中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 陳冰清 劉博文

隨著新時(shí)期我國科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，水利水電工程也處在一個(gè)飛速發(fā)展的階段，BIM技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用也是十分重要的一部分。依托界牌樞紐船閘改建工程，我司在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期就開展了BIM應(yīng)用點(diǎn)的研究工作，本文就本項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中的三維協(xié)同平臺(tái)搭建、BIM建模、BIM模型的應(yīng)用等進(jìn)行了具體介紹。

BIM（Building Information Modeling）即“建筑信息模型”，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬反映建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，可以顯著減少設(shè)計(jì)、施工、管理人員的工作量并提升協(xié)同工作效率，便于后期數(shù)字化管理，在諸多發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際[1]。

目前，我國BIM技術(shù)在建筑行業(yè)推廣發(fā)展十分迅速，而水利水電行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)起步較晚，且水利水電工程具有參與方多、涉及專業(yè)多、工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)工期長(zhǎng)等特點(diǎn)，推廣較為緩慢，而為實(shí)現(xiàn)水利水電工程全生命周期的高效化、精細(xì)化設(shè)計(jì)管理的要求，又對(duì)BIM技術(shù)的全面深入應(yīng)用提出了更為迫切的需求[2]。

我司也在多個(gè)水利水電工程中，開展了基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)，其中在界牌樞紐船閘改建工程BIM技術(shù)的應(yīng)用就是典型代表。

1 工程概況

界牌航電樞紐位于江西省鷹潭市信江干流，距鷹潭市約12.5公里，距離下游八字嘴航電樞紐工程約51公里，為信江航運(yùn)工程的第一個(gè)梯級(jí)，是一座以航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電等綜合利用功能的航電樞紐工程。界牌航電樞紐主體已于1997年建成，現(xiàn)有船閘布置在樞紐右岸，由于不能達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行條件，需要對(duì)界牌船閘進(jìn)行改造。改建工程內(nèi)容包括在原址重建Ⅲ級(jí)船閘一座、增設(shè)電站一座、增設(shè)魚道一座。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 三維協(xié)同平臺(tái)搭建

協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)由Bentley ProjectWise（PW）和Micro-Station組成，ProjectWise采用C/S（客戶端/服務(wù)器）架構(gòu)，主要用于工程信息管理，如資料收集、成品存放等，設(shè)計(jì)人員通過公司內(nèi)網(wǎng)登錄服務(wù)器進(jìn)行三維設(shè)計(jì)；經(jīng)授權(quán)的工地技術(shù)人員、業(yè)主、監(jiān)理、施工等參與方，通過短信驗(yàn)證、SSL VPN技術(shù)相結(jié)合的方式，連接公司內(nèi)網(wǎng)后查看權(quán)限內(nèi)的資料，既保障數(shù)據(jù)安全，也為工程的全生命周期數(shù)字化管理奠定基礎(chǔ)。MicroStation是統(tǒng)一的工程信息創(chuàng)建平臺(tái)，可查看、編輯所有專業(yè)的設(shè)計(jì)成果，提供參考、連接、打開、導(dǎo)入導(dǎo)出等多種方式，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同軟件之間的數(shù)據(jù)共享。

2.2 BIM建模與模型組裝

基于設(shè)計(jì)公司協(xié)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和流程，首先各專業(yè)在PW上根據(jù)制定好的模板文件分別建立了測(cè)繪模型、地質(zhì)模型、港航模型、廠房模型、水機(jī)模型、電氣模型、金屬結(jié)構(gòu)模型、建筑結(jié)構(gòu)模型8個(gè)專業(yè)三維模型，在此基礎(chǔ)上以“參考連接”的方式進(jìn)行專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間模型總裝（如圖1所示）。

圖1 模型總裝Fig.1 Model assembly

2.3 BIM模型的應(yīng)用

2.3.1 碰撞檢查

使用Bentley Navigator進(jìn)行碰撞檢查及三維校審，快速排查設(shè)計(jì)異常點(diǎn)，對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行批注和處理，顯著減少了專業(yè)間、專業(yè)內(nèi)的錯(cuò)漏碰缺等問題，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

2.3.2 工程量統(tǒng)計(jì)

通過精確的三維模型，定義鋼筋量、混凝土量等工程量輸出類型，指定鋼筋率、混凝土密度等參數(shù)，就可直接統(tǒng)計(jì)工程量，將結(jié)果導(dǎo)出為Excel表格，極大地提升了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3.3 二維剖切圖及三維出圖

傳統(tǒng)的二維出圖，難以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)修改，遇方案調(diào)整可能要全部推倒重來。使用動(dòng)態(tài)切圖方式從三維模型中剖切二維圖紙，將在三維模型中創(chuàng)建保存的視圖，參考到二維圖紙模型中，根據(jù)我司的制圖標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出二維圖紙。當(dāng)三維模型被修改后，二維圖紙會(huì)同步修改、自動(dòng)更新，這是動(dòng)態(tài)切圖的精髓。

對(duì)于一些復(fù)雜對(duì)象之間的空間關(guān)系，傳統(tǒng)二維圖紙難以表達(dá)清楚，可以通過配以三維軸測(cè)圖（如圖2所示），二三維混合、結(jié)構(gòu)圖疊加效果圖等多種方式，幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員理解設(shè)計(jì)意圖，為后續(xù)施工的開展提供方便。

