BIM技術(shù)在巴基斯坦Neelum-Jhelum水電工程中的應(yīng)用

郭 霄 韓 茁 耿慶柱 許 艇

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為目前水利行業(yè)的熱門理念和技術(shù)受到業(yè)內(nèi)的廣泛重視。我國BIM 雖起步較晚，但這些年發(fā)展十分迅速。對于水利行業(yè)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙還停留在以平面的表達(dá)方式進(jìn)行事物的描述，圖紙中信息量較大，某些情況下無法全面地描繪建筑物體型，尤其對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，對施工人員讀圖能力有較高要求。采用BIM 技術(shù)，對建筑物體型的表達(dá)更為全面；在設(shè)計(jì)過程中的結(jié)構(gòu)分析和體型的優(yōu)化也變得更為直觀；在施工中對于體型的理解和鋼筋、模板安裝等變得更為方便。

1 工程簡介

巴基斯坦Neelum-Jhelum 水電工程位于巴基斯坦阿薩德查謨和克什米爾州，距首府Muzaffrabad 22 km，距首都伊斯蘭堡125 km。電站裝機(jī)容量963 MW，毛水頭420 m，發(fā)電引水流量為280 m3/s，引水隧洞長28.6 km，為高水頭、長隧洞引水式電站，也是巴基斯坦目前在建的最大水電站。工程由水庫、大壩、沉沙池、引水系統(tǒng)、地下發(fā)電廠房、尾水建筑物、開關(guān)站及附屬設(shè)施等組成，主要任務(wù)是發(fā)電。

該項(xiàng)目引水隧洞、調(diào)壓豎井、發(fā)電主廠房、主變洞、尾水洞等均為地下工程，對于巖體的開挖和后期支護(hù)都有很高的要求。對于各個(gè)隧洞的交叉部位，尤其是不同斷面大小和形狀的隧洞交叉，體型尤為復(fù)雜，利用BIM 技術(shù)指導(dǎo)開挖和支護(hù)可以顯著提升施工速度，減少超挖和欠挖及節(jié)約施工成本。

2 施工難題及基于BIM技術(shù)的解決方法

項(xiàng)目施工過程中，遇到很多結(jié)構(gòu)或建筑物體型非常復(fù)雜的情況。以隧洞交叉段體型為例，從二維開挖圖和體型圖很難想象具體的開挖輪廓線和鋼筋綁扎形式，導(dǎo)致模板制作和施工安裝遇到困難。以下列舉施工過程中幾個(gè)代表性問題。

2.1 施工支洞和引水隧洞交叉段

T4 交叉段是引水隧洞和A4 施工支洞的交叉部位。引水隧洞的開挖和襯砌斷面形式均為馬蹄形，襯砌尺寸為凈高9.7 m，寬9.6 m。施工支洞開挖輪廓線為城門洞形，襯砌斷面內(nèi)輪廓尺寸凈高5.7 m，寬4.8 m，斷面形式為馬蹄形。兩條隧洞斷面形式和尺寸各不相同，仰拱底高程也不同（如圖1 所示）。項(xiàng)目施工過程中，鋼筋的加工和模板制作、安裝都遇到了一定的困難。

圖1 T4交叉段三維模型

針對這一問題，利用MicroStation V8i 軟件對T4交叉段進(jìn)行三維建模，輔助現(xiàn)場施工。利用三維模型可以整體、直觀地給施工單位展示該部位的具體體型，在任意位置切面（如圖2 所示），并與CAD 進(jìn)行三維模型與二維圖紙的交互，可根據(jù)要求進(jìn)行鋼筋圖的繪制，滿足施工需要與要求，以指導(dǎo)現(xiàn)場工人加工與綁扎鋼筋。在進(jìn)行模板加工和安裝時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場的需要加密各切片之間的距離，利用各剖面實(shí)際尺寸指導(dǎo)現(xiàn)場的模板加工和定位安裝。

圖2 T4交叉段各剖切斷面示意圖

2.2 引水隧洞岔管段

引水隧洞岔管段是引水隧洞接廠房壓力鋼管的銜接段。在這一部位有一條引水隧洞分成4 條岔洞連接壓力鋼管，每條壓力鋼管和連接平洞呈60°夾角。這部位體型極為復(fù)雜，包含不規(guī)則的連接平洞、平洞和壓力鋼管段的連接處的轉(zhuǎn)角體型等，利用傳統(tǒng)二維圖紙很難全面準(zhǔn)確地表達(dá)體型信息，使鋼筋制安、模板加工及安裝受阻，導(dǎo)致施工進(jìn)度停滯。

