BIM技術(shù)在某水廠工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

岑發(fā)寬

（黔西南州興源水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州興義 562400）

1 工程概況

擬建水廠場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)狀有魚塘、簡(jiǎn)易民房、工廠廠房（工棚）、果林地和菜地等。場(chǎng)地內(nèi)北側(cè)有山林地，南側(cè)為魚塘，西側(cè)靠近工業(yè)廠房，東側(cè)為魚塘和菜地。場(chǎng)地南側(cè)靠近現(xiàn)狀道路，整個(gè)場(chǎng)地地形高差為：9～28 m。水廠主要包括：預(yù)臭氧接觸池、泵房、活性炭濾池、臭氧發(fā)生間、超濾膜車間等建筑物。

2 初步設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

2.1 創(chuàng)建實(shí)景模型

采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，獲取水廠廠區(qū)現(xiàn)狀地形地貌數(shù)據(jù)，創(chuàng)建廠區(qū)現(xiàn)狀實(shí)景模型，以便于水廠場(chǎng)地規(guī)劃，同時(shí)可將現(xiàn)狀數(shù)據(jù)歸檔。為水廠項(xiàng)目后續(xù)設(shè)計(jì)提供可視化數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)景模型中開展水廠BIM 設(shè)計(jì)。將BIM 模型與現(xiàn)狀實(shí)景模型整合查看，可快速進(jìn)行方案比選，分析方案布局可行性，利用真實(shí)模型，可提高方案溝通評(píng)審效率。

新建水廠整體規(guī)劃面積約為0.30 km2。根據(jù)現(xiàn)狀實(shí)景建立水廠生產(chǎn)流程模型。首先需要進(jìn)行場(chǎng)區(qū)區(qū)域規(guī)劃，初步確定項(xiàng)目的航拍內(nèi)容，并結(jié)合相應(yīng)的衛(wèi)圖明確航拍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和重點(diǎn)控制區(qū)域，然后使用無(wú)人機(jī)完成航拍作業(yè)，通過相關(guān)軟件規(guī)劃項(xiàng)目的航線、飛行高度、鏡頭傾角等相關(guān)參數(shù)。在獲取現(xiàn)場(chǎng)照片并篩選之后，使用軟件完成模型的分析計(jì)算，最后輸出項(xiàng)目所需的各種成果。

2.2 實(shí)景測(cè)量

應(yīng)用前期獲取的場(chǎng)區(qū)實(shí)景模型的成果，使用專用軟件來(lái)瀏覽、測(cè)量模型。在CGCS2000坐標(biāo)系下，可以準(zhǔn)確地測(cè)量長(zhǎng)度、坐標(biāo)、面積、體積等信息。在實(shí)景模型基礎(chǔ)上，項(xiàng)目相關(guān)人員可以更加深入了解項(xiàng)目現(xiàn)狀，指導(dǎo)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)。

通過坐標(biāo)測(cè)量，能夠快速、便捷獲取項(xiàng)目關(guān)鍵建筑物或設(shè)計(jì)起點(diǎn)的控制高程。

2.3 空間分析

與傳統(tǒng)的二維DWG 地形圖相比，采用實(shí)景建模可以直觀分析水廠場(chǎng)區(qū)及周邊的環(huán)境情況，獲取更加豐富的信息，設(shè)計(jì)場(chǎng)景與周邊環(huán)境可融為一體。三維實(shí)景模型的建立，有助于空間分析，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

2.4 方案設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的DWG地圖無(wú)法完全表明現(xiàn)狀地物和地形情況以及其他設(shè)計(jì)必要的信息。通過建立三維實(shí)景模型，能夠直觀了解真實(shí)場(chǎng)景、準(zhǔn)確位置，為水廠方案設(shè)計(jì)提供更好的服務(wù)。與傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)相比，三維方案設(shè)計(jì)更加直觀，有助于各方之間的交流溝通，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率有極大的幫助。

2.5 場(chǎng)地設(shè)計(jì)

