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BIM在建筑设计中的应用与实践-理工论文-免费论文

BIM在建筑设计中的应用与实践

BIM在建筑设计中的应用与实践

摘要通过对BIM在建筑设计中的应用分析，以及结合自身的一些实践，指出BIM在建筑设计行业的应用前景，并总结了设计人员在BIM实践过程中所学到的经验。

关键词BIM应用 建筑设计 经验

BIM的概念

所谓BIM，英文全称为Building Information Modeling，是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这里，信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息等。实际上，BIM就是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。

BIM的应用

BIM应用不仅仅局限于设计阶段，而是贯穿于整个项目全生命周期的各个阶段：设计、施工和运营管理。BIM电子文件，能够在参与项目的各建筑行业企业间共享。建筑设计专业可以直接生成三维实体模型；结构专业则可取其中墙材料强度及墙上孔洞大小进行计算；设备专业可以据此进行建筑能量分析、声学分析、光学分析等；施工单位则可取其墙上混凝土类型、配筋等信息进行水泥等材料的备料及下料；开发商则可取其中的造价、门窗类型、工程量等信息进行工程造价总预算、产品定货等；而物业单位也可以用之进行可视化物业管理。BIM在整个建筑行业从上游到下游的各个企业间不断完善，从而实现项目全生命周期的信息化管理，最大化地实现BIM的意义。

在传统设计中，各个专业的设计协调过程是相对复杂的过程，存在识图理解及重建过程，缺乏真实立体空间的直观性，对于复杂空间来说，各专业间所带来的冲突在二维图纸上很难反映出来，协调设计耗费了大量时间。BIM设计平台使三维设计协同成为可能，工作方式由传统的抽象二维图形过渡到具体的三维空间，对应目前的审核体制，二维图形只是三维模型的副产品，可轻松的从模型中得到，而模型的联动性对于设计修改来说极其便捷。BIM使建筑、结构、给排水、暖通、电气等各个专业基于同一个模型进行工作，各专业设计自己的模型，其它专业不需要等待提资，就可以立刻看到其他人的修改，并能直观的看到设计中的问题，及时沟通解决，从而在真正意义上实现三维集成协同设计。

BIM在概念设计中的应用

BIM可从概念设计开始，全程参与设计整个过程，直观的体量模型对于推敲建筑与城市环境的关系尤为重要，同时可用于性能分析以得出合适的建筑方案。基于BIM技术的高度可视化、协同性和参数化的特性，建筑师在概念设计阶段可实现在设计思路上的快速精确表达的同时实现与各领域工程师无障碍信息交流与传递，从而实现了设计初期的质量、信息管理的可视化和协同化。在业主要求或设计思路改变时，基于参数化操作可快速实现设计成果的更改，从而大大提高了方案阶段的设计进度。BIM在概念设计中的应用主要体现在空间形式思考、饰面装饰及材料运用、室内装饰色彩选择等方面。

BIM在方案设计中的应用

方案设计阶段应用BIM技术进行设计方案必选的主要目的是选出最佳的设计方案，为初步设计阶段提供对应的设计方案模型。基于BIM技术的方案设计是利用BIM软件，通过制作或局部调整的方式，形成多个备选的建筑设计方案模型，进行必选，使建筑项目方案的沟通、讨论、决策在可视化的三维场景下进行，实现项目设计方案决策的直观和高效。

BIM系列软件具有强大的建模、渲染和动画技术，通过BIM可以将专业、抽象的二维建筑描述通俗化、三维直观化，使得业主等非专业人员对项目功能性的判断更为明确、高效，决策更为准确。同时基于BIM技术和虚拟现实技术对真实建筑及环境进行模拟，并且可出具高度仿真的效果图，设计者可以完全按照自己的构思去构建装饰“虚拟”的房间，并可以任意变换自己在房间中的位置，去观察设计的效果，知道满意为止。这样就使设计者各设计意图能够更加直观、真实、详尽地展现出来，既能为建筑的投资方提供直观的感受也能为后面的施工提供很好的依据。

BIM在初步设计中的应用

初步设计阶段是介于方案设计阶段和施工图设计阶段之间的过程，是对方案设计进行细化的阶段。在本阶段，推敲完善建筑模型，并配合结构、设备建模进行核查设计。应用BIM软件构建建筑模型，对平面、立面、剖面进行一致性检查，将修正后的模型进行剖切，生成平面、立面、剖面，形成初步设计阶段的建筑、结构、设备模型和初步设计二维图。初步设计阶段BIM应用主要包括结构分析、性能分析和工程算量。

