【《S水电站地下厂房三维参数化设计》16000字（论文）】

S水电站地下厂房三维参数化设计摘要过去的水利水电工程项目施工建设中，厂房建筑群的设计由于主要参考二维CAD图纸，难免会产生工作效率较低，理解沟通能力差，参数信息提取困难的问题。尤其是2D的图纸在工程的整个施工及管理等过程中会产生一系列麻烦，使工程效率降低、成本变高，过去主要依靠二维图纸的来达到工程建设，已经无法满足当今日益精细化与便捷高效化的要求。疫情过后的危机时代，经济增速放缓、人力资源饱和、加之国家新出台的碳中和政策对建筑行业都造成了一定影响，也对行业发展提出了更高的要求，建筑转型已成大势。国内外BIM技术的实践运用已经表明，BIM技术对提升设计效率、降低建设成本、保证质量安全等方面都体现出了优越性。本毕业设计的主要内容是水布垭水电站地下厂房三维设计，依靠BIM技术理念结合所给水布垭水电站资料信息，借助三维设计软件AutodeskRevit进行三维参数化设计，建立水布垭水电站地下厂房的建筑信息模型。具体设计思路是在建立定位系统的基础之上，通过Revit软件分别完成水布垭水电站地下厂房建筑群以及部分地下建筑物模块的三维设计，所有单独模块的设计成果在Revit设计平台上进行统一整合，生成三维信息模型，最终设计成果通过Lumion进行渲染。此篇毕业论文主要分为三大部分，共七章。第一部分包括第一、二章，第一章主要从各个方面介绍BIM技术，第二章对设计对象与设计方法进行简介，为详细设计阶段做前期准备。第二部分为第三、四章，为本篇论文的着重点，其中详细介绍了三维参数化设计建模的过程，并通过图片展示表现设计方法与效果。最后一部分包括第五、六、七章，包括水布垭三维参数化设计成果实现章节以及问题及思考章节，部分成果展现在附录部分中，第七章为个人对于BIM技术的一些结论与展望。关键词：水电站厂房；三维设计；BIM；Revit目录TOC\o"1-3"\h\u150551绪论 1144011.1研究意义 1163091.2BIM的定义和产生 115821.3BIM在水利工程中的应用和优势 2183581.4国内外研究现状及发展趋势 25011.4.1国外研究现状 2239771.4.2国内研究现状 3221212研究设计方法 417942.1水布垭工程背景资料 4105872.1.1地理位置及主要工程特性指标 4224842.1.2水电站建筑群组成及厂房类型 4138342.2设计平台 581812.3设计方法 5205473厂房三维设计 7169253.1建立定位系统 7157283.2主厂房三维设计 833943.2.1主厂房上部结构三维设计 9315203.2.2主厂房下部结构三维设计 15290473.3上下游引水出水管道设计 2317453.3.1上游引水管道设计 23299733.3.2尾水管道设计 2564013.3.3其余部分设计 25133173.4洞室及竖井设计 2655853.4.1母线洞及母线竖井设计 26169803.4.2其他廊道及洞室结构设计 27183713.5地面建筑物三维设计 30216333.6厂内机械设备设计 31238924三维模型的渲染与漫游 33253804.1三维模型的渲染 33103734.2三维模型漫游 34278705成果实现 36224176问题与思考 37206567结论与展望 38226217.1结论 38195007.2展望 3825705参考文献 4024905附录 43PAGEPAGE271绪论1.1研究意义过去的水利水电工程项目施工建设中，厂房建筑群的设计由于主要参考二维CAD图纸，难免会产生工作效率较低，理解沟通能力差，参数信息提取困难的问题。尤其是2D的图纸在工程的整个施工及管理等过程中会产生一系列麻烦，使工程效率降低、成本变高，过去主要依靠二维图纸的来达到工程建设，已经无法满足当今日益精细化与便捷高效化的要求。而被誉为建筑业变革的革命性力量的建筑信息模型BuildingInformationModel（BIM）并不是一个实现实物的工具而是一种理念，这种理念可以贯穿使用于整个建设运行环节中，建筑信息模型的建立为工程人员提供了完美的3D可视化效果，将复杂的水工建筑物直观化，补充了二维图纸的短板。因此，BIM技术在水利工程项目中的推广还有很大的增长空间，十四五新阶段中国家也明确了BIM在工程建设中的重要地位。在信息化的社会，水利工程中BIM技术的应用是趋势所在，是提高水利水电工程行业效率和质量的必然方向。21世纪，BIM技术作为一项新兴技术理念，虽然前景广阔，但是在我国的水利工程项目中的应用还不够成熟，依然有很大的运用空间和突破节点，BIM技术的研究发掘能为我国水利行业的发展带来新动力。疫情过后的危机时代，经济增速放缓、人力资源饱和、加之国家新出台的碳中和政策对建筑行业都造成了一定影响，也对行业发展提出了更高的要求，建筑转型已成大势。