陳小云

(湖北水總工程勘察設計有限公司，湖北 武漢 430000)

1 工程概況

沙河水庫位于湖北省棗陽市東北部，水庫在漢水流域唐白河水系沙河干流，壩址位于棗陽市鹿頭鎮(zhèn)王莊村，距棗陽市城區(qū)26km，距鹿頭鎮(zhèn)2.1km。沙河水庫集雨面積125km2，水庫總庫容7050萬m3，興利庫容5070萬m3，死庫容80萬m3。沙河水庫樞紐工程于1958年10月動工，1959年5月建成蓄水，是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水等綜合效益的中型水庫。

沙河水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。本次除險加固采用的洪水標準為：洪水設計標準50年一遇(P=2%)，洪水校核標準1000年一遇(P=0.1%)，消能防沖按30年一遇洪水設計；水庫下游防洪標準為10年一遇。水庫正常蓄水位169.69m(黃海高程，下同)，設計洪水位170.37m，校核洪水位171.56m，死水位156.39m。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管、石梯水庫灌溉暗涵(石梯水庫灌渠穿沙河水庫大壩輸水涵管)及導流涵管等建筑物組成。

2 水庫加固內(nèi)容

2.1 主壩

壩體及壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻；壩頂混凝土路面拆除重建，防浪墻破損處局部維修，壩頂下游側新建電纜溝及路燈；大壩上游混凝土護坡局部拆除重建；下游壩坡局部整平，并回填過壩明渠；清除下游壩腳反濾鋪壓，增設貼坡排水體；拆除重建下游壩坡縱、橫排水溝，新建下游壩腳排水溝；對大壩壩坡、左右壩肩及溢洪道進行白蟻防治。

2.2 溢洪道

新建進水渠岸坡護砌，拆除重建控制段交通橋護欄，改建海漫段，疏挖尾水渠172m，并對其岸坡進行護砌，拆除重建“沙石黃”北總干渠穿溢洪道海漫段倒虹吸。

2.3 取水建筑物

拆除輸水涵管進口段，新建豎井式取水口，并設檢修閘門及工作閘門；輸水涵管管身段采用鋼管內(nèi)襯；涵管出口豎井拆除，消力池采用防水砂漿處理；輸水涵管進口左右閘墩內(nèi)埋設生態(tài)流量泄放管。

2.4 南干渠連通工程渡槽

新建渡槽自輸水涵管出口引水至南干渠，渡槽設計流量2.38m3/s，采用U形斷面，渡槽下部采用排架基礎，渡槽進出口設明渠連接段。

2.5 涵管

對導流涵管進行封堵；拆除進口排架及啟閉機室，新建進口豎井及啟閉機室，增設工作橋。

2.6 左岸庫岸綜合治理

左岸上壩道路加高至173.39m，新建混凝土路面，灌溉明渠局部改建箱涵，局部漿砌石擋墻護岸拆除重建。

2.7 金屬結構和啟閉設備更新改造

溢洪道弧形閘門進行防腐處理，輸水涵管進口新建工作閘門、檢修閘門及啟閉設備，穿溢洪道倒虹吸進口增設攔污柵，石梯水庫灌溉暗涵進口更換兩扇工作閘門。

2.8 其他除險加固項目

改造防汛道路，更新改造電氣及信息化設備，完善水雨情及安全監(jiān)測設施，維修改造管理用房，局部拆除重建界墻。

3 主要問題

水利水電工程中，水庫除險加固工程與常規(guī)的水庫大壩新建工程的方案設計存在明顯的不同，因此，相關的BIM應用流程及方案存在一定的差異。

a.沙河水庫前期資料均為早期平面設計圖紙，在進行除險加固工程相關方案設計之前，主體工程數(shù)據(jù)及資料均須在水庫運行現(xiàn)狀及險情勘測的基礎上，進行大量的數(shù)字化和矢量化工作。

b.水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管、石梯水庫灌溉暗涵(石梯水庫灌渠穿沙河水庫大壩輸水涵管)及導流涵管等建筑物組成。采用BIM技術進行沙河水庫除險加固工程方案設計，需要對原有工程地質信息、地下及地上建筑物進行全方位的數(shù)據(jù)準備和模型重建工作。

c.沙河水庫除險加固工程中涉及的多處加固工程、拆除工程、新建工程均須在原有基礎上進行BIM設計與建模，與原有工程存在交叉和疊加的問題。

4 BIM技術應用

沙河水庫除險加固工程以Civil3D、Revit、Inventor 等為BIM基礎設計與建模工具，以Navisworks為模型觀測與碰撞檢查工具，以Infraworks為總方案可視化和信息化集成平臺[1]。

