淺析水利工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

何桂女

江西省裕豐水利水電建設(shè)有限公司

淺析水利工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

何桂女

江西省裕豐水利水電建設(shè)有限公司

水利工程具有地形條件復(fù)雜、設(shè)計(jì)選型獨(dú)特、涉及專業(yè)廣等特點(diǎn)，存在圖紙信息繁冗、工程樞紐布置復(fù)雜、土方量計(jì)算不精確的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題提出構(gòu)建水利工程信息模型的方法，通過(guò)繪制水利工程的地形以及水工建筑物BIM模型，完整實(shí)現(xiàn)水利工程仿真信息的數(shù)字化查詢，并結(jié)合多款BIM軟件協(xié)同完成水利工程的樞紐布置、土方量計(jì)算。

BIM技術(shù)；水利工程

一、BIM模型的構(gòu)建

1.1 地形BIM模型的構(gòu)建

地形模型是描述工程施工總布置的基礎(chǔ)，是所有建筑物及施工活動(dòng)的場(chǎng)所，也是地形開挖的受體，本文采用BIM建模軟件實(shí)現(xiàn)水利工程項(xiàng)目地形的建模。首先，對(duì)原始數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，對(duì)河道地形等高線仔細(xì)檢查，修改有問(wèn)題的等高線，然后根據(jù)檢查后的等高線創(chuàng)建曲面。再對(duì)曲面上高程過(guò)高或者過(guò)低的錯(cuò)誤點(diǎn)進(jìn)行修改，最終生成所需要的地形模型。對(duì)修改好的地形再次進(jìn)行分析修改，最終形成符合工程實(shí)際的地形。

1.2 水利工程建筑物BIM模型的構(gòu)建

建立一個(gè)真實(shí)描述工程設(shè)計(jì)的數(shù)字信息模型，是實(shí)現(xiàn)可視化仿真技術(shù)的基礎(chǔ)。水利工程與普通建筑工程不同的特點(diǎn)，其建模順序、方法、要求也有所不同，目前一些地方相關(guān)部門對(duì)于建筑工程運(yùn)用BIM技術(shù)出臺(tái)了相關(guān)規(guī)定，但還沒(méi)有針對(duì)水利工程相關(guān)規(guī)定，本文針對(duì)水利工程的構(gòu)建BIM模型的步驟如下：

⑴根據(jù)BIM技術(shù)主導(dǎo)方的需要確定模型應(yīng)用階段，進(jìn)而確定建模精度。建筑工程的模型精度等級(jí)分為L(zhǎng)OD100∽LOD500。水利工程模型精度劃分還未有詳細(xì)界定，可以參照建筑項(xiàng)目BIM模型精度劃分。BIM模型精細(xì)度越高，包含參數(shù)信息越多，花費(fèi)人力、時(shí)間越多，同時(shí)，受制于現(xiàn)階段BIM技術(shù)水平，綜合考慮水利工程受氣候影響大、工期長(zhǎng)的特點(diǎn)，研究中模型等級(jí)多以LOD30為準(zhǔn)。

⑵了解工程概況，搜集各專業(yè)完善的CAD圖紙，認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)總說(shuō)明，了解工程建設(shè)具體要求。

⑶進(jìn)行人員分工，各自做好項(xiàng)目分解。水工建筑物的型式、構(gòu)造和尺寸，與建筑物所在地的地形、地質(zhì)、水文等條件密切相關(guān)，設(shè)計(jì)選型獨(dú)特，各構(gòu)件不具有通用性。由于BIM軟件本身的限制，在對(duì)建筑物進(jìn)行族的劃分時(shí)，應(yīng)盡量分解到最小單元，方便后期施工模擬的進(jìn)行。

⑷對(duì)于模型進(jìn)行圖形管理和信息管理。圖形管理主要包括模型配色和線型要求，模型信息管理主要包括模型的幾何信息和非幾何信息，幾何信息包括形狀、尺寸、坐標(biāo)等。非幾何信息包括項(xiàng)目參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)廠家、成本價(jià)格、運(yùn)維信息等。

⑸采用BIM軟件，結(jié)合各專業(yè)圖紙嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)構(gòu)建BIM模型，在建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的圖紙問(wèn)題，要對(duì)圖號(hào)、軸網(wǎng)等進(jìn)行詳細(xì)記錄。經(jīng)相關(guān)單位同意后，對(duì)原設(shè)計(jì)錯(cuò)漏問(wèn)題進(jìn)行修改的，修改前后模型都應(yīng)保留。

⑹BIM模型質(zhì)量審核。BIM模型建成以后，要進(jìn)行質(zhì)量審核。審核內(nèi)容包括：模型是否達(dá)到最初設(shè)定的建模標(biāo)準(zhǔn)；構(gòu)件定位是否準(zhǔn)確；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是否與圖紙一致等。