国内外BIM技术的实践运用已经表明，BIM技术对提升设计效率、降低建设成本、保证质量安全等方面都体现出了优越性。在水利工程项目建设愈加复杂，产值难以大幅增长的今天，尽可能地降低成本，已经成为最关键的要求之一。如今的工程建设中，项目管理可依赖的资料信息无法支撑起日渐精细化的要求，而建筑信息模型则是效率和精确的代名词，可以有效辅助施工的运转。“十四五”时期，国家政策制定者们也看到了BIM变革性的力量，相继出台了相关政策扶持BIM技术的研究发展，全力打造智能高效的建筑行业环境。综上所诉，BIM技术必将成为未来水利水电工程建设的新驱动力。1.2BIM的定义和产生BIM意为建筑信息模型，是继CAD（计算机辅助设计）技术后新的建筑行业变革性技术。美国国家BIM标准（NationalBuildingInformationModelingStandard，NBIMS）将其定义为是设施物理和功能特性的数字信息表达，为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程，并且在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM获取或更新信息，以实现各自职责的协同工作。进入21世纪，Autodesk公司在BIM定义的基础上首次研发出了实现BIM理念的操作软件，并将其向世界推广，之后其概念在全球范围内逐渐得到业界的广泛认可。1.3BIM在水利工程中的应用和优势1.设计规划阶段：设计阶段：BIM技术除了可以实现精确的建立三维模型之外，还可以从模型本身出发生成各种剖面图和平面图纸，并且可以在图纸上获取参数信息。此外，BIM技术下的主流设计软件可以详细地统计工程模型材料的使用量，这些数据导出后可以为工程预算提供参照，通过各种软件的协同配合，BIM技术大大提高了设计效率以及中标概率。2.施工管理阶段：水利水电工程施工阶段由于涉及到各种学科知识，其中主要是水利水电专业知识，故其施工建设较为复杂，工艺繁多，工程质量常有瑕疵。而BIM技术可以模拟施工过程，并在建筑信息模型的基础上指导施工现场，做进度预测等，减少因为信息交互误差产生的返工整改等不必要的损失，BIM技术为水利工程的完工和运营提供了信息保障。1.4国内外研究现状及发展趋势1.4.1国外研究现状（1）基于软件开发的研究BIM作为一种技术理念，在不同的国家有不同的标准，国外一些起步较早的国家例如早已制定出较为完善的标准，美国由于对这一方面的研究起步较早，时间较长，并且首先将其应用于实践当中，所以关于BIM的应用和标准已经相当成熟。而BIM应用较为成熟的当属于美国，它是较早启用建筑研究与实践的国家，并已开始使用。目前，美国的Autodesk公司、Bentley公司以及匈牙利的Graphisoft公司是BIM设计软件市场的三家实力较强的软件开发公司，他们所开发的Revit系列软件和ArchiCAD软件是当前BIM设计中较为热门的平台。（2）基于数据标准的研究1995年，IAI（IndustryAllianceforInteroperability）率先提出了面向建筑对象的IFC信息模型标准。从1997年发布IFC的第一个完整版本一直到当前的最新版本TFC2X4，基于数据标准的研究一直在进步。在数据标准研究方面，美国也起步较早，在21世纪初就开始了相关研究并颁布了应用标准。目前，美国所使用的BIM标准有IFC标准、NBIMS和COBIE等标准。2010年左右，英国、挪威、澳大利亚也逐渐颁布了关于BIM的行业标准。1.4.2国内研究现状目前为止，我国BIM设计应用最为广泛的依旧是北部地区，根据我国当前BIM的应用范围以及行业需求等方面来看，它未来在我国的发展将是以非常迅速的势头持续下去，但各种顾虑以及标准政策的不完善一直制约着我国的许多建筑学者。第一，技术型人才不足，亦或者技术不过硬，达不到招聘者的要求；第二，我国进入计算机信息时代较晚，所以相比西方发达国家BIM的一套体系不够完善，并且经历实践的洗礼不够，在行业应用时会出现许多问题；第三，BIM成本难以估计，资金不够充足；第四，我国缺乏系统化，专业化的数据标准，其中包括BIM应用能力评估准则、数据交换标准，BIM实施管理标准等，而国外英美等国已经形成成熟的专业体系。无论如何，我国政府与学者们依旧在为BIM技术在研究和应用方面努力寻求突破。我国当前主要还是依赖于国外公司所开发的软件来实现建筑信息模型，市面上所发行的各种软件都各有优劣，随着计算机水平的不断提高，我相信未来我国在BIM的软件开发一定会有所成就，我本人也希望通过本次对水布垭水电站的三维参数化设计，掌握一定的BIM知识以及主流软件的使用，并了解有关BIM技术的研究应用在我国当前及未来的发展走向。

