BIM技術(shù)在水閘建模中的應(yīng)用

羅春艷 孫惠 盧志偉

1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 2.吉林省航道管理局

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是建筑學(xué)、工程學(xué)及土木工程的新工具。它以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息為基礎(chǔ)，通過(guò)先進(jìn)的信息化建模手段，創(chuàng)建建筑物各方面完整的三維數(shù)字模型[1]。BIM技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但由于水工建筑物體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地形地貌也沒(méi)有規(guī)律，很多BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的研究成果并不完全適用于水利工程設(shè)計(jì)[2]。不過(guò)目前國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出許多水利行業(yè)BIM應(yīng)用的成功案例，且應(yīng)用的范圍和深度也在逐步擴(kuò)展，可以說(shuō)，對(duì)于越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)性弱、施工難度大的工程建設(shè)中應(yīng)用BIM技術(shù)，越是能體現(xiàn)BIM的價(jià)值。本文應(yīng)用REVIT 軟件創(chuàng)建了水閘的建筑模型，為REVIT 在水工建筑物的應(yīng)用研究提供參考。

1 BIM 技術(shù)在水利工程應(yīng)用的特點(diǎn)

1.1 可視化性

水利工程在施工過(guò)程中需要有設(shè)計(jì)圖和施工圖，目前繪制圖紙都是二維圖紙，不同工作人員的三維想象能力差異可能在一定程度上會(huì)影響圖紙識(shí)讀。通過(guò)BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維模型，工作人員可依據(jù)三維模型更直觀地分析工程，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并及時(shí)處理。

1.2 協(xié)調(diào)性

一個(gè)水利工程的順利完成需要設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位等各單位的共同參與，不同單位在合作過(guò)程中會(huì)遇到各種問(wèn)題，協(xié)調(diào)工作量很大。通過(guò)BIM技術(shù)可以保證參建各方及時(shí)掌握工程信息，減少設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中溝通不及時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題。

1.3 優(yōu)化性與模擬性

與建筑工程相比，水利工程選址地形一般更為復(fù)雜，且地質(zhì)條件更為多變，通過(guò)合理使用BIM技術(shù)，可以構(gòu)建水利工程三維模型，利用模型數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，可以實(shí)時(shí)調(diào)整更新數(shù)據(jù)，并以三維模型體現(xiàn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析功能，可以完成不同方案的分析比較，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)、施工方案。此外，可以針對(duì)工程進(jìn)行施工模擬，根據(jù)模擬反饋數(shù)據(jù)，采取相應(yīng)措施，減少實(shí)際施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合造價(jià)控制，實(shí)現(xiàn)成本控制。

1.4 參數(shù)化建模

雖然水利工程與建筑工程相比，結(jié)構(gòu)更為不規(guī)則，但都可以通過(guò)REVIT 軟件構(gòu)建各部分模型?？梢酝ㄟ^(guò)構(gòu)建族庫(kù)的方法加快模型創(chuàng)建速度。應(yīng)用時(shí)，只需要修改“族”的尺寸參數(shù)，就可以快速生成模型，如擋土墻、護(hù)坡等。

1.5 快速計(jì)算工程量

BIM技術(shù)可以快速分類(lèi)計(jì)算不同構(gòu)件的工程量，并且精準(zhǔn)度高，不存在重復(fù)計(jì)算、漏算的現(xiàn)象[3]。計(jì)算機(jī)可以根據(jù)構(gòu)件自身參數(shù)化數(shù)據(jù)信息、幾何數(shù)據(jù)信息、物理數(shù)據(jù)信息識(shí)別構(gòu)件種類(lèi)，統(tǒng)計(jì)工程量信息。如不同標(biāo)號(hào)混凝土工程量、鋼筋工程量等。同時(shí)，可以將不同的設(shè)計(jì)方案成本反饋給設(shè)計(jì)單位，方便控制工程造價(jià)。若已構(gòu)建三維模型，發(fā)生設(shè)計(jì)修改、變更時(shí)，更改部分的構(gòu)件工程量隨之變化，有利于設(shè)計(jì)、施工人員及時(shí)掌握變更信息。

2 水閘族庫(kù)創(chuàng)建

水閘由上游連接段、閘室、下游連接段組成。上游連接段主要作用是引導(dǎo)水流平順進(jìn)入閘室，同時(shí)具有防沖、防滲的作用，下游連接段的主要作用是消能并將水流與下游河床相連，避免發(fā)生不利沖刷[4]。基于REVIT 軟件自帶族樣板，運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、融合、放樣、空心形狀等命令，創(chuàng)建上游護(hù)底、護(hù)坡、翼墻、閘底板、閘墩、下游翼墻、護(hù)底、護(hù)坡、護(hù)坦、海漫、防沖槽族，創(chuàng)建水閘族庫(kù)。

