發(fā)布時間：2022-04-29所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：水務(wù)工程具有涉及專業(yè)多、專業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊界條件多變等特點，BIM 應(yīng)用較少，需要研究適合水務(wù)工程 BIM 設(shè)計的方法;選取大空港截流河項目為例，對水務(wù)工程中 BIM 設(shè)計的技術(shù)路線進(jìn)行了探索;歸納出水務(wù)工程 BIM 設(shè)計的主要應(yīng)用方法及應(yīng)用價值點，可為后續(xù)
摘 要：水務(wù)工程具有涉及專業(yè)多、專業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊界條件多變等特點，BIM 應(yīng)用較少，需要研究適合水務(wù)工程 BIM 設(shè)計的方法;選取大空港截流河項目為例，對水務(wù)工程中 BIM 設(shè)計的技術(shù)路線進(jìn)行了探索;歸納出水務(wù)工程 BIM 設(shè)計的主要應(yīng)用方法及應(yīng)用價值點，可為后續(xù)水務(wù)工程項目的提供借鑒。
關(guān)鍵詞：BIM;水務(wù)工程;全生命周期
建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)是指創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設(shè)工程項目的設(shè)計、建造和運(yùn)營全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化的過程、方法及技術(shù)[1]。 自BIM技術(shù)產(chǎn)生以來，相關(guān)研究和應(yīng)用也越來越廣泛[2]。 目前，在建筑工程及水利工程領(lǐng)域，BIM技術(shù)已獲得大量應(yīng)用并取得相當(dāng)效益。 何關(guān)培[3]對BIM和BIM相關(guān)軟件進(jìn)行了闡述和比較;張建平等[4]提出了建筑工程施工BIM應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)并和4D技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合;李建成等[5]對BIM在全生命周期的應(yīng)用做了概述;趙繼偉[6]對水利工程信息模 型理論及應(yīng)用進(jìn)行了研究;劉輝[7]對水利工程BIM數(shù)據(jù)管理及BIM生態(tài)進(jìn)行了探討;蘭立偉等[8]將BIM技術(shù)應(yīng)用在了水利工程地形設(shè)計中;黃勇等[9]在德爾西水電站設(shè)計階段應(yīng)用了BIM技術(shù);孫少楠等[10]以水電站項目為例研究了BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用點。在BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面， 深圳市建筑工務(wù)署于 2015年5月份頒布全國首個 《政府公共工程BIM應(yīng)用實施綱要、BIM實施管理標(biāo)準(zhǔn)》。 在水利行業(yè)中，中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會也于2017年12月發(fā)布了 《水利水電BIM標(biāo)準(zhǔn)體系》。
但河道治理等水務(wù)工程， 區(qū)別于建筑工程和傳統(tǒng)水利工程，通常是重點解決城市水問題的系統(tǒng)工程，帶來了水務(wù)工程涉及專業(yè)多、專業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊 界條件多變 的 特 點。 故 現(xiàn) 階 段 水 務(wù) 工 程 的 BIM應(yīng)用較少，以少數(shù)專業(yè)或單個節(jié)點翻模為主，但這種方式常會增加項目設(shè)計工作量，且難以達(dá)到圖模一致的要求， 限制了BIM在水務(wù)工程全生命周期的應(yīng)用。 因此，需要研究適合水務(wù)工程的BIM設(shè)計方法。 本文將以大空港截流河水環(huán)境綜合治理工程等項目為例， 介紹并探討B(tài)IM技術(shù)在水務(wù)工程設(shè)計中的應(yīng)用情況。