2研究设计方法2.1水布垭工程背景资料2.1.1地理位置及主要工程特性指标水布垭水电站坝址位于清江中游的巴东县水布垭镇，上距恩施117km，下距隔河岩92km,距清江入长江口153km，是清江梯级开发的龙头枢纽。水库正常蓄水位400m，相应库容43.12亿立方米，总库容45.8亿立方米，装机容量1840MW，是以发电为主，并兼顾防洪、航运等的水利枢纽工程。混凝土面板堆石坝最大坝高233m，为目前世界上最高的面板坝，坝顶高程409m，坝轴线长660m，坝顶宽12m。图1.1水布垭水利枢纽布置2.1.2水电站建筑群组成及厂房类型水布垭地下电站布置在其右岸，上游为引水式构造，未设有调压室等建筑。电站建筑物包括：引水渠、进水口、引水隧洞、主厂房、安装场、母线洞、尾水洞、尾水平台、尾水渠、500KV变电所、交通洞、通风洞和厂外排水洞等。引水隧洞采用一机一洞，平均洞长387.9m，圆形断面直径为8.5～6.9m；地下厂房尺寸为165.5m×21.5m×51.47m（长×宽×高），水轮发电机安装高程为189.0m；尾水洞与进水洞相同地给每台机组衔接一道尾水隧洞，平均洞长313.18m，圆形断面直径为11.5m。水布垭水利枢纽工程为一等大(1)型水利水电工程。水布垭工程地下厂房位于右岸，主要为三层结构，包括发电机层、电气夹层与水轮机层，用于布置电气与水力机械设备。2.2设计平台本次设计对象水布垭水电站主体部分为地下厂房结构，在此之外还有一部分地面建筑物设计任务，主要设计平台为BIM技术下的软件Revit2020和Lumion8.0。由于水布垭是地下厂房布置方式，所以其建筑物与常见的地面水电站有所差别，除了洞室布置较为复杂外，其水布垭地形条件与建筑分布较为特殊，水电站构造成熟。本次设计主要使用国内较为主流的Revit软件平台进行整体厂房以及机械设备、电气设备等构件的三维设计，并将它们拼接起来，形成较为完整的建筑信息模型，最后利用Revit三维建模成果导入Lumion软件进行渲染，更好地展现直观、真实的效果，并将三维模型呈现出来，在此过程中也可能会使用到其他软件和插件。2.3设计方法水布垭水电站三维设计主体是地下部分建筑群，其中主要任务是主厂房的设计，本次地下厂房的设计依据主要为地下厂房各层的平面图、沿机组中心线的剖面图以及枢纽布置图等二维设计图纸。同时，还根据所给资料对厂区的主要上下游进出水管、竖井系统、洞室系统等进行建模。完成结构部分后还需根据厂房实际合理安排布置机械、电气设备。完成整体设计后，可根据需要利用Lumion软件对部分结构或整体进行渲染。整个设计的核心部分为厂房模型，设计思路为先完成地下主厂房框架的建模，再根据结构间的联系完成附属洞室以及地面建筑物的建模，最后完成各类构件的制族建模并将其布置到厂房各层。在建模过程中族的运用十分关键，族是构成Revit建筑模型的单元，可以简化理解为建筑项目样板中各种各样的单元成分。Revit作为热门建筑三维设计软件，已经自带了部分族系，Revit该部分的族系内容丰富，可以很方便的调用。对于这类常规建筑结构建模流程为：调用族系、调整参数、导入项目、放置构件。而水利工程与民用建筑有区别的部分作为非常规结构应根据其类型采用族样板进行自建，建模流程为：从已有族库中调用样板。从二维图纸中提取参数。使用各种功能创建模型。完成模型导入项目之中。按照图纸信息布置构件。非常规建筑结构中，除了本身类别明显可以直接从原有族中直接修改参数外，一般情况下均使用公制常规模型样板进行建立。厂房模型建立后，为加强厂房模型的实际表现效果需要将整合后的厂房模型导入Lumion，可利用渲染图片与制作漫游视频的功能，以达到丰富工程资料和保证工程精细化的目的。图2.1设计流程示意图

3厂房三维设计3.1建立定位系统Revit三维建模的第一步要对所建模型进行定位，在定位系统中，标高限制了模型的Z值，轴网则限制了模型的平面位置。在立面视图中设立关键标高，建立起高程系统，对应二维图纸中的侧面视图，标高不仅可以作为楼层层高的参照，还可以作为窗台和其他构件的定位。轴网用于为构件定位，在Revit中轴网建立的同时也确定了一个不可见的工作平面。轴网与标高系统的建立，使得三维模型可以精准定位。表3.1关键高程表关键标高名称实际高程（m）主厂房顶拱230.47桥机轨顶220.00发电机层206.50电气夹层200.50水轮机层195.10水轮机安装高程189.00交通操作廊道高程181.80尾水管底板底高程169.00在进行水布垭水电站进行三维建模设计时，在创建建筑样板项目rvt文件之后，首先依据二维图纸上的标高在立面视图中创建关键标高，如表3.1所示的关键高程，安装特殊构件时还可另外创建其他高程，以达到限制Z值的目的。在创建标高之后，点击产生的对应标高楼层平面视图，进行导入CAD图纸操作，注意导入CAD图纸时确保尺寸对应，然后在图纸的基础上建立起轴网系统，以达到控制厂房框架边界以及机组尺寸的目的。