BIM技術(shù)在巴布亞新幾內(nèi)亞埃德伍水電站的應(yīng)用

許能

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410014）

1 工程概述及背景

埃德伍水電站（英文名：EDEVU Hydropower Project）地理位置位于東經(jīng)147°20′23.5″～147°20′25.3″，南緯9°11′23.6″～9°11′31.8″處，位于巴布亞新幾內(nèi)亞（以下簡(jiǎn)稱巴新）首都莫爾茲比港（以下簡(jiǎn)稱莫港）北部布朗河中游河段。壩址距莫港約42 km。該電站開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，建成后供電莫港。水庫(kù)正常蓄水位為89.0 m，總庫(kù)容6 920萬(wàn)m3，廠房正常尾水位35.84 m，引水道總長(zhǎng)1 323.6 m；廠房布置2臺(tái)立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量51 MW，多年平均發(fā)電量251.8 GW·h，年利用小時(shí)4 937 h。見圖1。

電站由瀝青混凝土心墻堆石壩，左岸開敞式溢洪道，左岸岸塔式進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓室、壓力鋼管、發(fā)電廠房和右岸導(dǎo)流洞等建筑物組成。見圖2。

圖1 大壩俯視圖

圖2 廠房及調(diào)壓井

筆者于2016年受單位委派，前往巴新埃德伍水電站從事工程前期的建設(shè)管理工作，前后歷時(shí)6個(gè)多月。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域正處于BIM的發(fā)展初期，因個(gè)人長(zhǎng)期從事工程可視化技術(shù)的研究和學(xué)習(xí)，意識(shí)到BIM技術(shù)將在水工設(shè)計(jì)、水利建設(shè)管理、水利施工領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

2 BIM軟件平臺(tái)的選擇

主要軟件：使用Autodesk公司的AutoCAD（工程建模）、Civil3D（地形建模及工程總裝）、Navisworks（工程漫游及輔助交底）、3ds MAX（工程效果細(xì)節(jié)展示及效果圖制作）。

輔助軟件：Google Earth及各種地理信息軟件（提供壩區(qū)衛(wèi)星圖片資料及DEM地形數(shù)據(jù)）。

3 BIM的流程

利用建模軟件（AutoCAD、Civil3D）進(jìn)行工程建模和地形建模及總裝，輸出交換格式文件至下游各種可視化軟件。整體思想就是“化整為零”。類似于大型客運(yùn)飛機(jī)的生產(chǎn)，在各個(gè)“工廠”制作，再集中總裝。

大多數(shù)人認(rèn)為AutoCAD僅僅是平面繪圖軟件，其實(shí)該軟件的3D建模能力也是非常高效的。筆者使用AutoCAD軟件三維建模環(huán)境完成了堆石壩壩體堆石區(qū)和心墻、溢洪道、左岸進(jìn)水口、廠房的全部建模工作。使用Civil3D完成了樞紐所在區(qū)域的地形建模，各種邊坡開挖、放坡和壩區(qū)道路的建模工作。見圖3～圖8。

圖3 DEM地形三角面疊加大壩主體

圖4 大壩主體堆石體

圖5 廠房進(jìn)水口模型（背視圖）

圖6 廠區(qū)的全CAD模型

圖7 廠房機(jī)組層分解視角圖

圖8 壩區(qū)公路及邊坡開挖圖

4 BIM的應(yīng)用

4.1 初設(shè)設(shè)計(jì)修正和算量

1）碰撞檢查。筆者在工程大規(guī)模施工前，就利用初步設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了BIM建模并檢查，發(fā)現(xiàn)了多處碰撞錯(cuò)誤和尺寸不足問(wèn)題，遂通知咨詢公司聯(lián)合體的設(shè)計(jì)部門，及時(shí)對(duì)施工圖進(jìn)行了修正，與之相較施工單位在施工中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再反饋，顯著節(jié)約了時(shí)間，并消除了返工隱患。見圖9。

圖9 廠房冷水室樓梯高度不夠（碰撞檢查）

2）工程量復(fù)核。利用堆石壩的壩體建模成果精確地計(jì)算出了整個(gè)壩體的堆石工程量，與設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了復(fù)核和校正。

