，截面輪廓無變化，所以在新建常規模型中繪制參照線后，點擊放樣功能后再依據參照線繪制路徑，從平面圖紙上獲取輪廓信息并編輯輪廓后完成放樣生成模型載入到廠房項目中，在與廠房右側安裝場銜接時需要對齊樓板高度與墻邊界，最后將與交通洞接觸的墻體重新編輯，留出與洞室內輪廓吻合的空間，保證交通暢通無阻。圖3.33交通洞模型效果圖3.4.2.3交通廊道與交通豎井建模水布埡地下廠房交通廊道布置在母線豎井旁并與之銜接融合，由于要保證交通廊道的城門式輪廓，還需保證電纜溝的連通以及與交通豎井的連通，于是通過搭建多塊樓板和墻體來實現，以便在側面留出空間連接母線洞與電纜溝。同理適用于交通廊道截面擴大處的搭建，最后銜接垂直相交的交通廊道時，需要在與之垂直段的一側進行空心拉伸，挖空部分結構，形成城門式空心通道，保證交通廊道暢通。除此之外，交通豎井與母線豎井類似，不過需要布置電梯等豎井結構，并且在建模時需要編輯下部墻體，保證與交通廊道的連通。圖3.34母線豎井與交通廊道銜接處效果圖圖3.35交通廊道側面挖空效果圖3.5地面建筑物三維設計水布埡水電站地面結構包括500KV變電站以及管理樓，其中管理樓結構與主廠房框架類似，都是通過搭建樓板墻柱等實現，不再過多說明。管理樓分為五層，一層標高315.40m，布置有接待室，配電裝置室，直流電源室等，二層標高319.20m，主要布置辦公室和實驗室，三層標高為322.80m，布置有氣體消防室和電纜室等，四層標高326.40m，布置有會議室，中控室布置在標高為331.20m的第五層。其中標高為326.40m的第四層管理樓與右側連通，從三維視角隱藏墻體可以清晰看到右側布置的主變器等部分設備，如圖3.36所示。管理樓每層都布置有很多房間，故需按照圖紙利用墻體準確分隔每個房間，并布置好門窗豎井，而且梁柱較多，布置較為繁瑣，可以通過導入對應尺寸的CAD圖紙進行輔助建模，根據各樓層中不同房間的布置，利用“房間”功能可以分隔并標注房間名，最后可在顏色方案中完成各類房間的配色，部分樓層平面圖及房間配色效果如圖3.37與圖3.38所示。圖3.36500KV變電所樓層軸測圖（隱藏墻）圖3.37管理樓第一層平面圖圖3.38管理樓第四層平面圖3.6廠內機械設備設計在完成主要部分的建筑模型建立之后，為了體現更真實的體現水電站的內部環境，還需要根據圖紙上給明的設備信息及尺寸等完成機械與電氣設備等部分細小構件的建模。對于常用的電氣或機械設備，Revit的自帶族庫之中已經擁有，可以將其打開并根據圖紙資料修改基本參數后載入到項目中放置，使其滿足水布埡電站的使用需求。對于較為特殊的設備，應當用“公制常規模型”類型族文件自建使用，也可以分零件創建最終拼接成型，在此過程中需要參考相關書籍資料了解部分設備的主要構造，避免設計出錯。建模完成后，可以在屬性中修改模型的材質，使其貼合實際效果，圖3.39至3.42為設計過程中自建的部分模型效果圖。圖3.39低壓空氣機 圖3.40配電柜圖3.41母線電纜 圖3.42壓力油罐

4三維模型的渲染與漫游4.1三維模型的渲染模型的渲染是指在三維模型創建完成之后，對其進行材質貼圖，燈光和場景布置的操作，利用渲染軟件將模型外觀修改，讓三維模型如實物般呈現出來，達到模型實際效果，實現三維可視化。三維建模渲染軟件在許多行業中都有應用，較為常用的有3DSMax和Lumion軟件，此次設計使用Lumion8.0渲染軟件，其操作較為方便且功能強大。在使用Lumion軟件渲染水布埡廠房模型之前，需要在Revit中將模型導出為fbx格式，并將其命名為英文格式，否則會出現更換材質后模型變黑的問題。導入Lumion軟件并放置模型之后，點擊編輯模式選擇材質，然后便可選擇模型各部分進行更換材質，材質功能之中又包括更換材料和涂色選項，需結合實際對模型各部進行渲染。對各部分材質渲染完成后，可調整視角進入拍照模式，拍照時應選取效果較好，模型信息較全的點位，得出的照片可再進行場景渲染，除了給定的幾種風格之外還可自定義場景光線等環境。圖4.1材質替換操作示意圖圖4.2場景渲染操作示意圖4.2三維模型漫游Lumion軟件可以通過漫游動畫的形式進一步加強模型的可視化效果，本次畢業設計完成了兩大部分的建模，一部分是地下廠房及其建筑群的模型，另一部分是地上開關站管理樓的模型。由于兩部分模型在開始時分成了兩個項目樣板進行設計，所以利用Lumion渲染時并沒有拼接在一起實現整體漫游動畫，主要實現了主廠房內的漫游視頻，其中下圖4.4是地下廠房主體三層結構的漫游視頻九宮格截圖。