图3.1部分高程系统3.2主厂房三维设计水布垭水电站地下厂房主要框架由发电机层、电气夹层、水轮机层以及水轮机综合体即厂房下部结构组成。对于地下厂房的建模，此次设计主要分为三步进行，第一步在建立的标高及轴网定位系统下，搭建楼板、结构柱、梁以及墙体等，完成厂房模型的基本框架；第二步制作机械与电气设备的模型，根据二维图纸以及查阅水电站课本等资料了解到设备的形式与结构，在Revit的新建族功能中制作，并依据图纸将其放置于框架中；第三步制作水轮机综合体和下部结构，然后将其载入rvt项目中并根据图纸信息准确安装，最终完成主厂房的整体框架。水布垭地下厂房段整体由主厂房和安装场组成，由于水电站厂房的水工建筑结构与普通土木建筑有所差别，考虑到施工安装顺序以及工序流程等，将厂房的三维设计建模分为三大部分任务。第一任务是建立厂房的建筑框架模型，根据说明报告以及相关图纸明确框架构件的尺寸类型，按照常规建筑建模要求进行正确搭建。第二任务是完成水工结构模型建模，此类模型在Revit中不能直接调用并修改参数，如转子、蜗壳、尾水管等，需利用新建族功能实现。第三任务是完成地下厂房的水道和交通系统建模，主要包括引水、尾水隧洞、交通洞、母线廊道、母线竖井、交通竖井以及场外排水洞等结构，其中部分可以通过搭建楼板墙及屋顶等实现，但主要还是依靠自建常规模型功能。由于厂房整体框架明显，可将其分为上部结构与下部结构两大板块完成参数化设计任务。3.2.1主厂房上部结构三维设计水布垭厂房上部结构中，主体是梁板柱以及门墙等建筑框架模型，但此外仍有部分例如拉伸屋顶与岩锚吊车梁与支撑梁等非常规建筑结构模型。3.2.1.1常规建筑结构建模水布垭地下厂房的常规结构以建立好的定位系统为基础。在平面上首先进行区域划分，包括安装场段与机组段和加长段，分析各段模型中构件的主要类别。在立面上，首先把关键高程所处平面上的建筑结构建立完成，再对相邻高程平面内的建筑结构进行分析、构建模型并将各层面连接起来，从而在三维中完成三段区域模型的组装和对接。1.发电机层平面设计（高程▽206.50m）发电机层主要由主厂房和安装场和加长段构成。发电机层的空间十分开阔，两侧结构柱高，楼板所占面积较大。机组段布置有吊物孔、楼梯以及电气柜，安装场位于主厂房右端，为保证机组安装与检修的空间，建筑结构模型较少，连通进厂交通洞，厂房布置的结构柱间距与安装场及加长段有所不同，并且布置有两层墙体，除了防潮墙之外还有一层喷护墙，墙与楼板之间有空气流通缝隙。在建模过程中，利用竖井功能可以挖空楼板并布置吊物孔，利用模型线功能可以画出桥式起重机的限制线和安装场内转子、定子等设备进行检修时的放置示意线。发电机层的平面图及轴测图如图3.2和图3.3。图3.2发电机层平面图图3.3发电机层轴测图（隐藏部分墙柱）2.电气夹层平面设计（高程200.50m）电气夹层整体结构与发电机层相似，在第一机组右端布置有10KV配电室和蓄电池室，并且其中布置有排风管道等构件，在左侧布置有卫生间和检修、配电设备，每个机组段都配有配电盘室。这一层房间设备较多，布置较为繁琐，因此在建模过程中须对照图纸建立分隔房间，并放置构件。水轮机层的平面图、轴测图分别见图3.4和图3.5。图3.4电气夹层平面图图3.5电气夹层轴测图（隐藏墙体）3.水轮机层平面设计（高程195.10m）水轮机层整体结构较电气夹层变化不大，在机组右端设有油罐室和油处理室。电气夹层和水轮机层安置摆放的机械设备较多，梁柱等布置也较为麻烦，建模工作量较大，需要对各设备进行一定程度的了解，并将各设备摆放在相应位置。水轮机层的平面图、轴测图分别见图3.6和图3.7。图3.6水轮机层平面图图3.7水轮机层轴测图4.主厂房参数核验水布垭地下厂房常规建模主体部分在于水轮机层、电气夹层与发电机层，其中电气夹层与水轮机层框架基本相同，楼层布置的设备也较多，完成三层建模后可切换楼层平面视图或者导出CAD图纸进行比对参数信息，保证模型的准确性。本次建模过程中保证模型的精确，依据图纸上所给的数字信息和文字说明在Revit中修改模型类型和参数。例如墙、柱、梁和楼板等都有不同的尺寸和类型布置，但其他例如门的参数和类型大多没有具体说明，便可在自带族库中直接调用后载入安装。其中较为繁琐的是墙体与梁柱的布置，由于主厂房面积较大，故需要布置较多此类构件，并且需保证它们布置正确，严格按照建筑规范形成框架，所以需对布置的起点终点修改以保证放置点位准确。其他例如楼梯的建立首先需要根据CAD图纸在楼梯布置处创建竖井洞口，草图楼梯需要手动调整梯面高度、宽度、梯面数量并设置合适的栏杆扶手，而在创建多层楼梯时可直接点击编辑楼梯，进行选择标高并连接或者断开标高操作即可。图3.8楼梯安装效果图3.2.1.2非常规建筑结构建模厂房中非常规建筑结构模型主要有吊车梁和拉伸屋顶。由于吊车梁和拉伸屋顶因工程实际而定，故不能直接调用现有的族系。但其类别在常规建筑常见，可以利用Revit带有的族样板文件创建族并以族文件类型载入到项目中。