BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計行業(yè)的實(shí)踐分析

廖 勇

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣州 510000）

0 引 言

隨著中國社會經(jīng)濟(jì)和社會建設(shè)的快速發(fā)展，中國水利工程的規(guī)模和技術(shù)難度與日俱增，水利工程的數(shù)據(jù)和信息量也越來越大。水利工程不僅充分保證了居民的日常用水，而且在防洪減災(zāi)、保護(hù)水資源方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。通過BIM 技術(shù)在中國水利工程的設(shè)計、施工和維護(hù)中的應(yīng)用，從而提高設(shè)計的效率和水平，加快施工進(jìn)度，保證水利工程的安全和質(zhì)量[1]。

1 BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計行業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用

1.1 BIM 技術(shù)相關(guān)軟件平臺

1）傳統(tǒng)工程設(shè)計中，缺乏針對施工過程的統(tǒng)一化平臺，導(dǎo)致施工過程中各種資源及信息不能實(shí)現(xiàn)共享，施工過程中產(chǎn)生信息閉塞的情況，BIM 技術(shù)的協(xié)同功能要求在水利工程的施工期間，可以實(shí)現(xiàn)信息的共享。BIM 軟件眾多，適用于本國的BIM軟件尚且沒有系統(tǒng)，而且在設(shè)計階段中文章在BIM技術(shù)相關(guān)軟件平臺方面重點(diǎn)研究的軟件平臺是奔特例(bently)、歐特克，其中在以上兩個平臺中，CAD都可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的繪圖能力，并且實(shí)現(xiàn)二維圖紙和三維圖紙的靈活轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)建筑信息模型的搭建以及模型信息表達(dá)。

2）利用REvit 軟件、Civil 軟件來快速地根據(jù)圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型。當(dāng)邏輯模型發(fā)生變化時，相應(yīng)的圖形和文檔也會發(fā)生變化，當(dāng)設(shè)計期間創(chuàng)建的對象發(fā)生變化時，相關(guān)的對象也會發(fā)生變化。通過共享設(shè)計工作的信息，各個階段的人都可以從BIM系統(tǒng)中獲得他們需要的參數(shù)和信息，消除了數(shù)據(jù)輸入的需要，避免了數(shù)據(jù)和信息的錯誤和重復(fù)。解決了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突，也是水利工程設(shè)計持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵動力。因此，BIM 技術(shù)在整個建筑行業(yè)得到了迅速的推廣和應(yīng)用，大多數(shù)開發(fā)商和設(shè)計師都在逐步采用BIM 技術(shù)來促進(jìn)水利工程設(shè)計的順利開展[2]。

3）BIM 技術(shù)也可以根據(jù)供審查的圖紙內(nèi)容來建構(gòu)工程圖紙，并且依據(jù)AutoCAD 來實(shí)現(xiàn)圖紙中輪廓繪制與參數(shù)的設(shè)定，利用BIM 技術(shù)和REvit 軟件的結(jié)合來修改整個建筑模型的尺寸，確定工程的各項參數(shù)，增強(qiáng)了設(shè)計方案的準(zhǔn)確性；除此之外，在工程量計算中，BIM 技術(shù)也能夠大量提高計算的速度，在BIM 技術(shù)下的工程立體模型，工程計算可以直接甄別工程建設(shè)期間的數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，判斷工程量信息的科學(xué)性，從而為下一環(huán)節(jié)的工程量計算打好了基礎(chǔ)。

1.2 BIM 技術(shù)在設(shè)計項目的實(shí)踐應(yīng)用優(yōu)勢

水利工程具有施工參與方較多的特點(diǎn)，并且在參與方中政府部門較多，水利工程資源投入較大，具有極為重大的社會和經(jīng)濟(jì)意義，并且水利工程施工難度較為嚴(yán)峻，施工地點(diǎn)往往在地質(zhì)地形較為復(fù)雜的自然地理位置，作為工作難度較大的水工建筑物，在建設(shè)期間要協(xié)調(diào)各方關(guān)系以及各項資源的配合利用。