以護(hù)坡族為例，講解族繪制方法。（1）族文件創(chuàng)建：首先在應(yīng)用程序菜單中→新建→族→基于線(xiàn)的公制常規(guī)模型→打開(kāi)。（2）單擊快捷菜單保存→選擇保存位置→新建文件夾，水閘族庫(kù)→雙擊水閘族庫(kù)→輸入文件名：護(hù)坡族→打開(kāi)“選項(xiàng)”→設(shè)置最大備份數(shù)→確定→保存→返回族編輯界面。（3）幾何圖形繪制：工作平面創(chuàng)建。創(chuàng)建→“工作平面：設(shè)置”→“指定新的各種平面：參照平面左：左”→確定→“轉(zhuǎn)到視圖：立面”：左→打開(kāi)視圖。在視圖建立相應(yīng)參照平面及參照線(xiàn)。參數(shù)設(shè)置。單擊“注釋→尺寸標(biāo)注：對(duì)齊”，給各標(biāo)注賦予參數(shù)：選擇一個(gè)標(biāo)注→“選項(xiàng)欄：標(biāo)簽”→添加參數(shù)，給標(biāo)注命名，如坡肩寬度。創(chuàng)建護(hù)坡斷面形狀：拉伸→“繪制：直線(xiàn)”→繪制。注意繪制完成后要將各線(xiàn)段與相應(yīng)參照對(duì)齊鎖定。（4）調(diào)試。修改→屬性→族類(lèi)型，調(diào)整尺寸參數(shù)數(shù)值，如各參數(shù)均能驅(qū)動(dòng)幾何圖形變化，說(shuō)明創(chuàng)建成功，如彈出錯(cuò)誤對(duì)話(huà)框，則按提示進(jìn)行修改。（5）長(zhǎng)度關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)到參照標(biāo)高視圖，將繪制的幾何圖形左右兩側(cè)分別與左右參照平面對(duì)齊鎖定。（6）創(chuàng)建墊層形狀。為避免創(chuàng)建的幾何體對(duì)后續(xù)操作產(chǎn)生影響，可以將繪制護(hù)坡體隱藏。墊層形狀創(chuàng)建步驟與護(hù)坡形狀創(chuàng)建步驟類(lèi)似，在此不再贅述。（7）材質(zhì)設(shè)定。選擇護(hù)坡圖形，屬性→材質(zhì)→添加參數(shù)→選擇材質(zhì)→確定。（8）墊層可見(jiàn)性設(shè)置。屬性→“圖形：可見(jiàn)”→“右側(cè)按鈕：關(guān)聯(lián)參數(shù)”→添加參數(shù)→確定→“參數(shù)數(shù)據(jù)：名稱(chēng)輸入墊層是否可見(jiàn)”→確定。（9）建立族類(lèi)型。單擊修改→屬性→族類(lèi)型，彈出族類(lèi)型對(duì)話(huà)框，單擊“新建”，輸入有墊層護(hù)坡，點(diǎn)擊“確定”，注意，此時(shí)族類(lèi)型對(duì)話(huà)框中“其他”選項(xiàng)中“墊層是否可見(jiàn)”為可選擇狀態(tài)，單擊應(yīng)用，即完成一個(gè)族類(lèi)型的創(chuàng)建。其他構(gòu)建的族創(chuàng)建過(guò)程與護(hù)坡族類(lèi)似，完成所有構(gòu)建族的繪制，即完成水閘族庫(kù)創(chuàng)建。

3 BIM 水閘三維模型構(gòu)建

水閘三維模型構(gòu)建需要將各構(gòu)件有序拼接成為一個(gè)整體，以閘墩為例，講解閘墩構(gòu)建參數(shù)化模型方法。（1）新建項(xiàng)目。應(yīng)用程序菜單中→新建→項(xiàng)目，選擇適用樣板文件，進(jìn)入項(xiàng)目編輯頁(yè)面。（2）繪制標(biāo)高、軸網(wǎng)。由于水閘結(jié)構(gòu)組成多，為方便定位，還需要繪制參照平面。（3）載入族文件。選擇視圖，繪制參照平面所在平面名稱(chēng)，如，水0.00→插入選項(xiàng)卡，載入族→選擇水閘族庫(kù)文件夾中相應(yīng)的族文件，如閘墩→打開(kāi)。（4）創(chuàng)建閘墩參數(shù)化模型。在項(xiàng)目瀏覽器，常規(guī)模型中，選中插入的閘墩族，右鍵→創(chuàng)建實(shí)例→修改/放置構(gòu)件，放置在面上，選擇放置的面，根據(jù)具體要求選擇是否放置后旋轉(zhuǎn)以及旋轉(zhuǎn)角度，結(jié)合平面圖紙中參照面位置，鎖定閘墩放置的位置。創(chuàng)建實(shí)體時(shí)，一定要注意放置構(gòu)件在平面和立面的位置，可以結(jié)合二維圖紙和三維圖形共同判斷。其他構(gòu)建參數(shù)化建模過(guò)程與閘墩類(lèi)似，如涉及需要修改構(gòu)建尺寸時(shí)，根據(jù)標(biāo)高、軸網(wǎng)、參照平面的定位，在項(xiàng)目中載入族，并拉伸至要求尺寸?？梢赃\(yùn)用對(duì)齊、偏移、鏡像、移動(dòng)、復(fù)制、修改、旋轉(zhuǎn)、陣列等命令完成水閘三維模型構(gòu)建。若涉及不同構(gòu)件連接處的修剪問(wèn)題，可以通過(guò)創(chuàng)建零件、排除零件的方式進(jìn)行修改，最終完成水閘三維模型構(gòu)建。

4 結(jié)語(yǔ)

利用BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維模型，并通過(guò)模型可以查詢(xún)參數(shù)信息。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，且通過(guò)工程量清單可以有效控制造價(jià)。在施工過(guò)程中，可以幫助確定合理施工方案，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，控制施工成本，保證工程按時(shí)高質(zhì)量完成。通過(guò)建立水閘族庫(kù)，可以加快水閘的信息化模型創(chuàng)建，推進(jìn)我國(guó)水利工程的信息化應(yīng)用進(jìn)程。