1.吊车梁建模首先在打开的项目文件中选择“新建-族-公制结构框架-梁和支撑”进入族文件，吊车梁截面形状与常规梁结构不同，但不存在截面变化，故可采用拉伸命令进行操作。拉伸命令是用于通过拉伸二维形状来创建三维实心形状。结合梁的形状特点，在拉伸中根据CAD图纸画出截面的二维形状，并通过规定拉伸起点与终点控制梁的长度即可实现吊车梁的创建。创建过程中通过移动命令可将梁移动到参照标高处，在布置时便于使梁顶与确定好的“桥机轨顶”高程对齐。另一根吊车梁可直接用镜像命令拾取楼板中心线进行对称布置。（a）吊车梁截面图（b）吊车梁效果图3.9吊车梁的拉伸成型2.厂房拉伸屋顶建模水布垭地下主厂房屋顶分为两部分，上部是150mm混凝土喷护屋顶，下部则是150mm防潮屋顶，屋顶的创建通过拉伸实现，根据二维图纸确定拉伸的轮廓以及尺寸。 （a）（a）屋顶侧面效果图（b）屋顶拉伸轮廓图图3.10屋顶的拉伸成型3.厂房支撑梁建模厂房拱顶支撑梁模型的创建与吊车梁方法类似，先是在CAD图纸中测量出拉伸截面的尺寸，再根据实际长度确定拉伸起点和拉伸终点。支撑梁拉伸轮廓图 （b）支撑梁效果图图3.11支撑梁拉伸成型3.2.2主厂房下部结构三维设计厂房下部结构主要包括带轴连接的发电机与水轮机、尾水管以及外部的混凝土块体机墩，混凝土块机墩中又布置排水廊道以及交通廊道等，可通过创建空心形状实现。而Revit软件中没有类似的现有族系，故下部结构的设计只能通过自建族系来实现，这一部分主要是水轮机等水工结构，需要结合水电站等课本上的知识和二维图纸理解其构造，并依据参数设计出三维模型，主要用到的操作有拉伸、旋转、放样以及放样融合等。图3.12下部结构解剖图（部分）3.2.2.1建模对象与功能选择水轮机综合体的建模首先需要新建公制常规模型，整体建模顺序为：1.机械结构建模：主要顺序为顶盖→转轴→转子→外壳→转轮→叶片→座环→蜗壳→尾水管。2.混凝土块机墩建模3.廊道挖空布置其中较为复杂的是第一步与第二步的设计，放样融合主要针对蜗壳与尾水管操作，旋转拉伸主要用于水轮机上半部的转轴等构造，而叶片的布置需要通过阵列功能实现。建模过程中经常遇到Revit软件的布尔功能相对受限，通过放样融合功能一次性绘制蜗壳结构通常提示无法创建的问题。故需要分块拼接混凝土机墩，同时常常出现空心形状无法显示的问题，需要使用剪切功能选择机墩和空心进行分离并显示。在建模时需要按照CAD图纸尺寸进行参数控制，可通过导入CAD图纸、绘制参照线、模型线等辅助功能建模。3.2.2.2水轮发电机建模水布垭水电站采用立轴混流式水轮机，主体部分包括顶盖、转轮、座环与蜗壳结构。其中顶盖、转子可由简单的拉伸得到，转轴和外壳等也可以通过导入对应尺寸的CAD图纸锁定后拾取线进行旋转得到，总体较为简单，但应需注意尺寸对应正确。图3.13发电机上部结构图1.转轮、叶片及座环的创建转轮部分可先用旋转功能绘制转轮一侧截面轮廓，再绘制转轴即可实现。叶片部分通过比对二维图纸中的轮廓进行绘制，并通过放样实现厚度从而形成三维模型，最后通过阵列实现快速环绕布置。图3.14叶片放样轮廓图2.座环及固定导叶设计由于Revit软件的拉伸功能支持环状轮廓，故可用座环拉伸创建座环上环，再使用拉伸创建带圆型出水口的下环。而固定导叶的创建与转轮叶片类似，可先进行放样在进行环绕半径阵列布置。 图3.15座环整体效果图3.蜗壳结构设计水轮机结构中，蜗壳的结构较为复杂，一方面需要与座环边界吻合，另一方面需要根据图纸进行多段拼接，并保证外壳完美融合。在蜗壳的设计中，根据图纸将蜗壳分为四段进行拼接，前三段使用放样融合功能，对每一个轮廓进行编辑后放样可实现拼接，其中每一段放样融合需要注意的是轮廓并不是一个圆形，还需考虑与座环的拼接，此外还需精确角度的大小和半径的长度，对于直线段蜗壳，可直接采用放样功能建造。在四段蜗壳建模拼接完成之后，会出现第一段蜗壳插入直线段蜗壳进水管道的问题，此时需要在直线段蜗壳中创建空心拉伸消去插入的蜗壳，实现整段蜗壳模型的融合，以及进水道的顺通。图3.16蜗壳放样融合操作图图3.17蜗壳分段示意图4.水轮发电机模型拼接发电机部分包括机架、转子、定子等，其结构复杂程度不高，均可以通过拉伸和旋转功能建出，布置时进行空心旋转，体现内部发电机结构。转轴通过拉伸功能建出，实现水轮机与发电机的连接。图3.18带轴发电机与水轮机结构3.2.2.3尾水管建模水布垭下部结构中尾水管建模分为三段，第一段承接座环出水口，第二段为将圆形管道过渡为矩形管道，第三段为尾水扩散段。放样融合编辑轮廓时时需注意与座环出水口半径尺寸正确对应，保证尾水出水顺畅，再根据横剖图、纵剖图得到路径信息并正确绘制路径，且由于放样融合无法形成环形轮廓，故只能先建出一侧模型，在通过镜像绘制另一侧管道模型，最后完成三段尾水管道的建模。