基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

（石泉縣水利局）

基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

□馬麗（石泉縣水利局）

傳統(tǒng)的水利工程施工現(xiàn)場安全管理需要投入大量的人力物力資源，效率低下，可能受管理人員知識、能力等方面的影響而不能準確把握施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的所有安全問題。BIM施工信息模型技術是將信息科學技術與水利工程施工現(xiàn)場安全管理相結(jié)合的一種新型實用技術，文章對BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型及其在水利工程施工現(xiàn)場安全管理中的應用進行探討，以期對類似工程提供借鑒指導。

BIM，水利工程，安全管理

1 BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型

1.1 BIM技術

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型技術是將信息科學技術與水利工程施工現(xiàn)場安全管理相結(jié)合的一種新型實用技術，其以數(shù)據(jù)模型為基礎，可以對水利工程施工現(xiàn)場進行三維展現(xiàn)，并將設計圖紙拓展為工程施工現(xiàn)場的立體影像。BIM建筑信息模型技術可以將復雜的水利工程施工過程以動畫形式進行形象演示，并將這一仿真系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù)信息進行圖形表達，為水利工程施工現(xiàn)場安全管理提供有效的分析手段。

BIM技術結(jié)合數(shù)據(jù)信息技術和電子成型技術，將抽象的平面圖像進行立體化、可視化展現(xiàn)，并將地理坐標、空間位置等數(shù)據(jù)信息直觀標注，同時實時采集施工進度與施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將其處理后形象地反映在三維立體圖像中。BIM技術并不是單一的數(shù)字技術運用，同時還是地理信息系統(tǒng)、工程學、建筑學、虛擬成像技術等學科的綜合運用，通過該技術模擬水利工程施工現(xiàn)場，可以發(fā)現(xiàn)施工過程中所存在的安全隱患，實現(xiàn)設計圖紙與施工現(xiàn)場管理的有機結(jié)合。

1.2 BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型

利用BIM技術進行水利工程施工現(xiàn)場管理的基礎，是建立起真實的描述水利工程施工總布置的三維數(shù)字模型。

1.2.1 數(shù)字地形模型

作為水利工程BIM技術的核心組成部分，數(shù)字地形模型（DTM）可以構(gòu)建起水利工程所有建筑物和施工場所，將分散的地形點通過不規(guī)則三角網(wǎng)格（TIN）進行逼近，描述地形表面，并充分展現(xiàn)施工現(xiàn)場地形的高低起伏。

1.2.2 地形動態(tài)填挖

在進行地形動態(tài)填挖安全管理時，首先設計包括開挖邊坡和渣料場大壩底面的填挖曲面，并利用放坡將設計曲面下放到原始地形曲面，得到設計曲面和原始曲面的交線，沿交線在原始曲面上切去填挖曲面所含區(qū)域，并切除多余的填挖邊坡，實現(xiàn)挖填設計曲面與原始曲面的完美結(jié)合。

1.2.3 混凝土壩動態(tài)實體模型

混凝土壩在施工中會隨時間推移而變化，為了進行混凝土壩動態(tài)管理，必須將其三維模型劃分成若干澆筑塊，保持各澆筑塊施工時間、施工方量、施工設備等方面的相關性。

1.2.3.1 混凝土壩三維實體建模

利用CAD實體建模技術，將二維設計圖紙的壩段劃分成若干壩段區(qū)域，確定各壩段空間形體信息，并通過CAD實體建模技術與BIM技術的結(jié)合，繪制三維實體，利用CAD技術的布爾運算對三維實體進行并補、剖切、縮放操作，進而生成各壩段區(qū)域的實體模型，將其各個分部有機組合后得到完整的水利工程大壩施工現(xiàn)場三維實體模型。

1.2.3.2 混凝土壩仿真計算

將CAD建模軟件嵌入BIM施工現(xiàn)場仿真系統(tǒng)，并借助CAD強大的二次開發(fā)功能，使壩體澆筑仿真計算與其澆筑塊自動剖分過程同步進行，得到仿真計算中澆筑信息后，程序中便會自動剖分生成混凝土壩澆筑塊信息，并與相應的澆筑塊進行匹配，完成后，上述澆筑信息將以Access數(shù)據(jù)庫形式輸出，同時以CAD文件形式存儲。

1.2.4 土石壩實體建模

水利工程土石壩壩體底面均為不規(guī)則曲面，可以利用BIM技術中的Rhino工具建立其三維實體。根據(jù)壩體填筑材料、分部結(jié)構(gòu)型式及功能等標準進行壩體分區(qū)，并綜合利用Rhino工具中的patch、Extend、Loft和布爾運算等操作將土石壩分區(qū)的實體模型進行繪制，且按照填筑料的供給和進度計劃將各個分區(qū)進一步劃分為不同填筑層，將其有機結(jié)合便得到土石壩三維仿真實體模型。

