BIM技術(shù)在渡槽設(shè)計中的應(yīng)用

陳獻友，李芬花，趙萌萌，李 壯，杜 柏

(華北電力大學(xué)水利與水電工程學(xué)院，北京 102206)

1 概述

BIM技術(shù)在渡槽項目中的應(yīng)用涉及了各個階段和多個方面。鄂北地區(qū)水資源配置工程中，采用BIM技術(shù)對大型現(xiàn)澆渡槽進行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[4]；在太平河渡槽工程中，技術(shù)人員結(jié)合BIM技術(shù)提出了優(yōu)化方案，并根據(jù)優(yōu)化方案制定施工方案，與原方案對比提高了施工效率和質(zhì)量[7]；韓莎莎等人建立了基于BIM技術(shù)的渡槽全生命周期信息模型，并將BIM模型與外部數(shù)據(jù)庫結(jié)合，實現(xiàn)了渡槽整個生命周期信息的有效管理[5]。本文將在已有研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對BIM技術(shù)在渡槽項目中的應(yīng)用進行補充和拓展，詳細闡述建立渡槽BIM模型的過程以及圖紙布置、工程量統(tǒng)計和碰撞檢測，為工程后續(xù)的智能化管理提供依據(jù)，對相關(guān)工程具有一定的借鑒意義。

2 創(chuàng)建渡槽的BIM模型

采用BIM技術(shù)建?？梢酝ㄟ^多個平臺實現(xiàn)，這里選取使用最為廣泛的Revit軟件，Revit是專門面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的強大工具，所建立的信息模型除了幾何信息，還儲存了物理屬性、材質(zhì)信息、力學(xué)參數(shù)等信息，集項目全生命周期的信息于一體，滿足用戶智能化建模的需求，這些信息還能通過二次開發(fā)與外部數(shù)據(jù)庫對接，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析、施工模擬和運行管理等方面。Revit目前只提供了建筑、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)、機械的四大類建模功能，要建立水工模型，只能通過自定義“族”文件建立各個部件的模型，再載入到“項目”文件中進行整合。

2.1 渡槽雙排架建模

使用“拉伸“和”空心拉伸“命令建立雙排架模型?？招睦炷茉趯嵭捏w中刪除一部分，可以先建立實心三維體作為輪廓，再用空心拉伸刪除不需要的部分，得到我們想要的模型，如圖1所示。

圖1 渡槽雙排架建模步驟示意圖

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規(guī)模型”樣板；

(2)使用“拉伸“命令建立實心長方體作為雙排架的輪廓；

(3)使用“空心拉伸“命令刪除長方體內(nèi)部相應(yīng)的一些部分得到雙排架模型。

2.2 渡槽漸變段翼墻建模

使用“放樣融合“命令建立翼墻模型。放樣融合可以把兩個二維平面沿指定的路徑連接到一起生成三維體，如圖2所示。

圖2 渡槽漸變段翼墻建模示意圖

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規(guī)模型”樣板；

(2)選擇“放樣融合“命令；

(3)繪制一條指定路徑以及兩端的平面，生成翼墻模型。

2.3 其余部分的建模

渡槽其余部分包括槽身、槽身拉桿、單排架、排架基礎(chǔ)、漸變段底板，這些部分都是結(jié)構(gòu)比較簡單的常規(guī)模型，都可以通過“拉伸“命令完成建模，如圖3—8所示。

圖3 槽臺槽身接頭

圖4 單排架

圖5 槽身

圖6 槽身拉桿

圖7 漸變段底板

圖8 排架基礎(chǔ)

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規(guī)模型”樣板；

(2)選擇“拉伸“命令，按照各個部件的尺寸和形狀繪制截面，再拉伸到相應(yīng)的長度，即可完成建模。

2.4 生成整體模型

渡槽各個部件的模型完成后，載入到項目中進行整合。先在項目中繪制標(biāo)高和軸網(wǎng)，以便于各個部件模型的定位，然后切換不同的平面視圖，利用對齊、平移、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、鏡像等一系列命令，把構(gòu)件放置到相應(yīng)的位置，完成整體模型的搭建，如圖9所示。

