云南瀾滄江黃登水電站實(shí)現(xiàn)全生命周期管理

文｜本刊記者 寧冉

＞＞圖1 黃登水電站設(shè)計(jì)效果圖

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，是瀾滄江上游古水至苗尾河段水電梯級(jí)開發(fā)方案的第五級(jí)，電站布置方案為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203m，總庫容15億立方米，裝機(jī)容量為1900MW，該電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、供水、水土保持和旅游等綜合效益。本項(xiàng)目工程規(guī)模宏大，工程總投資估算額約173億元，建設(shè)總工期81個(gè)月，主體工程區(qū)范圍約20平方公里，區(qū)內(nèi)布置大量的工程生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)以及加工廠等輔助企業(yè)，并分布錯(cuò)綜復(fù)雜的道路交通系統(tǒng)。

尋求BIM理念與技術(shù)支撐

黃登水電站主要施工區(qū)域布置有數(shù)十個(gè)分類復(fù)雜的大型施工區(qū)，施工交通系統(tǒng)縱橫交錯(cuò)，主體建筑物中擋水建筑物、地下廠房、導(dǎo)流建筑物等均包含大量的體型龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑設(shè)施，設(shè)計(jì)流程與專業(yè)協(xié)調(diào)非常復(fù)雜，涉及到規(guī)劃、勘測(cè)、水工、廠房、機(jī)電、施工等主要設(shè)計(jì)專業(yè)。為此，在新設(shè)計(jì)思想和技術(shù)高速發(fā)展的背景下，如何實(shí)現(xiàn)工程整體設(shè)計(jì)的全面協(xié)調(diào)化，進(jìn)行全面信息化和可視化設(shè)計(jì)，一直是中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（簡(jiǎn)稱“昆明院”）的工程師們不斷追求和探索的目標(biāo)。隨著BIM技術(shù)理念的發(fā)展，以及一系列BIM設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用為昆明院帶來了全新的設(shè)計(jì)思路和方式。通過實(shí)踐研究，BIM軟件平臺(tái)的應(yīng)用為昆明院各專業(yè)在設(shè)計(jì)方面帶來了巨大的轉(zhuǎn)變，在進(jìn)行三維一體信息化設(shè)計(jì)進(jìn)程中，從水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用Revit Structure和Revit Architecture開始，逐步到機(jī)電專業(yè)、金屬機(jī)構(gòu)采用Revit MEP和Inventor，以及施工等專業(yè)采用AutoCAD Civil 3D、 Infrastructure Modeler（AIM），BIM理念的實(shí)踐應(yīng)用得到迅速發(fā)展。

AIM提供新的支撐

隨著AIM的推出，其強(qiáng)大的快速建模功能與AutoCAD Civil 3D數(shù)據(jù)的良好接口，以及在可視化方面的優(yōu)勢(shì)，為規(guī)劃設(shè)計(jì)、多方案比選以及方案演示等提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，特別是在初步設(shè)計(jì)階段，其道路、水域、植被、建筑、景觀以及信息關(guān)聯(lián)處理等便捷而快速的建模功能，為設(shè)計(jì)師提供了強(qiáng)大的表達(dá)方式 ，同時(shí)可以把在AutoCAD Civil 3D中精確的設(shè)計(jì)模型以及其他GIS數(shù)據(jù)等匯入到同一模型中，使不同種類的數(shù)據(jù)和模型得以有效整合。

在昆明院，設(shè)計(jì)人員將AIM強(qiáng)大的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)功能應(yīng)用到了水電工程的施工組織設(shè)計(jì)與規(guī)劃之中，特別是在黃登水電站施工總布置設(shè)計(jì)應(yīng)用中，在AIM的支持下，實(shí)現(xiàn)了以施工總布置為基礎(chǔ)的三維協(xié)同一體化設(shè)計(jì)，而且為施工規(guī)劃中的景觀設(shè)計(jì)提供了高效便捷的平臺(tái)，設(shè)計(jì)模型中的每個(gè)個(gè)體都可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的信息化和可視化連接，當(dāng)設(shè)計(jì)變更時(shí)只需對(duì)局部設(shè)計(jì)文件進(jìn)行修改，導(dǎo)入AIM中便可進(jìn)行自動(dòng)更新，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)動(dòng)態(tài)協(xié)同設(shè)計(jì)。