1 BIM設(shè)計技術(shù)路線
1.1 BIM設(shè)計準(zhǔn)備
BIM設(shè)計是指采用BIM技術(shù)，并根據(jù)建設(shè)工程的要求，在項目設(shè)計前期進(jìn)行介入，以前期基本設(shè)計資料為依據(jù)，編制出包含BIM模型及應(yīng)用內(nèi)容的建設(shè)工程設(shè)計文件的活動。 BIM設(shè)計過程與傳統(tǒng)二維設(shè)計過程類似，但需要編制與BIM設(shè)計手段相適應(yīng)的工作流程。
在河道治理等水務(wù)工程的BIM設(shè)計中，針對涉及專業(yè)多、 專業(yè)交叉復(fù)雜、 地形及邊界條件多變的特點，首先把河道各工程系統(tǒng)進(jìn)行歸并劃分，按照地形地質(zhì)模型、河道模型、水工建筑物模型的分類進(jìn)行設(shè)計建模，最后進(jìn)行各專業(yè)設(shè)計模型的校審及匯總。
1.2 BIM設(shè)計流程
大空港截流河項目位于深圳市寶安區(qū)空港新城片區(qū)，新建截流河長6.37km，南聯(lián)通渠1.19km，拓寬加深北連通渠1.19km，新建截污箱涵5.12km，排污鋼管2.18km;主要構(gòu)筑物包括5座節(jié)制閘、8座截污閘、1 座排澇泵站、2座污水提升泵站; 治澇標(biāo)準(zhǔn)、 防洪標(biāo)準(zhǔn)、防潮標(biāo)準(zhǔn)分別達(dá)到50，100，200年一遇。 在大空港截流河項目中，BIM設(shè)計采用如下工作流程。
(1)通過衛(wèi)星地圖或航拍數(shù)據(jù)，創(chuàng)建初步地形模型;再依據(jù)地勘測量獲取數(shù)據(jù)資料，創(chuàng)建地形地質(zhì)模型。
(2)根據(jù)地形地質(zhì)模型進(jìn)行設(shè)計定位、方案比選，確定河道的平縱定位。
(3)各專業(yè)根據(jù)河道定位進(jìn)行子項的BIM設(shè)計，并形成河道模型和水工建筑物模型。(4)將河道模型及水工建筑物模型進(jìn)行匯總形成總體模型。
(5)設(shè)計成果(包括圖紙、模型、計算分析結(jié)果)經(jīng)校審后修改完善，形成完整的BIM設(shè)計成果。
2 BIM設(shè)計應(yīng)用方法
2.1 創(chuàng)建地形、地質(zhì)模型
地形、地質(zhì)建模利用測量、勘察的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照Civil3D建模軟件的要求進(jìn)行有關(guān)前處理后， 形成三維地形曲面及地質(zhì)模型。
通過Infraworks軟件可將衛(wèi)星影像等GIS數(shù)據(jù)與 BIM模型相結(jié)合，形成片區(qū)方案模型，同時對相關(guān)構(gòu)筑物進(jìn)行分析匯總，輔助確定項目方案。
2.2 河道建模
對于河道、 箱涵等帶狀分布的設(shè)計內(nèi)容， 采用 Civil3D進(jìn)行主要的設(shè)計工作， 輔以Revit進(jìn)行節(jié)點細(xì)化、支護(hù)建模。
河道治理中的巖土支護(hù)， 由于河道治理邊界及河岸邊界的不規(guī)則性， 分布非常不規(guī)則， 建模難度高。 對于此問題，利用Civil3D和Revit提供的接口，通過Visual Studio C#及Dynamo進(jìn)行二次開發(fā)， 解決了河道堤岸支護(hù)的快速建模問題。
2.3 水工建(構(gòu))筑物建模
水閘、泵站、截流井、配電房等建(構(gòu))筑物，采用 Revit軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、巖土、建筑、電氣、給排水專業(yè)的設(shè)計及建模，應(yīng)用Inventor軟件 進(jìn)行金結(jié)、水 機(jī)專業(yè)的建模及設(shè)計。 模型間可直接通過Revit鏈接的方式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的錯漏碰缺問題。
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模型分區(qū)、 命 名及精度規(guī) 則參考LOD300的要求。 對于相對簡單的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，直接做成參數(shù)化的模型和族類，方便項目內(nèi)的相互應(yīng)用，并作為后期實施的資源庫。