圖9 渡槽三維模型

3 碰撞檢測

“碰撞檢測”是對已建成的模型進行檢查，檢查項目中的圖元是否存在沖突。在傳統(tǒng)的二維設(shè)計中，工程人員很難通過平面圖紙把各專業(yè)的模型完整、準(zhǔn)確地整合到一起，檢測結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)錯、漏、碰、缺等現(xiàn)象。Revit自帶的碰撞檢測功能，不僅可以把不同專業(yè)的模型通過“鏈接”命令自動整合為一個項目，還能自動檢測并生成沖突報告，在報告中點擊詞條就能在模型中高亮顯示發(fā)生碰撞沖突的部位，便于查找和修改，這大大減少了二維設(shè)計中出現(xiàn)的問題，提高了工程建設(shè)的效率。在Revit界面，按照“協(xié)作—碰撞檢查—運行碰撞檢查”的步驟就能完成該項操作，本文渡槽工程的沖突報告如圖10所示。

圖10 渡槽工程的沖突報告

4 工程量統(tǒng)計

隨著技術(shù)的發(fā)展，水工建筑物的形式越來越復(fù)雜，工程造價管理的難度也越來越大，其核心內(nèi)容是工程量管理，直接影響到工程造價的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的工程量統(tǒng)計一般都是工程人員通過設(shè)計圖紙?zhí)崛〕鲰椖康男畔ⅲ缓笳沓鲇袃r值的工程量信息，手工計算和利用各類辦公軟件輔助計算，這種方式往往受到一些主觀因素的影響，比如讀圖水平、計算能力、工作經(jīng)驗等，準(zhǔn)確性難以得到保證[2]。在工程造價領(lǐng)域，BIM技術(shù)作為一項新興的應(yīng)用技術(shù)，提供了多種工程量統(tǒng)計軟件，為了實現(xiàn)一模多用，提高模型信息的傳遞效率和完整性、準(zhǔn)確性，在使用Revit完成建模之后，可以直接使用Revit中的明細表功能對模型的工程量進行統(tǒng)計[6]，如圖11所示。

圖11 工程量統(tǒng)計明細表

5 BIM出圖

現(xiàn)場施工以設(shè)計圖紙為依據(jù)，設(shè)計圖紙的質(zhì)量關(guān)乎到施工質(zhì)量，傳統(tǒng)的圖紙繪制繁瑣，需要在多張圖紙上同時修改，效率低下，容易出錯。運用BIM技術(shù)出圖，可以很好的解決上述問題，在Revit中完成三維建模后，項目中會提供各個方位的立面視圖和平面視圖，項目中的“剖面框”功能可以截取任意想要的剖面視圖，“圖例”功能可以繪制小尺寸部位的詳圖，如果發(fā)生改動，只需要在三維模型中進行修改，所有的視圖都會自動修改。把指定的視圖復(fù)制到圖紙框中，就能完成圖紙的布置，本文渡槽工程的設(shè)計圖紙如圖12—13所示。

圖12 渡槽工程設(shè)計圖紙(1)

6 結(jié)語

本文借助Revit軟件，實現(xiàn)了BIM技術(shù)在某渡槽工程設(shè)計階段建模、碰撞檢測、工程量統(tǒng)計、圖紙布置的應(yīng)用，可以作為BIM技術(shù)在水利工程項目深入開發(fā)使用的基礎(chǔ)。通過以上的探索，可以得出以下結(jié)論：

(1)Revit的“族”文件是構(gòu)成“項目”文件的基礎(chǔ)，項目中的模型都是由族組成的，水工建筑物通常都設(shè)有一些非常規(guī)結(jié)構(gòu)，比如某些進出水口的漸變段，以及本文渡槽工程中的翼墻，需要熟練掌握自定義族的使用，才能完成復(fù)雜模型的建立。

(2)BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用，可以彌補傳統(tǒng)二維設(shè)計的缺陷，本文借助Revit軟件完成渡槽BIM三維模型的同時，利用軟件中自帶的功能，完成了渡槽的圖紙布置、工程量統(tǒng)計以及碰撞檢測，結(jié)果由軟件自動計算得出，可以減少人為主觀因素的影響，降低返工的幾率，提高了工程建設(shè)的效率。

圖13 渡槽工程設(shè)計圖紙(2)

(3)BIM技術(shù)在水利工程項目中的使用可以繼續(xù)深入，在設(shè)計階段的基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)或者與外部數(shù)據(jù)庫結(jié)合，實現(xiàn)不同工程階段軟件之間的信息傳遞和協(xié)同工作。例如可以將該渡槽工程的數(shù)據(jù)導(dǎo)入有限元軟件中，進行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作。