利用三維實(shí)景模型，可以創(chuàng)建DTM數(shù)字地形，基于DTM數(shù)字地形進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)，利用軟件統(tǒng)計(jì)功能獲取準(zhǔn)確的土方工程量。在三維實(shí)景模型上疊加填挖方模型、場(chǎng)地設(shè)計(jì)模型，可以進(jìn)行土石方分析和計(jì)算，速度快、準(zhǔn)確率高。從而精確化實(shí)現(xiàn)土方平衡計(jì)算，有助于成本管控。

2.6 地質(zhì)建模

根據(jù)地勘單位提供的地質(zhì)勘察資料，可以建立廠區(qū)范圍內(nèi)三維地質(zhì)模型，該模型包括地質(zhì)分層和土層地質(zhì)信息，為水廠后續(xù)工作的開展提供地質(zhì)空間基礎(chǔ)資料。通過建立地質(zhì)模型可直接查明出構(gòu)筑物基礎(chǔ)與土層的空間關(guān)系。

2.7 創(chuàng)建可行性研究階段BIM模型

為了充分發(fā)揮BIM可視方面的優(yōu)勢(shì)，可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），為建設(shè)單位展示不同方案，從而提高項(xiàng)目比選及決策的效率。利用三維可視化方式可以實(shí)現(xiàn)高效溝通，提高決策的科學(xué)性。

圖1 構(gòu)筑物整合模型圖

2.8 創(chuàng)建渲染漫游動(dòng)畫

目前，BIM 技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)出渲染的功能，基于輕量化后的BIM模型，可利用一鍵導(dǎo)出渲染的功能實(shí)現(xiàn)快速制作動(dòng)畫，輔助初設(shè)匯報(bào)，便于建設(shè)單位直觀了解項(xiàng)目建成效果，提高設(shè)計(jì)方案匯報(bào)效率和效果。同時(shí)還可與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)交互式體驗(yàn)。

2.9 生成工程量清單

工程量清單統(tǒng)計(jì)計(jì)算是工程概算過程中的重要工作內(nèi)容。在初步設(shè)計(jì)階段，已將水廠的管件、管道及其附件附加相關(guān)屬性。利用BIM模型，可以直接生成工程量明細(xì)清單，后續(xù)BIM的更改也可同步更新，大大提高了工作效率。

3 施工圖設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

3.1 施工圖BIM模型創(chuàng)建

施工圖設(shè)計(jì)階段的BIM 模型是對(duì)初步設(shè)計(jì)模型的進(jìn)一步細(xì)化。施工圖階段需要?jiǎng)?chuàng)建全專業(yè)BIM模型，保證預(yù)留預(yù)埋件和設(shè)備設(shè)施定位準(zhǔn)確，各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)精細(xì)化建模，導(dǎo)出重要節(jié)點(diǎn)三維圖紙。制定《某水廠BIM模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，添加模型構(gòu)件的相關(guān)信息，使模型能夠持續(xù)向后續(xù)階段傳遞應(yīng)用。

3.2 碰撞檢查及管線優(yōu)化

傳統(tǒng)二維圖紙空間表達(dá)難度較大，導(dǎo)致圖紙中可能存在諸多碰撞盲區(qū)。在傳統(tǒng)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，各專業(yè)分工作業(yè)，將各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙匯總后，主要依靠人工檢查和協(xié)調(diào)問題，工作難度大、效率低。利用BIM技術(shù)可開展專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間的設(shè)計(jì)聯(lián)合審查工作，制定合理的項(xiàng)目碰撞規(guī)則，即可通過軟件的空間沖突檢查功能快速、準(zhǔn)確查找構(gòu)件間的空間沖突可疑點(diǎn)，快速進(jìn)行工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、電氣等各專業(yè)的碰撞檢查、分析模擬。同時(shí)，可對(duì)所有的碰撞點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)示和截圖分析，最終形成碰撞檢查報(bào)告，提出優(yōu)化解決方案。利用BIM模型碰撞檢查不僅可以徹底消除硬碰撞和軟碰撞，同時(shí)還可優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少在項(xiàng)目施工階段可能出現(xiàn)的返工，降低成本，節(jié)約投資。