利用圖紙進(jìn)行三維放坡建模，計(jì)算出設(shè)計(jì)開挖量，與施工單位測(cè)繪所得收方量成果進(jìn)行復(fù)核，有效地控制了工程量。

廠房區(qū)全模型建模，對(duì)任何部位的混凝土澆筑量全部有精確的算量結(jié)果，可以利用這些數(shù)據(jù)合理組織材料采購(gòu)。見圖10。

圖10 三維施工交底及導(dǎo)流洞入口開挖收方模型

4.2 施工方案可視化

筆者在巴新期間，正值導(dǎo)流洞施工的高峰期間，導(dǎo)流洞所處的工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜，軟弱夾層、斷層多，而施工人員中，既包括中方技術(shù)管理人員、熟練工人，又包括巴新外方的勞務(wù)工人，兩國(guó)人員之間語(yǔ)言不通，交流不便，為了消除這種障礙，筆者利用BIM模型，很方便地將二維設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)換為三維的施工交底視圖，一目了然，因?yàn)閳D形語(yǔ)言就是最直觀的語(yǔ)言，各個(gè)角度，沒有死角的展示，進(jìn)場(chǎng)前，向兩國(guó)工人快速傳達(dá)了施工意圖和重點(diǎn)，形象地交代了施工工藝、技術(shù)難點(diǎn)和安全隱患，高效實(shí)用。

由于筆者對(duì)整個(gè)壩區(qū)進(jìn)行了“全”BIM建模（數(shù)字沙盤），利用壩區(qū)的數(shù)字沙盤模型，可以輔助進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)和施工部署。所有空間數(shù)據(jù)（距離、高程）均可以直接在數(shù)字沙盤提取，水工構(gòu)筑物的重要定位點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)亦可以在數(shù)字沙盤直接獲得?？s短了外業(yè)時(shí)間，節(jié)約了成本，提高了精度。見圖11。

圖11 導(dǎo)流洞入口的三維數(shù)字模型和工法

4.3 友好溝通渠道和對(duì)外宣傳

巴新埃德伍水電站是響應(yīng)習(xí)近平總書記有關(guān)“一帶一路”號(hào)召建設(shè)的工程，多次迎接當(dāng)?shù)卣賳T、居民的考察和參觀。埃德伍水電站BIM模型的衍生產(chǎn)品——高度寫實(shí)的分部工程效果圖和360度展示庫(kù)區(qū)效果圖（見圖1）相比傳統(tǒng)的單一視角展示，帶給來(lái)賓的視覺體驗(yàn)，更加全面，真實(shí)。期間，筆者利用BIM漫游作為手段，給當(dāng)?shù)匦W(xué)生上了一堂生動(dòng)的工程科普實(shí)踐課，虛擬現(xiàn)實(shí)，虛擬建造，虛擬漫游，給師生留下了深刻的印象，宣傳了中國(guó)，加深了友誼。見圖12。

圖12 發(fā)電廠房的虛擬漫游

5 總結(jié)及展望

5.1 總結(jié)

1）全項(xiàng)目BIM指導(dǎo)思想。化整為零，“各個(gè)擊破”，統(tǒng)一總裝。

2）多平臺(tái)協(xié)同，數(shù)據(jù)傳遞。盡量使用一個(gè)公司的軟件系列，以克服數(shù)字壁壘。針對(duì)不同公司的軟件之間或相同公司的不同軟件之間的BIM數(shù)據(jù)鏈交換，盡可能使用通用文件格式而不是專有格式。

3）不足。因?yàn)榻＼浖木窒扌院蜁r(shí)間緊迫，蝸殼建模未完成，但利用參數(shù)化軟件是可以實(shí)現(xiàn)的。全模渲染的動(dòng)畫受制單機(jī)機(jī)器速度，未能完成，采用云計(jì)算和渲染農(nóng)場(chǎng)方案將可以解決。

5.2 展望

1）硬件方面。單機(jī)實(shí)時(shí)渲染技術(shù)的成熟，租用超級(jí)計(jì)算機(jī)渲染或者云渲染。

2）軟件方面。結(jié)合數(shù)字孿生模型進(jìn)行工程建設(shè)全過(guò)程（不限于設(shè)計(jì)階段）以及建設(shè)各方的可視化、算量、仿真模擬將是BIM的發(fā)展方向。