【BIM技术案例】湖南娄底光伏发电项目BIM技术应用

湖南娄底涟源2*20MW分布式光伏电站项目，由湖南建工集团工业设备安装公司承建，是公司第一个光伏EPC项目。本工程造价3.2亿，于2016年9月开工，计划2017年10月竣工。工程建成后，为周边居民和民营企业提供电力保障，也将缓解娄底周边地区的用电紧张问题。工程目标：创“湖南省优质工程奖”。

项目位于湖南省娄底涟源市七星街镇的红联村（占地约600亩）和柏杨新村（占地约800亩），工程所处地形均为山地，电站直流总装机标称容量2*20MWp，在红联村和柏杨新村分别建设1个20MW的光伏电站，同时在红联村建设1个七星街110kV汇流站，太阳能发电板经串联的方式组成光伏发电阵列经并联汇流至汇流箱、经由逆变器接入箱式变压器。每个20MW的光伏电站以每回集电线路汇集容量为大约5MW的容量、以35千伏电压等级接入开关站，两个光伏电站分别以1回35kV线路送至新建七星街110千伏汇流站，新建七星街110千伏汇流站再以1回110KV线路送至并网点。

工程重难点

地形复杂。本工程所处地形均为复杂的起伏山地，道路崎岖不平，材料运输困难，大型机具无法铺开就位，设备的成品保护要求高。

施工范围广。整个工程在两个村落之间，工程布局范围广，施工人员分散，管理难度大，工程整体连线距离长，安全监管巡视程度高，防护要求等级高。

工程量大。专用设备多，光伏组件繁多，安装工艺要求高，电缆敷设量大，管线距离长。

协调事务繁多。本工程为EPC模式，必须考虑设计、采购与施工的协调问题，且合同工期短，需根据现场情况做好总承包的协同管理。

BIM解决方案

为解决以上重难点问题，本项目利用BIM技术进行光伏模型和族库建立、场地布置模拟、日光路径分析、光伏支架水泥基础设计、方案比选优化、工艺动画交底、集采平台应用，创新性地将BIM技术应用于光伏发电项目中，具有较好的适用性。

1光伏模型和族库建立

根据图纸完成了各板块的光伏BIM族的绘制，截止6月30日，共收集光伏工艺系统自制族176个，为今后同类工程提供模型族库。



逆变器



升压站变压器



箱式变压器



无功补偿装置



户外断路器



光伏组件



高压配电柜



光伏组件



110KV主变压器

2.场地布置模拟

通过三维场布建设，合理布局规划。能够做到场地有效的协调，节约土地资源，做到绿色施工和文明施工（如下图）。



光伏电站三维场布



光伏电站三维场布



全场布局展示



光伏板布置

3.日光路径分析

传统山地光伏布板一般采用顺坡布置的方案，这样仅能在正南坡时保证组件朝正南布置，但项目光伏场区位于七星街镇荒山上，其他坡度方位角的山坡组件均不能正南布置，影响发电效率，且坡度方位角较大的坡地不能布置光伏组件，土地利用率较低。

由于土体资源紧缺，在保证电站发电效率的前提下，为了提高山地光伏电站的土地利用率，同时节约光伏支架的使用量并降低安装施工难度，项目部组织设计方采用了一种新型的光伏山地布板方案，即保证光伏组件朝正南方布置的前提下，根据不同的山地坡度以及相应的坡度方位角，计算出一个光伏阵列的中心旋转角度，使光伏阵列在正南平面上旋转一定的角度布置，这样，可在满足光伏阵列间的阴影遮挡的技术要求下大大提高土地利用率，同时减少支架的消耗，降低施工难度；

但按此设计方案，用光伏专用设计软件无法验证出组件间的阴影遮挡；光伏电站对组件阴影遮挡的有硬性要求，如果某个组件存在日光遮挡，被遮挡部分的太阳能电池不仅不能产生电能，还将因电阻效应消耗电能，光伏组件的寿命也会缩短；根据光伏电站设计规范，“光伏方阵各排、列的布置间距应保证每天9:00-15:00（当地真太阳时）时段内前、后、左、右互不遮挡。”冬至日太阳阴影最长，因此选择在冬至日校验阴影遮挡。Revit软件恰有日光分析功能可用于光伏电站组件阴影遮挡的定性验证。具体操作如下：

（1）针对某一坡度方位角的地块建立光伏组件布板模型，其中各光伏阵列的方位角及标高、阵列间的前、后、左、右距离严格按设计图纸建模；如图为南偏东45°方位角坡，坡度为15°。



