BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計咨詢項目中的應(yīng)用

張 超 陳蕾蕾 王?？?/p>

（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇揚州 225000）

1 概述

所謂建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱“BIM”）技術(shù)，是在計算機輔助設(shè)計（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維設(shè)計建造方式向三維數(shù)字化設(shè)計建造方式轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)。水利工程行業(yè)是一個重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)，理應(yīng)盡快啟動BIM 技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用。

BIM 技術(shù)來源于工業(yè)與民用建筑行業(yè)，隨著國內(nèi)多項重大建筑項目的開工建設(shè)，建筑工程各個行業(yè)都開始將BIM 技術(shù)的運用納入建筑工程的工作范疇，試圖用BIM 技術(shù)來解決實際問題。上海中心在項目中應(yīng)用BIM 技術(shù)，形成“以建設(shè)單位為主導(dǎo)，參建單位共同參與的基于BIM 技術(shù)的精益化管理”的創(chuàng)新管理模式，見圖1；北京CBD 中心的中國尊項目應(yīng)用BIM 技術(shù)為“中國尊”量身定制了幾何控制系統(tǒng)，對項目的設(shè)計與建設(shè)起到了重要的技術(shù)保障作用，見圖2；到2017年，上海市規(guī)模以上政府投資工程全部應(yīng)用BIM 技術(shù)，規(guī)模以上社會投資工程普遍應(yīng)用了BIM 技術(shù)。BIM技術(shù)的應(yīng)用其實離我們越來越近了，江蘇水利工程行業(yè)需要化被動為主動，啟動BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用。

BIM 技術(shù)應(yīng)用是貫穿一個工程項目從設(shè)計到施工，再到運行維護的全生命周期的過程。水利工程項目一般設(shè)計先行，但BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計中并沒有完整和現(xiàn)成的工程項目可以借鑒，完全用BIM 技術(shù)進行水工建筑物設(shè)計還有一段探索前進的過程。為盡快將BIM 技術(shù)引入水利工程中，我們可以先從水利工程項目咨詢?nèi)胧郑瑢⑺蛯彽乃そㄖ飫?chuàng)建成三維模型，進行全面的評估審查，找出送審的二維設(shè)計圖紙中的“錯、漏、碰”，并三維直觀地給出優(yōu)化建議，應(yīng)用從三維模型中提取出的工程量信息來核對設(shè)計文件，在項目咨詢報告中插入相關(guān)立體的三維模型，提高咨詢報告的質(zhì)量。

圖1 上海城市建筑

圖2 北京CBD 中心的“中國尊”項目

2 軟件平臺選擇

BIM 的關(guān)鍵是信息，結(jié)果是模型，重點是協(xié)作，工具是軟件。要啟用BIM 技術(shù)，首先需要一個合適的軟件平臺，常見的三維協(xié)同設(shè)計基礎(chǔ)平臺主要有歐特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）、達(dá)索（Dassault）3 家。筆者主要介紹采用歐特克軟件的應(yīng)用。

歐特克的AutoCAD 擁有著強大的二維繪圖功能，并已為廣大工程設(shè)計人員普遍熟悉和使用。在三維設(shè)計領(lǐng)域，歐特克公司同樣是行業(yè)軟件的領(lǐng)跑者，其推出的三維套包軟件能夠貫穿設(shè)計、可視化、仿真分析、圖紙文檔、項目建造等工作流程，可以幫助多專業(yè)在不同的設(shè)計階段實現(xiàn)較好兼容性、靈活的協(xié)同工作流程。目前，歐特克（Autodesk）三維軟件在建筑領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，能夠很好地實現(xiàn)三維與二維圖紙的轉(zhuǎn)換，且軟件平臺的費用較低，這些對于很多中小型設(shè)計院具有很大的吸引力。由于水利工程建設(shè)行業(yè)屬于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)，歐特克公司為適應(yīng)相關(guān)設(shè)計人員的需求，推出了基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計套件（IDS），基本可以完成信息模型的搭建和表達(dá)，套件核心的建模和模型表達(dá)軟件就是Revit。

3 由二維圖紙生成三維模型

對現(xiàn)有設(shè)計圖紙中的水工建筑物應(yīng)用三維設(shè)計軟件搭建模型，可以快速直觀地將設(shè)計成果呈現(xiàn)給對方。稍加學(xué)習(xí)歐特克的三維設(shè)計軟件Revit 便可以快速實現(xiàn)工程模型的創(chuàng)建，應(yīng)用軟件中輪廓放樣的方法創(chuàng)建模型，非常方便，且更加符合工程師們的看圖習(xí)慣。

3.1 繪制圖紙中的相關(guān)輪廓

提供審查的項目圖紙中的建筑物斷面圖形狀尺寸都是準(zhǔn)確完整的，因此，具有AutoCAD 基本繪圖能力的工程師可依照二維圖紙，快速完成建筑物的輪廓模型繪制，圖3 為在Revit中繪制完成的擋土墻底板和墻身的輪廓，其與工程圖紙非常接近。

圖3 擋土墻底板和墻身的輪廓圖

3.2 給輪廓設(shè)定主要相關(guān)參數(shù)