BIM 技術(shù)在水利工程上的設(shè)計的實(shí)際應(yīng)用主要體現(xiàn)在BIM 模型可實(shí)現(xiàn)全方位檢查，BIM 技術(shù)可協(xié)助工程師進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，在設(shè)計階段實(shí)現(xiàn)對水利工程工程量計算，為工程造價估算奠定基礎(chǔ)，利用BIM 的財務(wù)軟件對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，保障多專業(yè)信息的溝通和協(xié)調(diào)，規(guī)范完成招標(biāo)清單。

2 . BIM 技術(shù)在水利工程模型構(gòu)建的應(yīng)用

2.1 數(shù)字地形模型（DTM）

數(shù)字地形模型（DTM）是在水利工程建設(shè)項目中的關(guān)鍵技術(shù)之一。使用BIM 技術(shù)，需要根據(jù)現(xiàn)場的具體條件建立一個三維模擬模型，包括生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)和施工準(zhǔn)備，這可以為建筑的位置和施工提供參考。施工建筑表面通常用三角形不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)（TIN）來表示，它是由單個景觀點(diǎn)組成的不規(guī)則三角形網(wǎng)絡(luò)，將水利工程建筑通過平面方式充分顯示出來。 BIM 技術(shù)使用虛擬三維模型和嵌入式數(shù)據(jù)來設(shè)計、建造、運(yùn)營和維護(hù)項目。嵌入模型的數(shù)據(jù)是核心，但為了創(chuàng)造價值，需要一個可視化工具--三維模型，數(shù)字地形模型(DTM )能夠展現(xiàn)真實(shí)的項目問題，使數(shù)據(jù)與模型保持同步，最后用數(shù)據(jù)來解決實(shí)際問題。BIM 模型可以用來協(xié)調(diào)建筑施工早期不同學(xué)科之間的沖突，確保數(shù)據(jù)的一致性并保持模型的一致性[3-5]。

2.2 模型信息創(chuàng)建

BIM 模型允許工程師以數(shù)字方式表現(xiàn)水利工程的物理和功能特征，清晰、高效和準(zhǔn)確。技術(shù)內(nèi)容本身并不復(fù)雜，但要使建模過程有效，工程師必須對建模和相關(guān)技術(shù)有良好的理解和認(rèn)識。選擇適合水利工程實(shí)際情況的建模方法可以促進(jìn)BIM 技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用。重要的是要精確地理解工程結(jié)構(gòu)和相關(guān)圖紙信息，BIM 技術(shù)在項目設(shè)計中的應(yīng)用應(yīng)以尺寸、面積和體積等基本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。模型是數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵，改進(jìn)BIM 實(shí)踐可以改善實(shí)際執(zhí)行情況，從而確保項目的成功。由于技術(shù)的快速發(fā)展，建模工具變得更加多樣化，包括Autodesk、3Dmax。

2.3 BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)為施工提供指導(dǎo)

相關(guān)規(guī)范明確指出，BIM 設(shè)計應(yīng)用的成果應(yīng)體現(xiàn)在幾個方面，如提供BIM 優(yōu)化的設(shè)計方案、綜合協(xié)調(diào)的成果、視覺交流工具等?，F(xiàn)階段，BIM 設(shè)計實(shí)踐一般通過二維圖紙來表達(dá)，這是一種相對成熟的方法，而三維方法提供了更好的表達(dá)可能性，但仍處于探索階段，通過BIM 模型在水利工程中同后續(xù)施工建設(shè)結(jié)合，還需要技術(shù)人員進(jìn)一步研究，以充分挖掘其優(yōu)勢，保證設(shè)計效率。

水利工程的設(shè)計是基于特定的結(jié)構(gòu)模型。這種結(jié)構(gòu)模型主要體現(xiàn)在以下4 個方面：①它構(gòu)成了數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)，在開始施工之前，工作人員必須研究當(dāng)?shù)氐牡匦?，并使用施工過程可視化表示為一個三維模型，進(jìn)行初步的場地布置；②動態(tài)填土和挖土在施工中也比較重要，一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是如何保證科學(xué)填土和挖土，以促進(jìn)項目建設(shè)；③混凝土大壩隨著使用年限的增加而改變其剛性形狀。為了解決這個問題，需要一個準(zhǔn)確的混凝土工程的動態(tài)模型；④土壩的DAMS 設(shè)計也是視覺模擬的一個重要部分，因此，勢必要運(yùn)用BIM 技術(shù)以及其他軟件協(xié)同對工程進(jìn)行開發(fā)建設(shè)。