對于這一問題同樣利用MicroStation V8i 軟件進(jìn)行三維建模（如圖3、4 所示），在三維模型的繪制過程中，對部分體型進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化，使轉(zhuǎn)角與隧洞相交處體型過度更為平順，減少了水頭損失并且降低了施工難度。在實(shí)際施工過程中，證明優(yōu)化后體型較初始設(shè)計(jì)體型施工更加便捷，縮短了施工工期。

圖3 引水隧洞岔管段襯砌三維模型

2.3 首部樞紐匯水渠建筑物

匯水渠位于項(xiàng)目首部樞紐沉沙池末端，其后連接引水隧洞入口，對進(jìn)入引水隧洞的水流起到匯集和控制的作用，同時(shí)底部沖沙廊道還對沉沙池靠近匯水渠入口處的淤積泥沙起到拉沙的作用。

圖4 引水隧洞岔管段開挖輪廓三維模型

匯水渠全長91 m，總高度約為40 m。在其內(nèi)部自下至上分別由排水廊道、沖沙廊道和匯水渠構(gòu)成。匯水渠的上游測，最下層共有12 個(gè)沖沙閘孔直接通向沖沙廊道，并配置有平板閘門；上層設(shè)有12 個(gè)進(jìn)水口通向匯水渠，由平板閘門控制，可將經(jīng)過沉沙池沉淀后的凈水引入引水隧洞。建筑物頂部設(shè)置3 個(gè)HPU 室負(fù)責(zé)控制進(jìn)水口的12 個(gè)閘門（如圖5 所示）。對整個(gè)建筑物體型的描述，包含傳統(tǒng)的二維圖紙110 余張圖紙，圖紙量較大。

圖5 匯水渠建筑物三維模型上游軸側(cè)圖

在施工過程中，雖已有大量二維圖紙將匯水渠體型參數(shù)標(biāo)注十分明確，但每張圖紙只能對某一高程或局部進(jìn)行描繪和介紹。龐大的信息量導(dǎo)致較難把握匯水渠體型，現(xiàn)場施工困難。針對這種復(fù)雜的建筑物，我們同樣利用MicroStation V8i 軟件進(jìn)行三維建模，能夠展現(xiàn)匯水渠整體及細(xì)部模型，使設(shè)計(jì)及施工人員對內(nèi)部結(jié)構(gòu)體型（如廊道及排水系統(tǒng)）有更加深刻的認(rèn)識及直觀了解，極大地提高工作效率。

3 結(jié) 語

通過此次在實(shí)際項(xiàng)目中BIM 技術(shù)的應(yīng)用，利用三維可視化溝通與交流，使業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等各參與方以更直觀的方式進(jìn)行正確地理解、溝通、協(xié)調(diào)，可有效地提高工作效率，避免不必要的返工與浪費(fèi)。施工方利用BIM 模型，可使現(xiàn)場技術(shù)人員全面熟悉圖紙，提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的施工問題，有針對性地選擇和優(yōu)化施工方案。準(zhǔn)確可靠的BIM 模型數(shù)據(jù)，可為施工生產(chǎn)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

BIM 技術(shù)在本項(xiàng)目中只在施工階段進(jìn)行配合使用，并沒有把BIM 技術(shù)中的協(xié)同設(shè)計(jì)這一理念得到充分的發(fā)揮和利用。水利水電樞紐設(shè)計(jì)存在涉及專業(yè)多、空間布置復(fù)雜、專業(yè)間協(xié)調(diào)困難、不同專業(yè)間數(shù)據(jù)互用性差、團(tuán)隊(duì)效率低等問題。隨著BIM 技術(shù)的不斷推廣，隨著BIM 標(biāo)準(zhǔn)的頒布和不斷完善，各專業(yè)之間在同一平臺上的協(xié)同設(shè)計(jì)將會越來越成熟，項(xiàng)目全生命周期采用BIM 技術(shù)將逐步普及。