圖2 三維軸測(cè)圖Fig.2 Three-dimensional axonometric drawing

2.3.4 三維配筋出圖

對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用ReStation進(jìn)行三維配筋設(shè)計(jì)，抽取二維鋼筋圖并自動(dòng)標(biāo)注、生成鋼筋表、智能調(diào)整與更新等，減輕了設(shè)、校、審人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了設(shè)計(jì)周期，效率明顯提高。

2.3.5 三維效果

三維效果包括整體布置三維效果圖、漫游動(dòng)畫（如圖3所示）兩類成果，前者用于展示工程整體布置情況，后者是將模型導(dǎo)入LumenRT軟件，加入水流、植物等環(huán)境元素，補(bǔ)充汽車、船舶、人物、魚類等動(dòng)態(tài)元素，更加生動(dòng)地展現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。

圖3 船閘過船動(dòng)畫Fig.3 Animation of ship lock passing

3 創(chuàng)造性成果

3.1 三維協(xié)同設(shè)計(jì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

為實(shí)現(xiàn)后續(xù)三維協(xié)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，基于本項(xiàng)目的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提升制定了三本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）《三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)管理規(guī)定（V1.0）》，用于規(guī)范三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的目錄劃分、文件命名、權(quán)限管理，統(tǒng)一模型固化、碰撞檢查、圖紙剖切等設(shè)計(jì)行為，明確各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的職責(zé)。

（2）《三維數(shù)字化設(shè)計(jì)操作規(guī)程（V1.0）》，用于規(guī)范各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)流程，提高專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）《水利水電工程三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（V1.0）》，規(guī)定了水利水電工程信息模型建設(shè)的技術(shù)要求，包括信息模型的分類原則、建模范圍、深度等級(jí)要求、圖元屬性定義，以及三維設(shè)計(jì)特征信息和編碼等方面的內(nèi)容。

3.2 BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)軟件二次開發(fā)

當(dāng)前水利水電工程行業(yè)所采用的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)大多數(shù)僅能滿足設(shè)計(jì)過程中的基本需求，想要更好地利用及推廣三維設(shè)計(jì)技術(shù)，需要對(duì)功能進(jìn)行二次開發(fā)補(bǔ)充。我司基于BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)專業(yè)的設(shè)計(jì)工具，提升設(shè)計(jì)工具的接受度、提升生產(chǎn)工具應(yīng)用效率。旨在加快新技術(shù)與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的融合，賦能傳統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)。

目前，我司自主研發(fā)的軟件主要有：三維地形處理軟件、三維開挖輔助設(shè)計(jì)軟件、三維樞紐輔助設(shè)計(jì)軟件、三維模型信息輔助軟件（如圖4所示）。通過本案例及其他多個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用表明，二次開發(fā)軟件在三維設(shè)計(jì)中能夠顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升設(shè)計(jì)效率，得到設(shè)計(jì)人員及業(yè)主的廣泛認(rèn)可，對(duì)推動(dòng)三維正向設(shè)計(jì)的落地有積極意義[3]。

圖4 軟件著作權(quán)登記證書Fig.4 Software copyright registration certificate

3.3 開發(fā)施工監(jiān)管平臺(tái)

基于WebGL技術(shù)，開發(fā)了界牌樞紐船閘改建工程BIM施工監(jiān)管平臺(tái)（如圖5所示）。在平臺(tái)建設(shè)中，以先進(jìn)實(shí)用、安全可靠為建設(shè)原則，通過融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)可視化、BIM、3S、三維仿真等多種先進(jìn)技術(shù)，集基礎(chǔ)性、全局性的施工過程信息資源于一體，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工信息的集約化管理與檢索，實(shí)現(xiàn)基于BIM的項(xiàng)目施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、費(fèi)用、檔案全過程的可視化、集成化、協(xié)同化綜合管理和分析，從而全面提升界牌樞紐船閘改建工程建設(shè)品質(zhì)[4]。

圖5 平臺(tái)登錄界面展示Fig.5 Platform login interface display

平臺(tái)主要功能包括：BIM+GIS綜合展示、工程進(jìn)度管理、質(zhì)量和安全管理、工程投資管理、施工資料管理、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等多個(gè)模塊內(nèi)容。

4 應(yīng)用體會(huì)

（1）根據(jù)工程特點(diǎn)和參建各方的需求有針對(duì)性地研發(fā)軟件，可讓BIM技術(shù)應(yīng)用工作更加高效精準(zhǔn)的開展。（2）BIM技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)思維和精益求精的設(shè)計(jì)和管理態(tài)度，只有實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間數(shù)據(jù)的共享與互通，才能較大程度提升工作質(zhì)量和效率。（3）三維可視化的效果直觀形象，可為各階段各方參建人員的交流溝通帶來極大的方便。（4）BIM施工監(jiān)管平臺(tái)的應(yīng)用對(duì)保證工程質(zhì)量，提高現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)水平，把控工程進(jìn)度、降低項(xiàng)目成本起到了重要作用。

引用

[1]何清華,錢麗麗,段運(yùn)峰,等.BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)在及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012,26(2):12-16.

[2]樊少鵬,劉會(huì)波,熊澤斌,等.BIM協(xié)同設(shè)計(jì)在海外大型水電工程中的應(yīng)用及技術(shù)研究[J].人民珠江,2022,43(2):7-16+23.

[3]呂彬,傅志浩.基于Microstation平臺(tái)的水利水電工程三維開挖設(shè)計(jì)軟件開發(fā)與應(yīng)用[J].人民珠江,2021,42(11):16-23+52.

[4]楊楚驊,饒凡威,傅志浩,等.基于BIM的水利工程施工監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].人民珠江,2022,43(2):17-23.