BIM在施工图设计中的应用

施工图设计是建筑项目设计的重要阶段，是项目设计和施工的桥梁。本阶段主要通过施工图纸，表达建筑项目的设计意图和设计成果，并作为项目现场施工制作的依据。

施工图上设计阶段的BIM应用是各专业模型构建并进行优化设计的复杂过程。各专业信息模型包括建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业。在此基础上，根据专业设计、施工等知识框架体系，进行节点大样设计、碰撞检查、三维管线综合等基本应用，完成对施工图设计的多次优化。针对某些会影响净高要求的重点部位，进行具体分析，优化机电系统空间走向排布和净空高度。施工图设计阶段BIM应用主要包括各协同设计与碰撞检查、结构分析、工程量计算、节点大样深化、三维渲染图出具等。

BIM 在设计中的实践

在推广BIM过程中，设计单位时常会遇到这样的矛盾：在该项目组团队中仅有少数建筑师掌握BIM，且工作经验丰富的建筑师在掌握新的软件和完成从二维到三维的思维方式转换方面很困难，而年轻建筑师工程经验又不足。经过探索实践我们认识到，BIM的工作方式将改变传统项目管理的设计人员构成和推进模式。在初期搭建模型的过程中，由一批年轻建筑师（甚至是绘图员）一起工作，他们的脑海中尚没有施工图的图纸概念，其工作是虚拟建造一个三维的全信息模型。而资深建筑师则负责检查已建成的模型，指导修改并亲自绘制其中较复杂的部分，如对某些详图进行二维深化，解决特殊部位的构造难题等。这样的分工协作提高了效率，团队得以快速绘制大量图纸并保证图纸之间的一致性，把建筑师从重复绘图和大量校对中解放出来，并可以方便地体验自己的设计成果，并不断改进，同时Revit的运用还帮助年轻建筑师以直观的方式了解建筑设计。

在设计大型综合项目时，不仅在信息管理与统一上存在难度，同时也使BIM对硬件和网络方面要求甚高，即使项目组全部采用现在最快的PC机，在项目后期模型量达到顶峰时，电脑的运算能力仍处于临界状态。我们采用的应对措施是以中心文件和工作集的方式来组织设计，主服务器上存有中心文件，并根据功能分成多个工作集，单机上打开的是模型副本文件，建筑师定期将自己负责修改的内容上传到中心文件，同时同步下载其他成员修改的内容，保证了所有人的信息一致。

施工图设计一般历时3个月完成，建筑专业全部图纸由 Revit完成，一致性非常好，图面表达方式，制图标准统一控制。BIM作为一种新工具在使用初期并不能直接提高绘图效率，甚至会降低效率，但是图纸质量会得到提升。针对大型项目复杂的管线综合，我们将设备专业图纸建造成三维模型，并应用NavisWorks软件进行了管线碰撞检查，将设备专业的管线碰撞问题解决在施工之前。利用虚拟建造的方式，不仅提高了传统人工管线综合中的工作效率，而且避免了可能出现的疏漏所引起的施工现场拆装调整。

BIM 在设计实践中的经验分享

相对于目前被房地产开发商压缩至不合理的设计周期，BIM会要求正常的设计周期。用与传统方式相同的时间，BIM会越做越快、更详细、高度一致性。BIM节约未来的时间，相比传统二维方式，BIM在设计初期进展会相对较慢，但随着时间的推移，速度会越来越快。

BIM改变了传统的分工模式，不再以图纸张数计算工作量。基于对模型剖切的出图方式，参加项目人数可以将至70%。成员结构的变化：年轻建筑师逐渐成为团队主力。BIM直观的方式是对年轻建筑师最好的培训，他们能够随时检验自己的工作，加深对建筑空间、建筑构造的理解。有经验的建筑师只需掌握BIM软件的基础部分，他们的工程经验和控制能力将在BIM团队中发挥重大作用。

对于培训和投资回报率，经过多次尝试，我们认为最有效的培训方式是实战。经过2~3个项目之后，团队的BIM技术能力会得到显著提升，每个小的成功都将成为进一步提升的驱动因素。在培训初期，培训外包也是选择之一，这种方式可以将培训成本清晰化，即培训费+培训期间员工工资。根据美国研究机构的一份报告，设计企业投资BIM转型的第一年的投资回报率在61%，这个数字有些过于乐观，根据我们的经验以及国内的行业特性，企业转型BIM在最初的两年应做好持续投入的准备。能否达到首年的盈利，重点在于转型BIM后生产效率提升的程度，软硬件、培训投入的成本对回报率的影响不大。