2 基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

2.1 工程概況

漢江石泉縣城長安壩及春潮廣場防洪工程是石泉縣2013年啟動的第一批漢江綜合整治防洪工程，也是石泉縣防洪保安、城市建設、旅游開發(fā)的重點支撐性項目。工程建設之初，石泉縣就堅持防洪優(yōu)先、綜合治理的原則，將防洪保安與城市建設、景觀建設、生態(tài)治理、溝通交通相結(jié)合，對工程進行了合理布局，漢江石泉縣城長安壩段防洪工程采用下部生態(tài)護坡、上部加筋土擋墻的形式，力爭做到“防洪保安與城市建設、景觀設施與交通道路、生態(tài)建設與工程建設”三個結(jié)合，既能抵御漢江洪水，又可拓展城市骨架，既能提升城市生態(tài)旅游品味，又可改善市民宜居休閑生活基礎條件和環(huán)境。

2.2 基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

2.2.1 三維動態(tài)演示

利用Navisworks的TimeLiner模塊進行施工現(xiàn)場三維動態(tài)演示，得到包括混凝土壩澆筑塊、土石壩填筑塊的三維模型及各個圖形單元的施工時間參數(shù)等工程施工動態(tài)信息，并將之前分解成若干單元的三維模型導入Navisworks，保持圖形單元屬性的一致性。在Navisworks支持的數(shù)據(jù)格式中輸入水利工程施工進度等數(shù)據(jù)，并將其添加到TimeLiner模塊，設定好任務類型和起始狀態(tài)就可以直接生成施工現(xiàn)場動畫。利用BIM模型所具有的Animator模塊功能便可制作施工現(xiàn)場巡航動畫，以便管理人員多視點觀察工程的施工過程。

2.2.2 仿真信息可視化查詢

通過Navisworks模塊的“查找項目”工具，進行相應圖形單元及所對應屬性的查詢，或是利用Navisworks的程序接口訪問工程施工場景模塊，展示施工現(xiàn)場仿真信息，并進行施工全過程與各分項工程施工現(xiàn)場信息的實時查詢，如圖1和圖2；圖3為水利工程施工面貌查詢界面，可以年、月、日為單位進行工程某時刻施工面貌查詢；圖4為水利工程施工強度查詢界面，可設定任意的起始時間，以年、月、日為單位查詢某時刻工程施工強度，并通過不同顏色的圖形顯示出來。

圖1 某時刻工程施工面貌圖

圖2 某時刻混凝土壩分項工程面貌圖

圖3 水利工程施工面貌查詢界面圖

圖4 水利工程施工強度查詢界面圖

建立插件時，先建立一個dll文件的動態(tài)鏈接庫，并為其添加相應的引用，以集成基本插件和?？織l插件等類，并設置好插件名稱、創(chuàng)建時間等類的屬性；編譯程序代碼后將dll文件存入安裝包完成插件的建立，可以在水利工程施工現(xiàn)場安全管理系統(tǒng)中使用。

2.2.3 水利工程形體信息查詢

在Navisworks模塊，可以查看相應高程、壩段模型形體等二維信息，并利用審閱工具在模型中添加注釋，進行工程施工現(xiàn)場管理信息的記錄和分析。

3 結(jié)論

水利工程設計圖紙與實際施工過程并不會完全一致，施工現(xiàn)場管理人員僅通過解讀設計圖紙并不能準確把握施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的所有安全問題，如果僅以設計圖紙為參考，難免會出現(xiàn)曲解或固有的思維定勢而影響工程施工。為此，如何充分把握和體現(xiàn)設計圖紙，并充分發(fā)揮其在施工現(xiàn)場安全管理中的積極作用，就成為水利工程施工現(xiàn)場管理人員需要解決的首要問題，BIM技術有效實現(xiàn)了靜態(tài)的設計圖紙與動態(tài)的施工現(xiàn)場的有機結(jié)合，為水利工程施工現(xiàn)場安全管理提供了強大的技術支持。

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

［2］王廷魁，鄭嬌，基于BIM的施工場地動態(tài)布置方案評選［J］.施工技術，2014（3）：72-76.

［3］王百新，水利工程應用BIM技術的思考［J］.中國水能及電氣化，2016（11）：66-70.

TV51

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：1673-8853（2017）05-0073-02

2017-03-01

編輯：符蕾

馬麗（1972-），工程師，主要從事農(nóng)村小型水利工程和水保工程設計及工程現(xiàn)場管理工作。