BIM模型概況

水電站工程設(shè)計(jì)涉及多個(gè)不同專業(yè)，包括地質(zhì)、水工、施工、建筑、機(jī)電等。黃登水電站施工總布置以AutoCAD Civil 3D、Revit、Inventor等為各專業(yè)建模基礎(chǔ)，以Navisworks Manage為模型觀測(cè)與碰撞檢查工具，以AIM為總布置可視化和信息化整合平臺(tái)開展BIM協(xié)同設(shè)計(jì)。

1. 總體規(guī)劃

AutoCAD Civil 3D強(qiáng)大地形處理功能，可幫助實(shí)現(xiàn)工程三維樞紐方案布置以及立體施工規(guī)劃，結(jié)合AIM快速直觀的建模和分析功能，則可輕松、快速幫助布設(shè)施工場(chǎng)地規(guī)劃，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖，并進(jìn)行多方案比選。

2. 樞紐布置建模

樞紐布置、廠房機(jī)電等需由水工、機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)等專業(yè)按照相關(guān)規(guī)定建立基本模型與施工總布置進(jìn)行聯(lián)合布置。

2.1 基礎(chǔ)開挖處理

結(jié)合AutoCAD Civil 3D建立的三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，在壩基開挖中建立開挖設(shè)計(jì)曲面，可幫助生成準(zhǔn)確施工圖和工程量。

2.2 土建結(jié)構(gòu)

水工專業(yè)利用Revit Architecture進(jìn)行大壩及廠房三維體型建模，實(shí)現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計(jì)，協(xié)同施工組織實(shí)現(xiàn)總體方案布置。

2.3 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)

機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)在土建BIM模型的基礎(chǔ)上，利用Revit MEP和Revit Architecture同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì)，在三維施工總布置中則可以起到細(xì)化應(yīng)用的目的。

3. 施工導(dǎo)流

導(dǎo)流建筑物如圍堰、導(dǎo)流隧洞及閘閥設(shè)施等及相關(guān)布置由導(dǎo)截流專業(yè)按照規(guī)定進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，Civil 3D幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，AIM利用AutoCAD Civil 3D數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化布置設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與信息管理。

4. 場(chǎng)內(nèi)交通

在Civil 3D強(qiáng)大的地形處理能力以及道路、邊坡等設(shè)計(jì)功能的支撐下，通過裝配模型可快速動(dòng)態(tài)生成道路挖填曲面，可準(zhǔn)確計(jì)算道路工程量，通過AIM可進(jìn)行概念化直觀表達(dá)。

5. 渣場(chǎng)與料場(chǎng)布置

在Civil 3D中，以數(shù)字地面模型為參照，可快速實(shí)現(xiàn)渣場(chǎng)、料場(chǎng)三維設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確計(jì)算工程量，且通過AIM實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)及智能信息管理。

6. 施工工廠

＞＞圖2 廠房結(jié)構(gòu)模型

＞＞圖3 廠房機(jī)電設(shè)備透視圖

施工工廠模型包含場(chǎng)地模型和工廠三維模型，Inventor幫助參數(shù)化定義造型復(fù)雜施工機(jī)械設(shè)備，聯(lián)合Civil 3D可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的施工設(shè)施部署，AIM則幫助三維布置與信息表達(dá)。

7. 營(yíng)地布置

施工營(yíng)地布置主要包含營(yíng)地場(chǎng)地模型和營(yíng)地建筑模型，其中營(yíng)地建筑模型可通過Civil 3D進(jìn)行二維規(guī)劃，然后導(dǎo)入AIM進(jìn)行三維信息化和可視化建模，可快速實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)等的布置，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖。

8. 施工總布置設(shè)計(jì)集成

BIM信息化建模過程中將設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行同步關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)模型的碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動(dòng)畫輸出。其中，AIM將信息化與可視化進(jìn)行完美整合，不僅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且大大減少了不同專業(yè)之間協(xié)同和交流的成本。

9. 施工總布置面貌

在進(jìn)行施工總布置三維一體信息化設(shè)計(jì)中，通過BIM模型的信息化集成，可實(shí)現(xiàn)工程整體模型的全面信息化和可視化，而且通過AIM的漫游功能可從壩體到整個(gè)施工區(qū)，快速全面了解項(xiàng)目建設(shè)的整體和細(xì)部面貌，并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文件。