2.4 模型匯總
截流河項目采用Navisworks軟件對各BIM正向設(shè)計成果進(jìn)行匯總，由于項目子項多，內(nèi)容銜接復(fù)雜，故需嚴(yán)格按照預(yù)定的命名規(guī)則及統(tǒng)一的建模單位及坐標(biāo)實施，對模型進(jìn)行合理的分級和分區(qū)。 匯總后模型如圖1。
3 BIM設(shè)計應(yīng)用價值
BIM設(shè)計應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在設(shè)計制圖、設(shè)計計算、碰撞檢查、漫游模擬4個方面。
3.1 基于BIM的設(shè)計制圖
設(shè)計制圖的聯(lián)動性是BIM設(shè)計的一大優(yōu)勢。 傳統(tǒng)繪圖 方式平縱橫 間 并 無 實 際 的 相 關(guān) 關(guān) 系， 采 用 BIM設(shè)計方法后，通過調(diào)整模型即可調(diào)整相關(guān)圖紙，提高了效率和準(zhǔn)確率。 本項目的河道出圖主要采用 Civil3D，水工建筑物采用Revit，金結(jié)采用Inventor，各專業(yè)間由于采用BIM技術(shù)， 實現(xiàn)了更加直觀的提資和對接。 截流河項目施工圖3個月即全部完成，總出圖量約4000張， 相比傳統(tǒng)方式減少了40%的出圖時間。
3.2 基于BIM設(shè)計
3.2.1 BIM結(jié)構(gòu)計算
通過BIM模型提供的信息可極大地減少設(shè)計計算中手動計算的工作量，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算中，泵站模型1001個構(gòu)件的總重量數(shù)據(jù)僅需5min操作時間即可自動統(tǒng)計獲得。 實踐表明，BIM模型的結(jié)構(gòu)計算與以往計算相比具有準(zhǔn)確、快速的特點。
3.2.2 工程量計算
采用BIM設(shè)計可根據(jù)自身需要從模型中提取任意信息并生成帶有工程量的明細(xì)表，并可通過BIM模型直接導(dǎo)出， 工程量表與模型聯(lián)動。 尤其對復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如流道，可通過明細(xì)表直接求出實際工程量，實現(xiàn)工程量的所見即所得。
3.3 碰撞檢查應(yīng)用
在 各 專 業(yè) 采 用BIM設(shè)計 模 型 的 基 礎(chǔ) 上， 運(yùn) 用 Revit和Navisworks運(yùn)行碰撞檢查， 找出各個專業(yè)之間及專業(yè)內(nèi)部之間設(shè)計上發(fā)生沖突的構(gòu)件，并在協(xié)同設(shè)計過程中修改解決。 在截流河項目中，主要解決了與片區(qū)綜合管廊的碰撞問題、項目內(nèi)部水暖電結(jié)構(gòu)等專業(yè)內(nèi)容的碰撞沖突問題，切實減少了工程變更。
3.4 漫游模擬應(yīng)用
將BIM模型通過建模軟件導(dǎo)出指定格式文件，導(dǎo)入Infraworks及Lumion進(jìn)行處理，創(chuàng)建虛擬環(huán)境，即可生成符合要求的漫游模擬視頻。 利用建好的建筑信息模型，與虛擬現(xiàn)實(VR)等技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，帶來對 BIM模型交互式、沉浸式的體驗，使項目的各參與方在未建成前也能夠有身臨其境的感受。
4 結(jié)語
實例研究證明，水務(wù)工程采用BIM設(shè)計可實現(xiàn)以下幾點突破：
(1)通過BIM技術(shù)設(shè)計可以保證圖紙與模型一致、工程量與圖紙的一致， 避免人為錯漏碰缺;BIM模型三維可視化的可讀性和互動性可提高協(xié)作效率。
(2)采用面向?qū)ο蟮腂IM設(shè)計方式，改變傳統(tǒng)的面向過程的設(shè)計方式，特別是與圖紙、工程量的關(guān)聯(lián)性和快速的自動統(tǒng)計功能，大幅提高設(shè)計效率，并通過碰撞檢查等方法，減少后期設(shè)計變更。
(3)與VR等技術(shù)結(jié)合，給項目各 參與方帶來 了設(shè)計成果交互式、沉浸式的良好體驗。——論文作者：周濟(jì)華 1 ，吳鈺川 2
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