模型漫游在Lumion操作頁面右下角的動畫模式中實現，首先通過移動攝像機位置并拍照得到幾張場景圖即生成視頻的關鍵幀，點擊生成動畫后Lumion會依次拍攝關鍵幀確定漫游路徑直到漫游結束，通過Lumion的智能計算便可實現動畫效果。在此過程中可以隨時觀看漫游視頻效果，對以完成的關鍵幀可實現修改、刪除，插入等多種功能，使用極為便捷。同樣地，動畫模式也可以添加各種場景特效以達到更好的效果，春夏秋冬、黑夜白晝等各種場景環境都可以進行替換，對模擬實際水電站中的運行環境來說效果很好。圖4.3管理樓衛生間視角圖圖4.4漫游視頻九宮格截圖（水輪機層→發電機層）5成果實現水布埡水電站地下廠房三維設計是通過對二維CAD圖紙提取參數，在Revit平臺上建立整體建筑模型的設計實踐，成果實現的方式主要包括:能夠進行碰撞檢查，優化方案，節省成本，導出所需的剖面圖和平面圖；對模型進一步渲染，編制漫游視頻；導出構件明細表，統計工程量；為工程構件明細提供依據，為工程管理、工程造價概算提供便利等。主廠房內部渲染圖附圖一地下建筑群模型圖附圖二管理樓整體渲染效果圖附圖三二號機組沿中心線橫剖面圖附圖四廠房沿機組中心線縱剖面圖附圖五主廠房發電機層平面圖附圖六主廠房電氣夾層平面圖附圖七主廠房水輪機層平面圖附圖八6問題與思考在本次對水布埡水電站的三維參數化設計的過程中，我對BIM技術以及其實現形式有了一定的認識，初步熟悉了Revit工作平臺的建模功能。在建模過程中，不僅加強了對水電站各部件的了解，還根據不同結構的特點采取不同的建模思路，提高了對三維建模的掌握程度。但是在建模過程中我也遇到了較多問題和困難，這些問題大多出現在圖紙中構造的理解以及軟件的使用之中，在設計建模之余它們時常會引發我的思考。1.Revit建模的自由度較低Revit是BIM建模軟件，軟件設計上就比較注重建模的準確性還有文件的信息量，但是在建模的自由度就有所限制，比如本次設計中就時常碰到放樣融合等操作無法完成的問題，并且操作失敗時不會顯示具體失敗原因，給建模造成了一定的麻煩。2.Revit的兼容性問題Revit與其他軟件兼容性不夠高，Autodesk在這方面跟微軟很類似，對于其他軟件的支持度都很低，都希望是別人來跟它配合。由于在BIM的協同流程中常常會需要使用多種軟件互相配合，因此支持度不高對于最終成果的完成帶來不小的影響，本次設計中就出現將Revit中的模型轉換成為fbx文件格式并導入Lumion后原來的材質和顏色無法保留的問題。3.二維圖紙的信息參數CAD圖紙中的信息獲取不全也給建模帶來了一定的麻煩，當然本人對于圖紙的理解程度也有限。

7結論與展望7.1結論本文主要介紹了依托于Revit建模軟件和Lumion渲染軟件平臺，以水布埡水電站地下廠房建筑群以及部分地面建筑物為建模對象，利用水布埡二維圖紙資料中的參數信息，并基于BIM理念的三維參數化設計、建模、渲染過程。從水布埡水電站建筑的設計說明以及設計圖紙中提取相關信息，將二維圖紙翻譯為三維模型。在設計過程中嚴格依據二維參數信息，充分考慮對象類別特點以及Revit軟件特性，采用了不同的建模方式和手段，最終將創建的各個零部件組裝整合形成整體模型。在此過程中既加深對BIM技術的理解，也熟悉了BIM技術下部分軟件的聯合運用，同時在設計過程中，對水電站結構功能、設備布置等方面也有了一定的了解，得出了如下主要結論：1.近十年來，中國BIM技術應用在國家產業政策和全行業的努力下取得了巨大的突破，給我國工程建設行業帶來了深刻的影響和前所未有的變革。BIM技術正在和其他相關技術深度融合。隨著BIM技術應用的深化，傳統工程建設過程正在發生改變，很多項目的實施環節正在逐步融為一體。甲方可以在開發階段就對運維提出具體要求，設計和施工也逐步走向一體化，這種變化將促使工程建設行業產生新的業務模式和極大改變。2.BIM技術是水利工程建設和管理的重要工具，尤其是水利水電工程關系到國計民生，并且規模較大，對設計及建設的要求越來越高，此時利用BIM技術結合軟件運用到實際中，可以提前發現問題，優化設計、施工和管控，可以極大提高水利水電工程完工的協同效率和交互成本，對水利工程項目的發展有重大意義。3.BIM與其他信息技術的融合，推動著傳統技術的升級和改造，因此，我們看到BIM技術的核心價值正在重新定義，即實現工程建設全過程的精確建造和全過程的流程優化。這是從根本上推動并實現工程建設行業產業升級的核心價值，本次畢業設計不僅開拓了我在工程建設領域的視角，鍛煉了我的實際操作能力，更加深了自己對于專業基礎知識的理解和思考。7.2展望縱觀過去數十年我國水利行業的發展，我認為水利水電工程從業者是十分偉大的，中國自古以來就十分重視水利工程的建設，在未來也一定是國家民生大計。同時，