吴晓明
河南鼎力杆塔股份有限公司，463900
摘要：改革后，受社会发展的影响，我国的各个行业领域迅速进步。现阶段，从传统钢结构二次深化设计理念出发，分析当前三维数字化设计研究成果、三维设计软件开发情况以及电力行业在二次深化设计方面所做的工作。为提高三维建模效率与出图质量，从电力设计院设计实际出发，提出基于BIM的钢结构二次深化设计理念、原则，并得出实现“模型为主、图纸为辅”的钢结构变电站设计新模式是可行的结论。
关键词：钢结构，变电站，二次深化设计
引言
随着变电站的建设水平的提升，对变电站节能、环保、抗震等方面提出更新的要求。钢结构作为一种新型材料，在使用功能、材料性能、受力特点等方面均展现出明显优势。
1二次深化设计的意义
我国钢结构工程设计采用两个阶段设计法，第一阶段是由建筑设计单位进行结构设计，第二阶段就是由施工单位和钢结构制作单位根据设计单位提供的设计图纸进行二次深化设计。一般建筑设计单位提供的钢结构设计图，不能直接用来加工制作钢结构构件，钢结构详图二次深化设计是钢结构设计蓝图转化为钢结构产品的桥梁，在钢结构工厂批量化生产的今天，起着至关重要的作用。它是连接原设计方、加工厂、项目部、物资采购等相关部门的重要纽带，已成为钢结构建筑工程中不可或缺的一部分。
2基于BIM的钢结构二次深化设计原则
1)适度精细化建模原则。向厂家进行的二次深化设计有限延伸，基于此原则对钢结构各实体进行分类，确定建模深度。比如在施工图建模阶段，钢筋桁架楼承板内的钢筋不必强调弯钩的长度等细节，相应细节通过相应图集反映即可。2)模型深度递进原则。不同的设计阶段建立不同深度的模型。比如在初设阶段，地下室混凝土部分不进行配筋，地上钢结构不进行螺栓及相应节点板的建模;不用强调暖通等专业小孔、埋件的精确定位。3)设计院传统深化与BIM结合原则。将电力设计院已经进行相关传统钢结构二次深化设计研究的内容，如梁柱截面、梁柱分段、梁柱节点、柱脚节点、内外墙墙板、檐沟、女儿墙等内容，进行相应族的参数化建模。根据需要不断拓展新的族。4)三维模型出图与CAD说明并重原则。过渡阶段，三维模型出图与CAD说明并重，最终实现无纸化三维模型指导加工与施工的状态。初设阶段模型较粗，出图后干预相应较少且容易;施工图阶段，模型精细，出图的细节较多，需要干预内容较多，难度较大，但是CAD配合解释的内容较少，如钢结构模型中梁柱节点连接较细时，在三维平面出图后该节点在平面上的表示就较复杂，会出现不同标高的构件在水平面上的投影相互覆盖，并且很难通过实虚线进行表达，而该节点在传统CAD平面图上表达是通过节点详图(三视图)来表达的。
3基于BIM的钢结构二次深化设计方向
3.1柱间支撑与柱间系杆干涉
柱间支撑设计为角钢斜拉与钢柱腹板上焊接的连接板使用螺栓连接，柱间系杆设计为圆钢管垂直于钢柱方向与钢柱腹板上焊接的连接板使用螺栓连接，如图1所示。柱间支撑、柱间系杆两个构件在和钢柱连接时，连接节点位置间距过小，导致柱间支撑和柱间系杆发生干涉，两个构件无法正常安装，需要切割其连接板，不符合设计规范，费工费时且安装效果差。解决措施：在深化设计时，对柱间支撑和柱间系杆两个构件和钢柱的连接进行安装放样，放样时，在设计软件中按同比例制出钢柱、柱间支撑、柱间系杆模型，先将柱间支撑安装就位，在模拟柱间系杆安装，保证柱间系杆有足够的安装调位空间，连接节点位置间距要合适，以此避免柱间支撑和柱间系杆干涉而无法安装的问题，如图2所示。
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图1柱间支撑、柱间系杆与钢柱连接图
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图2调整柱间支撑、柱间系杆连接节点间距图
3.2柱脚间隙二次填
充柱脚底板与混凝土柱顶间空隙一般设计要求50mm，而实际施工中有时过小，使得灌浆料难以填入或填实。此外，一般此处二次灌料均要求比柱混凝土强度高一等级，由于二次灌料强度高、用量少，实际配合比、强度等现场均无法很好控制，常导致二次灌入料强度、密实度（特别抗剪槽内）不够。因此，建议二次填充料优先选用高强度自流平成品灌浆料。
3.3消防设施
在舱体顶部中央安装自动烟雾探测器，在舱体外部安装声光报警器，当侦测到舱体有烟雾即发出声光报警。舱体配备自动灭火设备，与火灾报警设备相连，在发生火灾险情时，可实现自动灭火，且对设备及人员不造成损害。由于舱内设备均为电气电子类产品，普通的水及泡沫灭火器不适用，常用的电气类灭火材料有七氟丙烷、气溶胶、干粉灭火剂等。
3.4照明设施
内照明系统由正常照明和应急照明组成。正常照明采用380/220V三相五线制，由站用电源供电。部分正常照明灯具兼做应急照明，兼做应急照明灯具自带蓄电池，正常照明熄灭时由自带蓄电池继续供电，应急时间≥60min，出口处设有自带蓄电池的疏散指示标志。各照明开关应设置于门口处，方便控制。照明箱采用嵌入式，安装于门口处。
3.5隔热材料与内饰方案
由于设备舱置于户外，需隔热保温，同时布置于配电装置区，或临近带油设备时，对隔热材料还要求有防火性能要求。选择优质防火岩棉作为设备舱外壳与内侧壁之间的夹层材料。岩棉，又称岩石棉、是矿物棉的一种，以天然岩石及矿物等为原料制成的蓬松状短细纤维，夹层内壁附岩棉厚度约为50mm，具有很好的隔热保温防火性能，防火性能不低于V1级。
3.6预埋螺栓直径与柱底板螺栓孔的配合问题
由于不少设计人员对钢结构本身的认识不足，以及对设计软件的依赖，造成许多工程的操作困难。实际上很多工程的设计图，设计人员搞不清楚，而按照软件生成的图纸，直接采用，这样柱底板螺栓孔只比螺栓直径大5mm。对预埋螺栓的偏位，即使是整体偏位，柱子可以很好地放入预埋螺栓，也要将柱子底板做适当的扩孔，使其与轴线的相对位置满足必要的精度。
通过综合比较《钢结构节点构造详图》（01SG519）、图集《门式刚架轻型房屋钢结构》（02SG518）、《钢结构设计手册》（第三版）以及图集《门式刚架轻型房屋钢结构》（04SG518）中螺栓与柱底板孔的配合要求，一般要求为：柱底板螺栓孔应该比螺栓直径大15～30mm之间，采用这样的设计，大部分柱都可以安装到位，不需工地扩孔。
结语
从传统钢结构二次深化设计出发，分析当前三维数字化理论研究成果、相关三维设计软件开发情况以及业内外设计院在二次深化方面所做的工作，为提高建模效率与过渡阶段的出图质量，从电力设计院设计实际出发，提出基于BIM的钢结构二次深化设计理念原则，并提出“模型为主、图纸为辅”的钢结构变电站模型设计、钢结构加工、钢结构安装新模式。
参考文献
[1]谢国昂，王松涛．钢结构设计深化及详图表达［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010．
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