图3.19尾水管放样融合示意图 图3.20尾水管模型效果图3.2.2.4混凝土块体机墩建模由于Revit软件中的族文件在导入项目或其他族文件后是作为整体构件存在，故本身的空心图元无法与其他文件中的图元进行剪切等互动操作，故在建模过程中决定将交通廊道、排水廊道和操作廊道等与混凝土块体机墩在同一族文件中建成。考虑到水布垭地下厂房布置的四台机组装机容量一致，机组的机墩结构也是相同的，但由于机组在厂房中的位置区别，中间两台2、3号机组构造完全相同，1、4号机组因为处在外侧，故廊道布置不能直接打通至外部，故需单独修改并另存为新族，此外注意的是由于厂房加长段中检修集水井的存在，四号机组混凝土机墩长度尺寸也有所不同，需更加以修改。图3.21机组布置示意图（隐藏墙体）需要注意的是，混凝土块体虽然材质相同，但其各块衔接部分与尺寸均有区别。同时由于蜗壳与尾水管的复杂曲面以及其内部留有的空心部分，需要严格贴合水轮发电机模型设计浇筑的混凝土机墩模型。其中较为麻烦的是蜗壳与尾水管部分的分块建模，由于Revit建模自由度不高，常会出现放样失败提示，故蜗壳周围部分只能通过分为多块模型然后拼接完成，最后将材质设置为机墩材质，将发电机水轮机结构与混凝土块体准确合并即可得到下部结构综合体。完成混凝土块的建模和拼接之后，需要进行廊道挖空布置，四台机组混凝土机墩块体中都布置有排水洞、交通竖井、楼梯竖井和进人井，这些内部结构的设计主要通过创建空心拉伸等实现，部分内部廊道空心效果图如图3.22与图3.23所示。完成三步建模后即可得水轮机综合体如图3.24所示。图3.22机墩排水廊道空心示意图图3.23机墩竖井及交通廊道等空心示意图图3.24整体机墩外形图完成下部结构三维设计后载入项目文件中拼接并分别布置后，就可得到水布垭地下厂房的主体部分三维模型，如图3.25所示。图3.25主厂房轴测图3.3上下游引水出水管道设计水布垭地下厂房建筑群除了主厂房外仍布置有母线洞、交通洞、场外排水洞等较多建筑，在完成主体厂房建模之外，还需对这些洞室进行设计建模并根据图纸上的位置安放，尤其是上游引水管道与下游出水管道的布置，由于它们都是每段截面形式都有所不同，故需分段建模并拼接，最后将上游引水管道与蜗壳进水口相连，将下游出水管道与尾水管相连，形成基本完整的地下模型。3.3.1上游引水管道设计水布垭水电站上游引水管道由多段拼接而成，其中截面形式有多种，进而需要按照图纸严格设计，对于弯曲段可以通过放样绘制路径实现，可参考图3.26路径效果，截面过渡段通过放样融合实现，根据图纸参数可以放置参照线定位建模。图3.26弯曲连接段放样路径图图3.27连接蜗壳进水处示意图末端连接蜗壳进水管道处由于是与平面接触，故需利用空心拉伸形状将弯曲管道末端削平，如图3.27所示，完成各管道的建模并拼接后效果如图3.28所示。图3.28引水管道整体示意图3.3.2尾水管道设计水布垭水电站尾水管道与上游引水管道类似，由四段不同的管道构成，基本通过放样与放样融合操作就可以完成各段模型的建立并将其拼接，建模时设立了参照线保证了管道的长度与坡度。扩散段放样融合示意图 （b）尾水隧洞轮廓图图3.29尾水管道部分建模示意图3.3.3其余部分设计进水塔与尾水平台的建造由于没有详细的CAD图纸，只有详细的标高，设计信息不足以建造精细的内部结构，故只在建立了对应标高后搭建了楼板墙体等结构，并挖空墙体以衔接管道出水口。3.4洞室及竖井设计完成主厂房与进出水管道的建模后，地下电站的水流路线轮廓已经明了，根据水电站的特点，还需要完成母线洞以及剩余部分洞室廊道的建立。除此之外，地下厂房与地面连通的母线竖井也需要在厂房基础上完善，在将母线洞、交通洞连接到厂房以及各洞室相互衔接时，需要格外注意墙体的轮廓和挖空，保证洞室内空间的连通。图3.30墙体不规则轮廓示意图3.4.1母线洞及母线竖井设计在水布垭地下厂房的布置中，母线洞进人地板高程与标高为200.50m的电气夹层对应，四条母线洞衔接厂房后直接与母线竖井相连并直通地面500KV变电所，母线洞中布置有电缆沟，在进行建模时需按图纸给定轮廓建模。3.4.1.1母线洞建模母线洞由于截面形式固定，且四条母线洞无尺寸布置等差别，故首先考虑新建常规模型，并通过阵列方式布置，在新建常规模型中，点击前视图，再根据二维图纸中的截面形式和尺寸设计母线洞轮廓，最后根据横剖图确定拉伸长度，完成建模后将其载入到厂房项目中，阵列布置好即完成母线洞与厂房的衔接。图3.31母线洞拉伸长度示意图3.4.1.2母线竖井建模母线竖井结构较为简单，可通过放置楼板和墙体实现，但要在其中布置楼梯，同时给母线留出空间，并且衔接电缆沟，水布垭母线竖井较长，底部连接标高200.50m的母线洞，顶部直通标高317.50m的地面。3.4.2其他廊道及洞室结构设计水布垭水电站地下主厂房周围布置有较多场外排水洞，它们围绕在厂房周围，除此之外，还有与母线竖井连接的交通廊道，通向地面的交通竖井和与主厂房连通的交通洞，这些洞室中较为复杂的是交通廊道的布置，由于交通廊道直接衔接母线竖井，所以要保证轮廓正确与连通顺畅。