汾河新二壩工程BIM技術(shù)應(yīng)用

（山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原030006）

1 汾河新二壩概況

汾河新二壩工程位于汾河太原城區(qū)段綜合治理三期工程與汾河二壩之間的汾河河道上，距太原市33 km，距清徐縣16 km。項目建成后其上游區(qū)間河道總蓄水量315.8 萬m3，形成163 hm2的濕地水面。屆時，人們乘坐游船、劃艇等將可通過船閘在太原汾河公園至汾河二壩之間不同高程水位段汾河內(nèi)通行。

新二壩工程主體由壅水建筑物和通航建筑物組成，壅水建筑物主要為5 孔弧形閘和4 孔鋼壩閘，通航建筑物為船閘。主要建筑物布置：弧形閘5 孔，總長120 m；鋼壩閘4 孔，總長136 m（其中，左岸2 孔鋼壩閘長58 m，右岸2 孔鋼壩閘長78 m）；船閘1 孔，順?biāo)飨蜷L43.5 m、垂直水流向?qū)?9 m。

2 BIM 簡介

BIM 即建筑信息模型（Building Information Modeling），是指在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計、施工、運營的過程和結(jié)果的總稱。它具有高度可視化、一體化、參數(shù)化、仿真性、協(xié)調(diào)性、可出圖性和信息完整性等特點，其多維（三維空間、思維時間、五維成本、N 維更多應(yīng)用）集成技術(shù)，可將工程的各種信息整合在一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫中，建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運營等單位的工作人員可以基于BIM 進(jìn)行協(xié)同工作，提高工作效率。對施工單位，主要是對施工圖紙進(jìn)行審核、對土建和金結(jié)機(jī)電進(jìn)行碰撞檢查、對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底、對施工方案和工藝進(jìn)行模擬、對施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整、對工程成本采取管控、對交付后運營進(jìn)行模擬等，實現(xiàn)對工程項目的事前、事中控制，避免施工中過程變更、工效降低、成本增加，確保工程目標(biāo)順利實現(xiàn)。

3 BIM 技術(shù)實際運用

3.1 施工前設(shè)計建模

基于BIM 的工程設(shè)計及建模，汾河新二壩采用了二維CAD 圖紙與三維BIM 相結(jié)合的方式，進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。即三維設(shè)計采用了正向和逆向相結(jié)合的方式，例如對格網(wǎng)石籠、弧形閘門、底軸旋轉(zhuǎn)式鋼壩閘門等直接進(jìn)行三維設(shè)計，對振沖碎石樁、高壓旋噴防滲墻等結(jié)合CAD 圖紙進(jìn)行逆向三維設(shè)計。

汾河新二壩BIM 建模，采用Revit 建模軟件，并采取基于中心服務(wù)器的協(xié)同建模，結(jié)合圖紙，多人分部分項進(jìn)行三維模型搭建，提高建模速度和質(zhì)量，提升建模工作效率。

在BIM 三維設(shè)計過程中，技術(shù)人員深入工地現(xiàn)場，同設(shè)計人員進(jìn)行討論，與施工人員開展施工方案及工藝研究，參照汾河三期工程已經(jīng)建成并運營的閘壩，將各種信息進(jìn)行匯總分析，運用于BIM 三維設(shè)計當(dāng)中。對防滲墻、碎石樁、5 孔弧形閘、4 孔鋼壩閘，船閘等工程中涉及的土建和金結(jié)機(jī)電都進(jìn)行了詳細(xì)的建模，部分建模精度達(dá)到LOD400 以上。具體工程BIM 模型見圖1～圖4。

3.2 施工模擬

圖1 5 孔弧形閘BIM 模型

圖2 單孔弧形閘BIM 模型

圖3 左岸2 孔鋼壩閘BIM 模型

圖4 船閘BIM 模型

汾河新二壩結(jié)合BIM 技術(shù)，進(jìn)行了三維仿真施工 模擬。BIM 模型結(jié)合Fuzor、Navisworks 軟件輸出施工仿真動畫，進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，實現(xiàn)從二維平面化、靜態(tài)化向三維可視化、動態(tài)化的升級，工程技術(shù)人員對施工過程有了較直觀、形象的理解。