（2）打开软件的日光路径，如下图：



（3）打开阴影，如下图：



（4）打开日光设置，进行参数设置，如下图：



（5）在日光设置中选择冬至日光研究，时间设置为9点至15点，时间间隔设置为15分钟，如下图：



（6）打开日光研究预览功能，如下图：



（7）点击上方日光研究预览功能条的播放键，可见组件阴影的行走路径，即可验证组件之间是否存在阴影遮挡。如下图：



（8）对于南偏东方向的坡地，在9-15点时间段，15点的阴影最长；在南偏西方向的坡地，在9-15点时间段，9点的阴影最长；用此方法可以从定性的角度直观的观察和验证是否有阴影遮挡，如下图：



通过此方法，针对区域两大板块的光伏板布置进行了角度和朝向调整，使其充分吸收最大的太阳光照量，以此来提高光伏板发电的效率。

4.光伏支架水泥基础设计

山地光伏相对于平地光伏，施工难度、光伏支架水泥基础，水平倾角都有所不同。

如何在满足业主验收标准和设计标准的基础上最大化的降低成本，减少施工难度是娄底光伏电站项目最大的施工难题。而REVIT这款软件能够根据设计院给予的结施图建立正南及各种水平倾角的族，再根据设计院的结构图能将建立的光伏板族安放在要求的位置。在完成这两个步骤之后，就是该项目BIM技术应用的关键点。因为设计院所有的水泥基础设计都只是理想化的，是根据google地图设计的。忽略了现实山地中的起伏。而实际中的标高、地形、地质和其他人文因素造成了光伏组件的位置的变动或安装错位，因此需在施工中进行调整，借此，可用BIM技术对其优化处理。

对此，娄底光伏电站BIM工作站采取的方案分为三大步骤：

（1）建立一个圆台族，族的顶面标高为现场土建施工员实测标高。

（2）圆台族放置在设计院给予的结构图纸中，每组板分别含有三个立柱，三个立柱对应三个圆台族，那么立柱柱顶标高与圆台族的标高差则为水泥基础实际高度。可以通过垂直面移动光伏组件来确定水泥基础高度的施工。

（3）业主验收标准是冬至日正9:00与正15:00光伏组件无遮挡。通过日光模拟，在满足条件下最大程度降低水泥基础高度。

娄底光伏电站的每一块光伏组件都通过BIM工作站成员的细心操作和模拟，确保功能性后再施工，不仅节省了施工成本，也杜绝日后因设计缺陷而导致成效的问题而引起的不必要返工。

5.方案比选优化

对图纸进行二次深化设计，使光照面积及日照时长最大化，不仅能提升整体功能性的成效，还可以节约因后期改造而增加的施工成本。建立山地布板演示模型，和动画，对不同设计思路平面转换三维的效果进行比较，选择最优光伏板布置：







深化设计后的光伏板布置



深化设计后的光照区域覆盖演示

6.工艺动画交底

通过铁塔吊装专项方案的演示，实现可视化技术交底，并通过动态模拟施工受力分析计算，反向验证吊装施工方案的可行性，及时发现问题并及时优化，以此提高施工方案的可操作性。

采用虚拟漫游和工艺动画形式，能更好的展现场地的整体面貌以及施工工序的全过程，能够更直观的的进行进行技术交底，也能够对工艺方案进行优化，做到资源合理分配和利用，能科学最大化的指导施工作业。

7集采平台应用

根据创建的模型，按系统分类，分别导出各专业工程量。将核对的工程量上传湖南安装公司集采平台，生成材料计划编号，通过在平台的比价、招标确定材料供应商，根据公司内材料使用情况统一集中采购，减少询价周期，节约材料采购成本。



集采平台待处理计划



集采平台审批流程



集采平台计划明细



集采平台物料库

应用总结

此项目的光伏布板设计思路属于创新设计，由于初步设计文件均为平面二维图纸，缺少直观表述，评审期间业主对设计意图一直难以理解，并对设计方案能否满足光照遮挡要求、同时对发电效率的保证提出质疑，项目部通过使用BIM软件制作了模型以表达设计思路，并用3D打印制作了实体模型，现场演示BIM软件中的日光分析功能对光照遮挡进行了阴影分析，再次评审时给业主做了充分展示，充分证明了此方案的可行性，也使深化设计顺利通过了评审。利用集采平台对大宗材料进行集中采购，建立合格供方名录，大大提高采购效率，节省材料成本，保证材料质量。


微信公众号：xuebim
关注建筑行业BIM发展、研究建筑新技术，汇集建筑前沿信息！
← 微信扫一扫，关注我们+