3.4.2.2场外排水洞建模场外排水洞建模较为简单，由于图纸中给出了明确的截面轮廓和尺寸，所以只需通过新建常规模型并编辑轮廓和拉伸长度完成，最后载入项目中，再进行复制和放置，总体与母线洞的做法类似，难度不大。图3.32场外排水洞轮廓图水布垭地下厂房交通洞布置在厂房安装场右侧，直接通到厂房内部，由于交通洞的路径为曲线形式，截面轮廓无变化，所以在新建常规模型中绘制参照线后，点击放样功能后再依据参照线绘制路径，从平面图纸上获取轮廓信息并编辑轮廓后完成放样生成模型载入到厂房项目中，在与厂房右侧安装场衔接时需要对齐楼板高度与墙边界，最后将与交通洞接触的墙体重新编辑，留出与洞室内轮廓吻合的空间，保证交通畅通无阻。图3.33交通洞模型效果图3.4.2.3交通廊道与交通竖井建模水布垭地下厂房交通廊道布置在母线竖井旁并与之衔接融合，由于要保证交通廊道的城门式轮廓，还需保证电缆沟的连通以及与交通竖井的连通，于是通过搭建多块楼板和墙体来实现，以便在侧面留出空间连接母线洞与电缆沟。同理适用于交通廊道截面扩大处的搭建，最后衔接垂直相交的交通廊道时，需要在与之垂直段的一侧进行空心拉伸，挖空部分结构，形成城门式空心通道，保证交通廊道畅通。除此之外，交通竖井与母线竖井类似，不过需要布置电梯等竖井结构，并且在建模时需要编辑下部墙体，保证与交通廊道的连通。图3.34母线竖井与交通廊道衔接处效果图图3.35交通廊道侧面挖空效果图3.5地面建筑物三维设计水布垭水电站地面结构包括500KV变电站以及管理楼，其中管理楼结构与主厂房框架类似，都是通过搭建楼板墙柱等实现，不再过多说明。管理楼分为五层，一层标高315.40m，布置有接待室，配电装置室，直流电源室等，二层标高319.20m，主要布置办公室和实验室，三层标高为322.80m，布置有气体消防室和电缆室等，四层标高326.40m，布置有会议室，中控室布置在标高为331.20m的第五层。其中标高为326.40m的第四层管理楼与右侧连通，从三维视角隐藏墙体可以清晰看到右侧布置的主变器等部分设备，如图3.36所示。管理楼每层都布置有很多房间，故需按照图纸利用墙体准确分隔每个房间，并布置好门窗竖井，而且梁柱较多，布置较为繁琐，可以通过导入对应尺寸的CAD图纸进行辅助建模，根据各楼层中不同房间的布置，利用“房间”功能可以分隔并标注房间名，最后可在颜色方案中完成各类房间的配色，部分楼层平面图及房间配色效果如图3.37与图3.38所示。图3.36500KV变电所楼层轴测图（隐藏墙）图3.37管理楼第一层平面图图3.38管理楼第四层平面图3.6厂内机械设备设计在完成主要部分的建筑模型建立之后，为了体现更真实的体现水电站的内部环境，还需要根据图纸上给明的设备信息及尺寸等完成机械与电气设备等部分细小构件的建模。对于常用的电气或机械设备，Revit的自带族库之中已经拥有，可以将其打开并根据图纸资料修改基本参数后载入到项目中放置，使其满足水布垭电站的使用需求。对于较为特殊的设备，应当用“公制常规模型”类型族文件自建使用，也可以分零件创建最终拼接成型，在此过程中需要参考相关书籍资料了解部分设备的主要构造，避免设计出错。建模完成后，可以在属性中修改模型的材质，使其贴合实际效果，图3.39至3.42为设计过程中自建的部分模型效果图。图3.39低压空气机 图3.40配电柜图3.41母线电缆 图3.42压力油罐

4三维模型的渲染与漫游4.1三维模型的渲染模型的渲染是指在三维模型创建完成之后，对其进行材质贴图，灯光和场景布置的操作，利用渲染软件将模型外观修改，让三维模型如实物般呈现出来，达到模型实际效果，实现三维可视化。三维建模渲染软件在许多行业中都有应用，较为常用的有3DSMax和Lumion软件，此次设计使用Lumion8.0渲染软件，其操作较为方便且功能强大。在使用Lumion软件渲染水布垭厂房模型之前，需要在Revit中将模型导出为fbx格式，并将其命名为英文格式，否则会出现更换材质后模型变黑的问题。导入Lumion软件并放置模型之后，点击编辑模式选择材质，然后便可选择模型各部分进行更换材质，材质功能之中又包括更换材料和涂色选项，需结合实际对模型各部进行渲染。对各部分材质渲染完成后，可调整视角进入拍照模式，拍照时应选取效果较好，模型信息较全的点位，得出的照片可再进行场景渲染，除了给定的几种风格之外还可自定义场景光线等环境。图4.1材质替换操作示意图图4.2场景渲染操作示意图4.2三维模型漫游Lumion软件可以通过漫游动画的形式进一步加强模型的可视化效果，本次毕业设计完成了两大部分的建模，一部分是地下厂房及其建筑群的模型，另一部分是地上开关站管理楼的模型。