大型鋼管倒虹吸BIM建模方法研究及應(yīng)用

侯宏基 孫 凱

（1.中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710032；2.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450011）

Building Information Modeling，即建筑信息化模型，其融合了工程學(xué)、建筑學(xué)以及土木工程等學(xué)科的思維與方法，是建筑工程與計(jì)算機(jī)學(xué)科交叉的產(chǎn)物，建筑信息化模型可以直觀地看出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)的工程量，展示結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)，這是CAD時(shí)代無法做到的。

常用的BIM軟件有Revit、Tekla、Bentley、廣聯(lián)達(dá)BIM等。雖然BIM早已進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng)，在各個(gè)工程領(lǐng)域都可以看到建筑信息化的身影[1]，相較于其他領(lǐng)域而言，BIM在水利方面的應(yīng)用就顯得較為匱乏。本文基于BIM可視化、協(xié)同化、模擬化的特點(diǎn)在結(jié)合水利工程特點(diǎn)以及分析各個(gè)BIM建模軟件的基礎(chǔ)上，以某大型鋼管倒虹吸工程為案例，建立了BIM快速建模的流程，結(jié)合了施工模擬的應(yīng)用，加強(qiáng)了BIM技術(shù)在水利工程方面的應(yīng)用，可為類似工程提供借鑒。

1 BIM技術(shù)在大型鋼管倒虹吸應(yīng)用的特點(diǎn)

1.1 參數(shù)化建模

大型鋼管倒虹吸不像工業(yè)與民用建筑那么規(guī)整，其結(jié)構(gòu)更為不規(guī)則，這就造成了大型鋼管倒虹吸參數(shù)化建模更為復(fù)雜的局面，但是可以通過構(gòu)建參數(shù)化族的方法來減少一定的重復(fù)性勞動(dòng)，在將參數(shù)化族應(yīng)用到具體的項(xiàng)目時(shí)僅需改動(dòng)相關(guān)參數(shù)即可快速生成模型。Revit軟件中，三維視圖以及各種平面視圖都是依賴同一個(gè)建筑信息化模型的數(shù)據(jù)庫，通過參數(shù)化建模，只要在某一視圖中修改參數(shù)，所有視圖中的參數(shù)都會(huì)隨之發(fā)生變化，達(dá)到牽一發(fā)而動(dòng)全身的效果。

1.2 可視化性

BIM可視化可以讓設(shè)計(jì)者提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷與錯(cuò)誤，降低施工成本，加快施工進(jìn)度。BIM可視化突破了傳統(tǒng)CAD時(shí)代的圖紙限制，大大提高了施工圖檢查的精確度與效率，此外BIM可視化技術(shù)也運(yùn)用到了碰撞檢查等方面，在BIM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往由于多個(gè)設(shè)計(jì)師在二維平面設(shè)計(jì)圖的項(xiàng)目信息傳遞時(shí)產(chǎn)生誤差，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)之間的碰撞問題。在具體工程中例如管線相交或者管線之間的距離小于設(shè)定公差都可以定義為碰撞，而BIM軟件的碰撞檢查等功能可以將碰撞部位都給檢查出來，從而優(yōu)化施工方案，減少返工。

1.3 優(yōu)化性

可以通過BIM軟件來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，施工過程模擬優(yōu)化。比如可以在BIM軟件中進(jìn)行多種施工方案的模擬來優(yōu)化施工方案[2]。在項(xiàng)目的運(yùn)維階段也可利用BIM數(shù)據(jù)來去優(yōu)化運(yùn)維，減少開支。

2 大型鋼管倒虹吸建模方法

2.1 參數(shù)化鎮(zhèn)墩建模方法

第一步首先依據(jù)鎮(zhèn)墩的特點(diǎn)選擇自適應(yīng)公制常規(guī)模型樣板文件來創(chuàng)建族文件。創(chuàng)建相應(yīng)的參考平面，添加幾何尺寸的約束與參數(shù)，具體參數(shù)有上下游墩頂高度，底板的長寬，鎮(zhèn)墩中心頂點(diǎn)高度。在繪制過程中可選擇左右立面來繪制剖面，然后選擇拉伸指令依據(jù)鎮(zhèn)墩的寬度進(jìn)行拉伸放樣。參數(shù)化鎮(zhèn)墩建模效果如圖1、圖2所示。