二、BIM模型的應(yīng)用

2.1 基于地形BIM模型的土方量計(jì)算

水利工程一般地形條件復(fù)雜，挖填土方量大，土方量計(jì)算精度對(duì)項(xiàng)目工程量的計(jì)算影響重大，利用數(shù)字地形模型，既可直觀地查看場(chǎng)地的三維效果，也可用于土方計(jì)算、縱橫斷面繪制等設(shè)計(jì)與計(jì)算功能。BIM技術(shù)提供的土方量計(jì)算方法建立在與實(shí)際地形完全吻合的BIM模型上，首先繪制原始地形曲面模型和設(shè)計(jì)曲面模型，這兩個(gè)空間三維曲面會(huì)產(chǎn)生交點(diǎn)并連接成線，交線即原始地形曲面與施工設(shè)計(jì)曲面的交匯線，所包圍的空間體積即為需要開挖或者填筑的土方量進(jìn)而生成體積曲面。基于BIM技術(shù)的原始地形曲面和設(shè)計(jì)地形曲面是動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的，在方案選擇階段可在模型基礎(chǔ)上快速進(jìn)行土方的開挖和填筑實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確計(jì)算土方的開挖和填筑量，從而選出最佳土方開挖方案。

2.2 水工建筑物BIM模型的應(yīng)用

⑴基于水工建筑物BIM模型的樞紐布置。水利工程樞紐布置的任務(wù)是確定各建筑物在平面和高程上的布置。水利工程的樞紐布置直接影響到施工場(chǎng)地的布局，合理確定樞紐中各組成建筑物之間的相互位置，對(duì)于找到最佳的臨時(shí)設(shè)施位置，使現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備運(yùn)距最小化，從而節(jié)省工程量、方便施工、縮短工期有重要意義。在方案比選階段建立各水工建筑物的BIM模型，并結(jié)合地形的BIM模型形成完整的項(xiàng)目總體沙盤，能使決策人員直觀地了解各水工建筑物之間、各水工建筑物與周圍地形條件之間的制約關(guān)系。同時(shí)，基于參數(shù)的BIM模型可在空間位置任意移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一處更改，處處更改，使每一種決策方都成為一個(gè)完整可視的沙盤，據(jù)Autodesk公司統(tǒng)計(jì)，可視化可提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力66%，減少50%～70%的信息請(qǐng)求，縮短5%～10%的施工周期，減少20%～25%的各專業(yè)協(xié)調(diào)時(shí)間。

⑵BIM模型信息的應(yīng)用。一個(gè)建筑信息模型是一個(gè)單一的、完整一致的建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，建立完整的項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)信息，使工程構(gòu)件參數(shù)化，從而實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目管理信息化和技術(shù)信息化。

①管理信息化。建筑施工過(guò)程是一項(xiàng)典型的協(xié)同工作，不同專業(yè)、不同職責(zé)的施工主體之間需要進(jìn)行信息共享和交流。BIM模型包含的信息可實(shí)現(xiàn)工程檔案可視化、關(guān)聯(lián)化、高效率化管理，為項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的信息交換、共享和集成化管理提供了有效平臺(tái)。因此，使用BIM技術(shù)建設(shè)一個(gè)項(xiàng)目的中央存儲(chǔ)庫(kù)，可徹底改變項(xiàng)目整個(gè)生命周期的信息管理模式。水利工程投資大，使用年限長(zhǎng)，人員流動(dòng)大，一些隱蔽工程的信息流失嚴(yán)重，基于BIM技術(shù)的信息管理平臺(tái)可保證這些信息的完整性、準(zhǔn)確性和可追溯性。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的應(yīng)急管理包括：預(yù)防、警報(bào)和準(zhǔn)確定位，避免在事故發(fā)生后翻看繁多復(fù)雜的圖紙而延誤最佳救援時(shí)間。

②技術(shù)信息化。水利工程施工條件復(fù)雜，工程量大，施工難點(diǎn)多，目前，我國(guó)水利工程施工技術(shù)水平普遍較低。BIM技術(shù)作為一種對(duì)建筑物物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字描述的信息庫(kù)，BIM模型在工程設(shè)計(jì)、施工等過(guò)程中支持多種應(yīng)用，對(duì)于一個(gè)完整使用BIM技術(shù)的工程來(lái)說(shuō)，不僅包括虛擬的三維可視化模型，也應(yīng)該包括可視化的施工任務(wù)和施工順序，這些信息對(duì)于施工任務(wù)的安排以及施工進(jìn)度計(jì)劃的確定將起到至關(guān)重要的作用，同時(shí)，模型包含的建筑物本身的定量信息會(huì)直接鏈接到相關(guān)的成本數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)前期的投資控非常有利，精細(xì)度級(jí)別越高的模型，項(xiàng)目的成本估算越精確。從項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段到施工階段的BIM模型包含不同的信息。

[1張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012(16)：10-17.

[2]苗倩.BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2012(10)：139-142.