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配电网无功补偿方案比较-理工论文-免费论文

配电网无功补偿方案比较

配电网无功补偿方案比较

摘要：无功补偿对电网的安全、优质、经济运行具有重要作用。配电网规模巨大，负荷情况复杂，使用环境条件差，合理选择无功补偿方案和补偿技术意义重大，补偿工程也有很多问题值得认真分析和思考。本文重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案的特点，由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用，因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电设备的利用率，降低有功网损和减少发电费用。

我国配电网的规模巨大，因此配电网无功补偿对降损节能，改善电压质量意义重大。本文结合当前人们关注的电网无功补偿问题，重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案特点。

[关键词]：配电网 无功补偿 补偿方案 无功优化

1 配电网无功补偿方案比较

配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿。

1） 变电站集中补偿

变电站集中补偿装置包括并联电容器、同步补偿器等，主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10KV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方案对10KV配电网的降损不起作用。

为实现变电站的电压/无功综合控制，通常采用并联电容器组和有载调压抽头协调调节。但大量的实际应用表明，投切过于频繁会影响电容器开关和分接头的使用寿命，增大运行维护工作量，通常在实际中要限制抽头调节和电容器组操作次数。采用电力电子开关控制成本比较高、开关自身功率损耗也很大，因此变电站高压电压/无功控制技术仍有待进一步改善和研究。

鉴于变电站无功补偿对提高高压电网功率因数，维持变电所母线电压和平衡系统无功有重要作用，因此应根据负荷的增长安排、设计好变电站的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最好的情况下，尽可能使电容器组投切开关的操作次数为最少。

2） 配电变低压补偿

配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数，实惠无功就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。配变低压无功补偿的优点是补偿后功率因数高，降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工程的投资圈套，运行维护工作量大，也因此要求厂家要尽可能降低装置的成本，提高装置的可靠性。采用接触器投切电容器的冲击电流大, 影响电容器和接触的使用寿命; 用晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题，但明显缺点是装置存晶闸管功率损耗，需要安装风扇和散热器来通风与散热，而散热器会增大装置的体积，风扇则影响装置的可靠性。低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护是补偿工程需要重点考虑的问题；另外，配电系统负荷情况复杂，系统可能存在谐波、三相不平衡，以及防止出现过补偿等问题。

3 ）配电线路固定补偿

大量配电变压器要消耗无功，很多公用变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站或发电厂承担，大量的无功沿线传输使得配电网损居高难下，这种情况下可考虑配电线路无功补偿，线路补偿既通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。线路补偿主要是提供线路和公用变压器需要的无功，工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量，线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适合能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。

4） 用电设备随机补偿

在10KV以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30%左右，低压用电设备消耗占65%以上。由此可见，在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明，低压设备无功补偿的经济效果最佳，综合性能最强，是值得推广的一种节能措施。感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对于油田推油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业的较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点：

a) 线损率可减少20%；

b) 线损率可减少改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件；

c)释放系统能量，提高线路供电能力。

由于随机补偿的投资大，确定补偿容量需要进行计算，以及管理体制、重视不够和应用不方便等原因，目前随机补偿的应用情况和效果都不理想。因此，对随机补偿需加强宣传力度，增强节能意识，同时应针对不同用电设备的特点和需要，开发研制体积小、造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。

根据以上常用无功补偿方案的分析、讨论，我们可归纳、整理出四种补偿方案的特点和基本性能如表 1 所示。

表1 四种无功补偿方法的特点比较

补偿方式

变电站集中补偿

配电变低压补偿

配电线路固定补偿

用电设备随机补偿

补偿对象

变电站无功需求

配电变无功需求

配电线路无功基荷

用电设备无功需求

降损范围

主变压器及输电网

配电变及输配电网

配电线路及输电网

整个输配电系统网

调压效果

较好

较好

较好

最好

单位投资

较大

较大

较小

较大

设备利用率

较高

较高

很高

较低

维护方便性

方便

较方便

方便

不方便

『参考文献』

[1]赵登福，司哲，杨靖等，新型变电站电压无功综合控制装置的研制[J]，电网技术。

 [2]刘连光，林峰，姚宝琪，机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J]，电力自动化设备。

 [3]张勇军，任震，廖美英等，10kV长线路杆上无功优化补偿[J]，中国电力。　　

 [4]曹光祖，应系统地重视分散和终端无功补偿[J]，低压电器。

 

 

 

  

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