BIM 模型包含了大量設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以從模型中有效提取，以滿足水利工程建設(shè)的實(shí)際需要。在新的發(fā)展環(huán)境中，必須將二維表示法、模型信息表示法結(jié)合起來，并在設(shè)計過程中從圖紙和文字層面開始應(yīng)用BIM 技術(shù)來表達(dá)模型。BIM 模型提供了水工建筑的幾何、物理信息，對工程項目進(jìn)行管道的初設(shè)[6]。設(shè)計內(nèi)容更加直觀地呈現(xiàn)出來。從技術(shù)人員的角度，可以對照可視化的設(shè)計內(nèi)容，直接找出設(shè)計中存在的缺陷，做好糾正; 從施工人員的角度，可以利用 BIM 技術(shù)，掌握工程施工的程序要求，嚴(yán)格依照設(shè)計理念進(jìn)行施工作業(yè)設(shè)計的整個過程是一個不斷優(yōu)化的過程，BIM 模型可以被優(yōu)化、協(xié)調(diào)和完善，以產(chǎn)生三維平面圖和部件的二維圖紙，如剖面圖和立面圖，以促進(jìn)建筑設(shè)計和模擬。

動態(tài)設(shè)計包括幾個步驟：①必須確定要設(shè)計的區(qū)域，其中包括堤壩表面和挖掘物以及壩基；②設(shè)計面和原始面必須通過找平的方式將設(shè)計面疊加在原始地形面上得到；③應(yīng)沿交叉口切出部分設(shè)計面的原始地形面，并去除過度傾斜的交叉口，以獲得完全符合設(shè)計面的表面。

2.4 三維正向協(xié)同設(shè)計

1）隨著BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用和探索，工程設(shè)計人員對三維協(xié)同設(shè)計的理解和實(shí)施會越來越清晰，對大型水利工程的三維協(xié)同設(shè)計過程和方法也會逐漸形成共識。在一個標(biāo)準(zhǔn)化的通用環(huán)境中進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計，BIM 技術(shù)不僅提供了一套通用的模型輸出，為模型的進(jìn)一步整合、協(xié)同設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)，而且還有效地提高了項目輸出的整體質(zhì)量。

2）在項目的初始階段，BIM 是項目物理和功能特征的信息和數(shù)字儲存庫和視覺表達(dá)，是傳統(tǒng)手工繪圖和基于CAD 的設(shè)計的演變。BIM 是傳統(tǒng)手繪圖紙和計算機(jī)輔助設(shè)計的演變。

3）目前的水利工程需要BIM 技術(shù)協(xié)同配合生成美觀直觀的三維工程模型，并能根據(jù)模型生成二維圖紙。通過交叉或視點(diǎn)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的二維圖紙必須滿足提供工業(yè)圖紙的要求。通過替換、修改或增加多個參數(shù)來調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，包括專業(yè)系統(tǒng)的功能分類、增加硬件屬性、連接性的定義、模型顏色的定義、填充模式的規(guī)范、線寬、尺寸、字體高度、符號注釋、模型文件名稱和屬性信息類型。

3 結(jié) 語

綜上所述，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的發(fā)展和地方政府對舊有水源保護(hù)工程的維護(hù)和修復(fù)的重視，我國正在建設(shè)或已經(jīng)完成的水利工程項目的數(shù)量正在增加。鑒于水利工程項目設(shè)計的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，現(xiàn)在將BIM 技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計仍然處于初步階段，BIM 技術(shù)可以提高設(shè)計方案的合理性，促進(jìn)設(shè)計與施工的緊密結(jié)合，保證項目建設(shè)的效率。除了設(shè)計工作，BIM 在水文、保護(hù)和水管理領(lǐng)域也很受歡迎。此外，BIM 技術(shù)可以與RGPS、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合使用，收集、分析和管理與水利工程周圍的地質(zhì)、自然、人文和社會環(huán)境有關(guān)的數(shù)據(jù)。總之，BIM 不僅可以提高水利工程設(shè)計和施工的效率和水平，而且可以提高水利工程的質(zhì)量和安全管理水平，提高水利行業(yè)的競爭力，未來，BIM 技術(shù)將成為水利工程的設(shè)計應(yīng)用的一個重要趨勢。