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM設(shè)計(jì)的核心及精華在于信息的全面性和專業(yè)的協(xié)同，在設(shè)計(jì)過程中可將AutoCAD Civil 3D、Revit、Inventor、AIM等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行互聯(lián)共享，集中分級(jí)管理控制，各專業(yè)可以高效的實(shí)現(xiàn)專業(yè)架構(gòu)和設(shè)計(jì)，極大提高設(shè)計(jì)效率。

BIM應(yīng)用發(fā)展

1. 設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變及提升。BIM能實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程面貌的全面信息化及可視化，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多方案的協(xié)同布置設(shè)計(jì)，各專業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果可以實(shí)時(shí)反映在同一BIM模型上，相互關(guān)系在三維模型上一目了然，可避免不必要的設(shè)計(jì)干擾與信息阻隔問題。

2. 設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量的飛躍。通過系統(tǒng)的組織規(guī)劃，BIM設(shè)計(jì)理念的實(shí)踐可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與出圖，實(shí)現(xiàn)基于BIM模型的工程量精確統(tǒng)計(jì)以及設(shè)計(jì)模型智能沖突檢測(cè)，而且在模型信息化功能的輔助下可以使設(shè)計(jì)人員從容應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變更，從而可以大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3. 高效直觀的設(shè)計(jì)表達(dá)形式。隨著BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用發(fā)展，特別是AIM的推出，可以讓設(shè)計(jì)人員輕松的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的概念化表達(dá)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多方案虛擬互動(dòng)漫游及展示。

＞＞圖4 施工營(yíng)地布置模型

＞＞圖5 導(dǎo)流洞進(jìn)出口布置

＞＞圖6 上下游圍堰布置

未來展望——不斷提升設(shè)計(jì)理念

隨著設(shè)計(jì)理念和技術(shù)的發(fā)展，昆明院一直在追求更高效的設(shè)計(jì)方式，BIM作為一種新型的生產(chǎn)組織方式，是管理思想與技術(shù)的有機(jī)組合，BIM強(qiáng)調(diào)建筑項(xiàng)目整體的全面信息化，強(qiáng)調(diào)信息模型和管理流程在建筑全生命周期中的應(yīng)用。在黃登水電站工程設(shè)計(jì)應(yīng)用上，昆明院的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用了各種BIM設(shè)計(jì)主流軟件，在不同階段開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，高質(zhì)量地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。

通過BIM軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用，給昆明院的設(shè)計(jì)理念和質(zhì)量都帶來了極大的提升，同時(shí)在BIM技術(shù)的支撐下，各個(gè)階段的設(shè)計(jì)流程與工作模式等數(shù)據(jù)也得到了有積累和繼承，為后續(xù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

感言

隨著設(shè)計(jì)理念和技術(shù)的發(fā)展，昆明院一直在追求更高效的設(shè)計(jì)方式，BIM作為一種新型的生產(chǎn)組織方式，是管理思想與技術(shù)的有機(jī)組合，BIM強(qiáng)調(diào)建筑項(xiàng)目整體的全面信息化，強(qiáng)調(diào)信息模型和管理流程在建筑全生命周期中的應(yīng)用。在黃登水電站工程設(shè)計(jì)應(yīng)用上，昆明院的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用了各種BIM設(shè)計(jì)主流軟件，在不同階段開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，高質(zhì)量地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。

——中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院副院長(zhǎng)兼總工程師、中國工程設(shè)計(jì)大師 張宗亮

水利水電工程全生命周期管理BIM理念，從設(shè)計(jì)以致運(yùn)行管理等全過程為中國水電提出了一個(gè)進(jìn)一步發(fā)展的方向。BIM理念作為目前先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和手段，為實(shí)現(xiàn)水電站勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和管理全方位信息化提供了基礎(chǔ)，使BIM的實(shí)現(xiàn)更近了一步。

——中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 施工分院副總工程師 施工三維設(shè)計(jì)項(xiàng)目部項(xiàng)目經(jīng)理 楊宏斌

BIM帶給建筑行業(yè)的變革不言而喻?？梢灶A(yù)見，未來BIM將帶個(gè)設(shè)計(jì)院更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

——中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院施工專業(yè)三維設(shè)計(jì)項(xiàng)目部副經(jīng)理 吳學(xué)雷