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光伏發電項目BIM技術應用

 

利用BIM技術進行光伏模型和族庫建立、場地布置模擬、日光路徑分析、光伏支架水泥基礎設計、方案比選優化、工藝動畫交底、集采平臺應用,創新性地將BIM技術應用于光伏發電項目中,具有較好的適用性。

1.光伏模型和族庫建立

根據圖紙完成了各板塊的光伏BIM族的繪制。

逆變器

升壓站變壓器

箱式變壓器

無功補償裝置

戶外斷路器

光伏組件

高壓配電柜

光伏組件

110KV主變壓器

2.場地布置模擬

通過三維場布建設,合理布局規劃。能夠做到場地有效的協調,節約土地資源,做到綠色施工和文明施工(如下圖)。

光伏電站三維場布

光伏電站三維場布

全場布局展示

光伏板布置

3.日光路徑分析

傳統山地光伏布板一般采用順坡布置的方案,這樣僅能在正南坡時保證組件朝正南布置,但項目光伏場區位于七星街鎮荒山上,其他坡度方位角的山坡組件均不能正南布置,影響發電效率,且坡度方位角較大的坡地不能布置光伏組件,土地利用率較低。

由于土體資源緊缺,在保證電站發電效率的前提下,為了提高山地光伏電站的土地利用率,同時節約光伏支架的使用量并降低安裝施工難度,項目部組織設計方采用了一種新型的光伏山地布板方案,即保證光伏組件朝正南方布置的前提下,根據不同的山地坡度以及相應的坡度方位角,計算出一個光伏陣列的中心旋轉角度,使光伏陣列在正南平面上旋轉一定的角度布置,這樣,可在滿足光伏陣列間的陰影遮擋的技術要求下大大提高土地利用率,同時減少支架的消耗,降低施工難度;

但按此設計方案,用光伏專用設計軟件無法驗證出組件間的陰影遮擋;光伏電站對組件陰影遮擋的有硬性要求,如果某個組件存在日光遮擋,被遮擋部分的太陽能電池不僅不能產生電能,還將因電阻效應消耗電能,光伏組件的壽命也會縮短;根據光伏電站設計規范,“光伏方陣各排、列的布置間距應保證每天9:00-15:00(當地真太陽時)時段內前、后、左、右互不遮擋?!倍寥仗栮幱白铋L,因此選擇在冬至日校驗陰影遮擋。revit軟件恰有日光分析功能可用于光伏電站組件陰影遮擋的定性驗證。具體操作如下:

(1)針對某一坡度方位角的地塊建立光伏組件布板模型,其中各光伏陣列的方位角及標高、陣列間的前、后、左、右距離嚴格按設計圖紙建模;如圖為南偏東45°方位角坡,坡度為15°。

(2)打開軟件的日光路徑,如下圖:

(3)打開陰影,如下圖:

(4)打開日光設置,進行參數設置,如下圖:

(5)在日光設置中選擇冬至日光研究,時間設置為9點至15點,時間間隔設置為15分鐘,如下圖:

(6)打開日光研究預覽功能,如下圖:

(7)點擊上方日光研究預覽功能條的播放鍵,可見組件陰影的行走路徑,即可驗證組件之間是否存在陰影遮擋。如下圖:

(8)對于南偏東方向的坡地,在9-15點時間段,15點的陰影最長;在南偏西方向的坡地,在9-15點時間段,9點的陰影最長;用此方法可以從定性的角度直觀的觀察和驗證是否有陰影遮擋,如下圖:

通過此方法,針對區域兩大板塊的光伏板布置進行了角度和朝向調整,使其充分吸收最大的太陽光照量,以此來提高光伏板發電的效率。

4.光伏支架水泥基礎設計

山地光伏相對于平地光伏,施工難度、光伏支架水泥基礎,水平傾角都有所不同。

如何在滿足業主驗收標準和設計標準的基礎上最大化的降低成本,減少施工難度是婁底光伏電站項目最大的施工難題。而REVIT這款軟件能夠根據設計院給予的結施圖建立正南及各種水平傾角的族,再根據設計院的結構圖能將建立的光伏板族安放在要求的位置。在完成這兩個步驟之后,就是該項目BIM技術應用的關鍵點。因為設計院所有的水泥基礎設計都只是理想化的,是根據google地圖設計的。忽略了現實山地中的起伏。而實際中的標高、地形、地質和其他人文因素造成了光伏組件的位置的變動或安裝錯位,因此需在施工中進行調整,借此,可用BIM技術對其優化處理。

對此,婁底光伏電站BIM工作站采取的方案分為三大步驟:

(1)建立一個圓臺族,族的頂面標高為現場土建施工員實測標高。

(2)圓臺族放置在設計院給予的結構圖紙中,每組板分別含有三個立柱,三個立柱對應三個圓臺族,那么立柱柱頂標高與圓臺族的標高差則為水泥基礎實際高度??梢酝ㄟ^垂直面移動光伏組件來確定水泥基礎高度的施工。

(3) 業主驗收標準是冬至日正9:00與正15:00光伏組件無遮擋。通過日光模擬,在滿足條件下最大程度降低水泥基礎高度。

婁底光伏電站的每一塊光伏組件都通過BIM工作站成員的細心操作和模擬,確保功能性后再施工,不僅節省了施工成本,也杜絕日后因設計缺陷而導致成效的問題而引起的不必要返工。

5.方案比選優化

對圖紙進行二次深化設計,使光照面積及日照時長最大化,不僅能提升整體功能性的成效,還可以節約因后期改造而增加的施工成本。建立山地布板演示模型,和動畫,對不同設計思路平面轉換三維的效果進行比較,選擇最優光伏板布置:

深化設計后的光伏板布置

深化設計后的光照區域覆蓋演示

6.工藝動畫交底

通過鐵塔吊裝專項方案的演示,實現可視化技術交底,并通過動態模擬施工受力分析計算,反向驗證吊裝施工方案的可行性,及時發現問題并及時優化,以此提高施工方案的可操作性。

采用虛擬漫游和工藝動畫形式,能更好的展現場地的整體面貌以及施工工序的全過程,能夠更直觀的的進行進行技術交底,也能夠對工藝方案進行優化,做到資源合理分配和利用,能科學最大化的指導施工作業。

7.集采平臺應用

根據創建的模型,按系統分類,分別導出各專業工程量。將核對的工程量上傳湖南安裝公司集采平臺,生成材料計劃編號,通過在平臺的比價、招標確定材料供應商,根據公司內材料使用情況統一集中采購,減少詢價周期,節約材料采購成本。

集采平臺待處理計劃

集采平臺審批流程

集采平臺計劃明細

集采平臺物料庫

應用總結

此項目的光伏布板設計思路屬于創新設計,由于初步設計文件均為平面二維圖紙,缺少直觀表述,評審期間業主對設計意圖一直難以理解,并對設計方案能否滿足光照遮擋要求、同時對發電效率的保證提出質疑,項目部通過使用BIM軟件制作了模型以表達設計思路,并用3d打印制作了實體模型,現場演示BIM軟件中的日光分析功能對光照遮擋進行了陰影分析,再次評審時給業主做了充分展示,充分證明了此方案的可行性,也使深化設計順利通過了評審。利用集采平臺對大宗材料進行集中采購,建立合格供方名錄,大大提高采購效率,節省材料成本,保證材料質量。


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