圖1 鎮(zhèn)墩效果圖

圖2 鎮(zhèn)墩參數(shù)設(shè)置

2.2 承臺(tái)與壓力鋼管加勁環(huán)建模方法

這部分組成較為復(fù)雜，可分為承臺(tái)部分與壓力鋼管加勁環(huán)部分。承臺(tái)部分可先在左右立面繪制出剖面圖，然后依據(jù)承臺(tái)寬度進(jìn)行拉伸形成三維實(shí)體。需要注意的是承臺(tái)是變截面實(shí)體，需要在每節(jié)壓力管道下方進(jìn)行剪切，推薦使用空心拉伸來剪切實(shí)體。壓力鋼管加勁環(huán)部分推薦在前后視圖繪制剖面形狀然后進(jìn)行拉伸創(chuàng)建，再在左右視圖中空心拉伸來進(jìn)行剪切實(shí)體。

2.3 排水溝建模方法

由于在項(xiàng)目中排水溝較長而且排水溝的方向略有不同，在此推薦構(gòu)建排水溝的輪廓族，在放樣中繪制排水溝的路徑以及選擇輪廓即可完成排水溝的建模。

圖3 壓力鋼管的吊裝

3 鋼管倒虹吸BIM在工程中的應(yīng)用

模擬施工是利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)施工方案進(jìn)行模擬，從而對(duì)原本的施工方案進(jìn)行糾錯(cuò)、改進(jìn)和優(yōu)化[3]。建筑信息模型是模擬施工的關(guān)鍵組件，是對(duì)傳統(tǒng)方法的改進(jìn)。模擬施工的流程首先是需要對(duì)目標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行BIM建模，建筑信息化模型是虛擬施工的基礎(chǔ)。然后是對(duì)虛擬施工環(huán)境的安裝，其次是定義運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及設(shè)定運(yùn)動(dòng)順序，根據(jù)施工過程的模擬進(jìn)行結(jié)果分析，尋找最優(yōu)的施工方案。

三維可視化交底也是應(yīng)用的另一方面，相較于傳統(tǒng)技術(shù)交底的單調(diào)乏味，三維可視化交底更加生動(dòng)形象，使得被交底人能夠?qū)?nèi)容有更加深刻的認(rèn)知，降低因交底不充分而造成的施工風(fēng)險(xiǎn)。三維可視化交底將具體的施工方法以及技術(shù)要求，通過三維軟件模擬出具體的施工現(xiàn)場(chǎng)，讓被交底人員迅速掌握施工要領(lǐng)。

由于建筑信息模型包含了結(jié)構(gòu)的工程量，因此BIM也可以用來統(tǒng)計(jì)工程量，生成工程量清單[4]。根據(jù)所需要的工程條件篩選出所需要的工程信息，BIM軟件即可自動(dòng)計(jì)算出各種工程量，并生成相應(yīng)的報(bào)表。BIM技術(shù)也可應(yīng)用在成本控制方面[5]，具體可分為在施工前期的成本規(guī)劃，施工過程的成本控制，以及竣工驗(yàn)收時(shí)的成本控制。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)大型鋼管倒虹吸物的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，可大幅提高設(shè)計(jì)者的工作效率，在施工過程中也可以根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬施工來控制成本，降低風(fēng)險(xiǎn)。通過利用BIM技術(shù)可以改善傳統(tǒng)水工項(xiàng)目存在的問題，比如信息流通率低，交底效果差，工程質(zhì)量監(jiān)管困難等。利用BIM的參數(shù)化、可視化、協(xié)調(diào)性以及可優(yōu)化性，工程人員可以更好地了解水工項(xiàng)目建設(shè)的過程，大幅提高工作效率。