Revit 軟件有強大的參數(shù)化建模功能，可以通過修改尺寸參數(shù)驅(qū)動快速實現(xiàn)模型的尺寸修改，非常方便。圖3 中設(shè)置了底板長、底板厚、立板高、立板厚等擋土墻的主要參數(shù)，通過調(diào)整這些參數(shù)可以快速修改得到需要的模型。模型中底板的后齒并沒有設(shè)置參數(shù)，可通過手工調(diào)整后，完成需要的設(shè)計輪廓。圖4 為Revit 中參數(shù)設(shè)置面板，在這里可快速設(shè)定和修改主要的相關(guān)參數(shù)，從而增加模型的靈活度。

圖4

3.3 由輪廓生成建筑物模型

在繪制完成符合設(shè)計要求的建筑物輪廓后，可通過簡單的放樣命令完成實體模型的創(chuàng)建。圖5 為Revit族創(chuàng)建中常用的6 個工具方法，“放樣”工具簡單實用，可以快速創(chuàng)建各種實體，“空心形狀”工具主要用于剪切挖洞實體后形成各種形狀實體。圖6 和圖7 為圖3 輪廓放樣完成的直線擋墻和圓弧擋墻的實體模型。

圖5 Revit 族創(chuàng)建工具

圖6 直線擋墻模型

圖7 圓弧擋墻模型

3.4 將模型擺放到正確的位置

按照輪廓放樣或者其他建模方法完成創(chuàng)建模型后，就可以到項目中像“搭積木”一樣快速直接搭建完成一座水工建筑物項目。圖8 為某單孔水閘混凝土模型創(chuàng)建完成的成果。

圖8 單孔水閘混凝土模型

4 三維模型在咨詢項目中的應(yīng)用

水利工程咨詢項目一般都具有設(shè)計完整的施工圖紙，在掌握上述快速建模的方法和技巧以后，即可快速將二維圖紙翻模成三維信息模型。通過建模過程可全面檢查施工圖紙的準(zhǔn)確性、完整性，找出圖紙中的問題與錯誤。信息模型搭建完成后，不僅可對模型進行全面檢查，找出設(shè)計中的錯、漏、碰，提高項目咨詢成果的質(zhì)量，還可以直接提取模型的工程量信息，用于快速復(fù)核相關(guān)工程量。

4.1 對模型進行全方位檢查

工程設(shè)計圖紙中存在勘誤及細(xì)小的設(shè)計疏忽在所難免，在建模和模型搭建過程中可以很快發(fā)現(xiàn)些勘誤和疏忽，并能直觀地將其反映出來。

圖9 為某建筑物工程的二維圖紙，圖10 為快速翻模后的三維模型圖。從圖中很容易看出，在1 號位置，末節(jié)翼墻的前齒埋深不夠；在2 號位置，圓弧翼墻的前齒貼角顯得多余，需要修正。而這些圖紙中的小“bug”在二維圖形下狀態(tài)下是不太容易被發(fā)現(xiàn)的。

圖9 某建筑物二維圖紙

圖10 某建筑物翻模后的三維模型

4.2 提取工程量

歐特克的Revit 建模軟件有強大的工程量提取功能，在模型搭建完成后，便可以很方便地提取模型中的工程量信息。

圖11 空箱沉井擋土墻模型

圖11 是在Revit 中搭建完成的空箱沉井擋土墻，圖12 即為從模型中提取出來的工程量信息。這些工程量正是水利工程項目編制工程概預(yù)算的基礎(chǔ)。

4.3 其他應(yīng)用的思考

建筑信息模型搭建完成后的應(yīng)用是一個非常值得深入思考的課題，其引入水利工程行業(yè)后才剛剛開始起步，隨著BIM 技術(shù)在水利工程行業(yè)中應(yīng)用的不斷深入，模型的應(yīng)用會不斷擴展，模型將會在模擬施工、模擬管理等方面發(fā)揮更大的作用。

水利工程信息模型的表達(dá)和應(yīng)用必將不斷豐富，越發(fā)精彩，為水利工程行業(yè)插上暢想的翅膀，展現(xiàn)飛躍式的發(fā)展。

5 結(jié)語

圖12 從空箱沉井擋土墻模型中提取的工程量信息

近年來，建筑行業(yè)正全力推進BIM（建筑信息模型），把BIM 引入水利工程行業(yè)中是大勢所趨。在房屋建筑行業(yè)，BIM 的應(yīng)用不再是僅僅具備看看模型、檢查一下空間關(guān)系這些表面功能，而是在思考擁有BIM 模型后，如何利用其為企業(yè)和社會創(chuàng)造更大的價值。

以水利工程行業(yè)咨詢項目為突破口，將BIM 技術(shù)引入到水利工程行業(yè)中來，將是一個高效快速的發(fā)展捷徑。試想一下，在我們的咨詢報告中以三維模型的方式給出咨詢意見，將會是一個多么準(zhǔn)確清晰的表達(dá)手段，會更好地為交流和改進設(shè)計方案提供方便。

此外，在經(jīng)過一段時間使用BIM技術(shù)后，很快就可以積累一定數(shù)量的水利工程模型，將這些建筑模型分類后即可形成相關(guān)的模型庫，從而為加快推動三維設(shè)計在水利工程中的應(yīng)用提供條件。