由于两部分模型在开始时分成了两个项目样板进行设计，所以利用Lumion渲染时并没有拼接在一起实现整体漫游动画，主要实现了主厂房内的漫游视频，其中下图4.4是地下厂房主体三层结构的漫游视频九宫格截图。模型漫游在Lumion操作页面右下角的动画模式中实现，首先通过移动摄像机位置并拍照得到几张场景图即生成视频的关键帧，点击生成动画后Lumion会依次拍摄关键帧确定漫游路径直到漫游结束，通过Lumion的智能计算便可实现动画效果。在此过程中可以随时观看漫游视频效果，对以完成的关键帧可实现修改、删除，插入等多种功能，使用极为便捷。同样地，动画模式也可以添加各种场景特效以达到更好的效果，春夏秋冬、黑夜白昼等各种场景环境都可以进行替换，对模拟实际水电站中的运行环境来说效果很好。图4.3管理楼卫生间视角图图4.4漫游视频九宫格截图（水轮机层→发电机层）5成果实现水布垭水电站地下厂房三维设计是通过对二维CAD图纸提取参数，在Revit平台上建立整体建筑模型的设计实践，成果实现的方式主要包括:能够进行碰撞检查，优化方案，节省成本，导出所需的剖面图和平面图；对模型进一步渲染，编制漫游视频；导出构件明细表，统计工程量；为工程构件明细提供依据，为工程管理、工程造价概算提供便利等。主厂房内部渲染图附图一地下建筑群模型图附图二管理楼整体渲染效果图附图三二号机组沿中心线横剖面图附图四厂房沿机组中心线纵剖面图附图五主厂房发电机层平面图附图六主厂房电气夹层平面图附图七主厂房水轮机层平面图附图八6问题与思考在本次对水布垭水电站的三维参数化设计的过程中，我对BIM技术以及其实现形式有了一定的认识，初步熟悉了Revit工作平台的建模功能。在建模过程中，不仅加强了对水电站各部件的了解，还根据不同结构的特点采取不同的建模思路，提高了对三维建模的掌握程度。但是在建模过程中我也遇到了较多问题和困难，这些问题大多出现在图纸中构造的理解以及软件的使用之中，在设计建模之余它们时常会引发我的思考。1.Revit建模的自由度较低Revit是BIM建模软件，软件设计上就比较注重建模的准确性还有文件的信息量，但是在建模的自由度就有所限制，比如本次设计中就时常碰到放样融合等操作无法完成的问题，并且操作失败时不会显示具体失败原因，给建模造成了一定的麻烦。2.Revit的兼容性问题Revit与其他软件兼容性不够高，Autodesk在这方面跟微软很类似，对于其他软件的支持度都很低，都希望是别人来跟它配合。由于在BIM的协同流程中常常会需要使用多种软件互相配合，因此支持度不高对于最终成果的完成带来不小的影响，本次设计中就出现将Revit中的模型转换成为fbx文件格式并导入Lumion后原来的材质和颜色无法保留的问题。3.二维图纸的信息参数CAD图纸中的信息获取不全也给建模带来了一定的麻烦，当然本人对于图纸的理解程度也有限。

7结论与展望7.1结论本文主要介绍了依托于Revit建模软件和Lumion渲染软件平台，以水布垭水电站地下厂房建筑群以及部分地面建筑物为建模对象，利用水布垭二维图纸资料中的参数信息，并基于BIM理念的三维参数化设计、建模、渲染过程。从水布垭水电站建筑的设计说明以及设计图纸中提取相关信息，将二维图纸翻译为三维模型。在设计过程中严格依据二维参数信息，充分考虑对象类别特点以及Revit软件特性，采用了不同的建模方式和手段，最终将创建的各个零部件组装整合形成整体模型。在此过程中既加深对BIM技术的理解，也熟悉了BIM技术下部分软件的联合运用，同时在设计过程中，对水电站结构功能、设备布置等方面也有了一定的了解，得出了如下主要结论：1.近十年来，中国BIM技术应用在国家产业政策和全行业的努力下取得了巨大的突破，给我国工程建设行业带来了深刻的影响和前所未有的变革。BIM技术正在和其他相关技术深度融合。随着BIM技术应用的深化，传统工程建设过程正在发生改变，很多项目的实施环节正在逐步融为一体。甲方可以在开发阶段就对运维提出具体要求，设计和施工也逐步走向一体化，这种变化将促使工程建设行业产生新的业务模式和极大改变。2.BIM技术是水利工程建设和管理的重要工具，尤其是水利水电工程关系到国计民生，并且规模较大，对设计及建设的要求越来越高，此时利用BIM技术结合软件运用到实际中，可以提前发现问题，优化设计、施工和管控，可以极大提高水利水电工程完工的协同效率和交互成本，对水利工程项目的发展有重大意义。3.BIM与其他信息技术的融合，推动着传统技术的升级和改造，因此，我们看到BIM技术的核心价值正在重新定义，即实现工程建设全过程的精确建造和全过程的流程优化。这是从根本上推动并实现工程建设行业产业升级的核心价值，本次毕业设计不仅开拓了我在工程建设领域的视角，锻炼了我的实际操作能力，更加深了自己对于专业基础知识的理解和思考。7.2展望纵观过去数十年我国水利行业的发展，我认为水利水电工程从业者是十分伟大的，中国自古以来就十分重视水利工程的建设，在未来也一定是国家民生大计。同时，