圖2 碰撞檢查分析圖

3.3 預(yù)留預(yù)埋定位

基于BIM模型，可以全面核查圖紙中遺漏的洞口，在完成水廠工程管線設(shè)計(jì)后可快速進(jìn)行洞口位置調(diào)整和定位，出具洞口報(bào)表，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，減少后期開鑿及返工。

3.4 工程量及造價(jià)管理

工程造價(jià)工作需要耗費(fèi)大量的人力去理解設(shè)計(jì)、讀圖識(shí)圖、算量建模。采用BIM技術(shù)輔助工程計(jì)算與造價(jià)控制，可加快工程量計(jì)算的速度。通過BIM模型自動(dòng)生成的工程量明細(xì)表真實(shí)性高，減少人工統(tǒng)計(jì)造成的遺漏及誤差。同時(shí)BIM模型與工程量明細(xì)表聯(lián)動(dòng)，無(wú)需人工核實(shí)修改工程量，大大提高造價(jià)工作效率。

在施工圖階段的BIM 模型的基礎(chǔ)上，按照工程量計(jì)算要求，對(duì)模型進(jìn)行扣減。根據(jù)項(xiàng)目分部分項(xiàng)進(jìn)行清單編碼，工程量根據(jù)模型構(gòu)件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，保障了數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。BIM 模型能夠快速統(tǒng)計(jì)和查詢各專業(yè)工程量，交付工程量清單，該清單可作為標(biāo)底編制、工程進(jìn)度款支付的參考依據(jù)。同時(shí)利用BIM技術(shù)可將工程量清單匹配項(xiàng)目造價(jià)定額庫(kù)，將造價(jià)信息和模型相結(jié)合，最終能實(shí)現(xiàn)模型變化與工程量變化的同步，使得項(xiàng)目成本控制快速、高效、準(zhǔn)確。

3.5 多媒體文件制作

BIM 模型軟件具有強(qiáng)大的建模、渲染和動(dòng)畫輸出能力，可直觀、形象表達(dá)建筑，使非專業(yè)人員對(duì)水廠項(xiàng)目的各種功能性表達(dá)達(dá)到更為明確和高效的認(rèn)識(shí)。效果圖及動(dòng)畫的制作是BIM 技術(shù)的一項(xiàng)附加功能，其成本較低，能夠利用BIM 軟件提供的三維模型，將復(fù)雜的建筑物轉(zhuǎn)化為多媒體文件，提供直觀感受，也能為施工提供參考。

3.6 VR交互模擬

隨著VR技術(shù)的快速發(fā)展，提高了BIM技術(shù)的交互體驗(yàn)，除一般的三維模型展示和視頻展示之外，采用BIM+VR模式進(jìn)行交互模擬，可為水廠工程建設(shè)相關(guān)方提供更加真實(shí)的虛擬場(chǎng)景體驗(yàn)。水廠項(xiàng)目將BIM 模型導(dǎo)入VR 軟件，使得模型以VR 方式顯示和瀏覽，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。同時(shí)，在VR 環(huán)境里可以完整保存BIM模型的各種屬性信息，在保證到良好的可視化效果的同時(shí)又可保留完整的BIM信息。

4 結(jié)論

在初設(shè)階段可實(shí)現(xiàn)實(shí)景建模及測(cè)量、空間分析、地質(zhì)建模等功能，在施工圖階段可實(shí)現(xiàn)碰撞檢查、VR交互等功能。采用BIM技術(shù)可以在施工前全面分析設(shè)計(jì)問題，同時(shí)可預(yù)防施工中可能發(fā)生的不利情況，減少返工，節(jié)約工程造價(jià)，在水廠設(shè)計(jì)中采用BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。