開工前先在室內(nèi)計算機(jī)上虛擬施工場景進(jìn)行模擬化操作，對工程的功能及可建造性等潛在問題進(jìn)行預(yù)演練，包括施工工序、設(shè)備停放位置、機(jī)械使用數(shù)量、鋼筋綁扎、模板支撐、混凝土入倉、設(shè)備安裝等施工順序、交叉干擾等做到提前知曉，通過模擬對施工中將會遇到的問題提前制定解決預(yù)案，如對弧形閘段維修用的疊梁門和壩體預(yù)留空口之間的對接問題，通過三維仿真模擬，提出改進(jìn)方案。

3.3 工程算量

BIM 算量的方式以三維正向設(shè)計為開端，在設(shè)計模型的計算上，自動提取模型數(shù)據(jù)并計算直接生成工程量清單。施工前利用BIM 技術(shù)進(jìn)行了自動化的施工量統(tǒng)計，用于材料采購和施工用量控制，有效控制了施工成本和材料浪費。

4 部分效果分析

4.1 輔助設(shè)計（誤差分析）

利用BIM 技術(shù)，在施工之前發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計缺陷，通過有效溝通，得到及時解決。如：

1）BIM 建模過程中發(fā)現(xiàn)翼墻邊超出了地基處理線，經(jīng)同設(shè)計人員核實，確定是圖紙存在偏差。

2）船閘上閘首部位，圖紙未見分層，但經(jīng)過求證，得出該部位應(yīng)有分層隔板，三維模型已繪制，為實際施工提供依據(jù)。

3）船閘內(nèi)部樓梯超出船閘頂部，經(jīng)了解，應(yīng)該為鋼蓋板封閉該出口，樓梯不能超出船閘頂，此處樓梯設(shè)計存在錯誤。

4.2 水利工程族庫積累

族庫是BIM 模型建立的核心內(nèi)容，閘壩建模中，對碎石樁、防滲墻、格賓石籠、墻體、模板等構(gòu)件添加幾何尺寸、物理屬性、材質(zhì)裝飾、經(jīng)濟(jì)造價、標(biāo)識數(shù)據(jù)等參數(shù)信息，形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化族庫。對族構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)編輯修改就可以得到新的模型，實現(xiàn)快速建模。

常用的土建、機(jī)電等公共資源總?cè)霂炝慵_(dá)20 000多個，標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化模型400 多個，實現(xiàn)各專業(yè)之間最大共享。

水利工程目前還沒有統(tǒng)一認(rèn)可的BIM 族庫，此次汾河新二壩BIM 技術(shù)的應(yīng)用，積累了部分水利工程BIM 族庫，對BIM 技術(shù)的水利工程的應(yīng)用起到了推動作用，為水利工程BIM 族庫的建立夯實了基礎(chǔ)。部分BIM 族庫圖見圖5和圖6。

4.3 應(yīng)用分析

通過此次BIM 的實施，探索水利工程BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)化，積累水利工程BIM 應(yīng)用經(jīng)驗，從中也發(fā)現(xiàn)BIM 實施中的一些難點和問題，為以后水利工程BIM項目實施提供參考。

圖5 弧形閘門族

圖6 鋼壩閘族

汾河新二壩BIM 技術(shù)應(yīng)用是山西水利建筑工程局有限公司將BIM 技術(shù)運用于水利工程建筑的首次探索，在實踐中修正了部分圖紙，優(yōu)化了設(shè)計方案，三維可視化交底，指導(dǎo)工程細(xì)部施工，工程量的統(tǒng)計更是有效的控制了成本，實現(xiàn)了進(jìn)度、成本、質(zhì)量的三維信息化管控。

本工程采用BIM 技術(shù)，在縮短工期、提升質(zhì)量、降低成本等方面取得良好效果，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)在工程的可視化設(shè)計、指導(dǎo)施工、算量統(tǒng)計、三維技術(shù)交底、工程運維等方面都有較大的優(yōu)勢，三維仿真，所見即所得，仿真模擬指導(dǎo)施工，算量成本自動統(tǒng)計，三維可視化運維，即BIM 技術(shù)可以貫穿水利工程全生命周期。

BIM 技術(shù)在汾河新二壩水利工程中的嘗試應(yīng)用，為加快山西水利信息化進(jìn)程，補(bǔ)山西水利信息化短板，打造智慧水利工程，提供了一項示范工程。通過實踐，培養(yǎng)和鍛煉了一批BIM 技術(shù)人員，激發(fā)起更多人員對BIM 的認(rèn)知和濃厚興趣，加大BIM 技術(shù)在更多水利工程中的應(yīng)用，提升工程管理水平，助力傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、智慧水利的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動水利工程進(jìn)入智慧建造時代。