4.1 沙河水庫現(xiàn)狀BIM模型重建

首先，依托現(xiàn)場地形勘測數(shù)據(jù)，采用Civil3D建立三維地形模型，并導入Infraworks中疊加高清衛(wèi)星正向攝影圖；其次，在原始設計數(shù)據(jù)的基礎上，應用Inventor、Revit快速建立均質土壩、溢洪道、輸水管涵等現(xiàn)有建筑模型，并集成到Infraworks場景模型中，從而形成工程范圍區(qū)域的實景化原始面貌及建筑物的三維BIM場景模型(見圖1)。

圖1 沙河水庫現(xiàn)狀BIM模型集成

4.2 沙河水庫險情分布BIM模型

在沙河水庫現(xiàn)狀BIM模型基礎上，通過三維可視化且?guī)畔⒌娜S坐標關注點及區(qū)域覆蓋范圍等方式，將詳細沙河水庫現(xiàn)狀險情勘察信息，附著在原始工程建筑物一一對應的精確的坐標范圍內(nèi)，從而為除險加固方案設計提供整體宏觀的BIM信息及模型數(shù)據(jù)支持(見圖2～圖4)。

圖2 沙河水庫左岸險情分布

圖3 沙河水庫右岸及溢洪道險情分布

圖4 沙河水庫大壩及其附屬建筑險情分布

4.3 沙河水庫加固工程

a.大壩防滲灌漿工程。沙河水庫大壩防滲方案根據(jù)不同壩段特征采用不同的防滲方案，本項目采用Inventor進行大壩灌漿方案BIM設計，其中主要針對4種典型斷面進行了相應的防滲灌漿方案設計(見圖5～圖8)。

b.溢洪道加固工程。溢洪道加固工程主要方案為：對進水渠段采用C20混凝土進行護砌，控制段交通橋護欄重建，溢洪道防汛管理用房拆除重建，海漫段兩岸擋土墻拆除重建，尾水渠進行疏挖河護砌。主要采用Inventor進行方案設計，并集成到Infraworks整體場景模型中進行方案比選與展示(見圖9、圖10)。

圖5 大壩0-460典型斷面高壓擺噴灌漿防滲方案

圖6 大壩0-700典型斷面高壓旋噴+擺噴及帷幕灌漿防滲方案

圖7 大壩0-1085典型斷面高壓旋噴+擺噴及帷幕灌漿防滲方案

圖8 大壩0-1800典型斷面高壓擺噴灌漿防滲方案

圖9 溢洪道加固工程方案設計

圖10 溢洪道加固工程方案集成

c.大壩附屬工程拆除重建及庫內(nèi)道路連通。大壩附屬工程拆除重建內(nèi)容為：壩坡縱橫向排水溝、壩腳排水溝、壩頂公路等，庫內(nèi)道路連通主要將大壩下游右岸道路連通至左岸上壩道路(見圖11～圖13)。

圖11 壩坡縱橫向排水溝、壩腳排水溝拆除重建工程

圖12 壩頂路面拆除重建工程

圖13 庫內(nèi)道路連通工程

d.左岸綜合治理工程。左岸綜合治理工程主要包括管理用房改造、職工生活用房拆除重建、防汛倉庫拆除重建、石梯暗涵加固改造、上壩道路加高，以及施工期相關施工場地及設施布置等。主要采用Civil3D、Revit進行設計與建模(見圖14)。

圖14 左岸綜合治理工程

4.4 沙河水庫新建工程

a.新建南干渠輸水管涵工程。新建南干渠輸水管涵工程主要內(nèi)容為：拆除輸水管進口斜拉閘，新建排架式進水口，并對管身碳化處理、止水修復等。主要采用Revit進行方案設計，并集成到Infraworks整體場景模型中進行方案比選與展示(見圖15、圖16)。

圖15 新建南干渠輸水管涵工程方案設計

圖16 新建南干渠輸水管涵工程方案集成

b.新建渡槽工程。新建渡槽長約735m，其中上游明渠段長45m，渡槽段長636m，下游明渠段長54m，渡槽方案主要采用Revit進行設計(見圖17、圖18)。

圖17 新建渡槽工程方案設計

圖18 新建渡槽工程方案集成

5 結 語

隨著先進生產(chǎn)工具的發(fā)展和應用，BIM作為一種新型的生產(chǎn)組織方式，在勘察設計行業(yè)得到推廣和應用，為我們帶來了新的設計理念和方式[2]。

在水利水電工程中，BIM技術雖然在新建工程中的應用越來越普及和成熟，但在已建項目的除險加固和運行管護等工程中卻缺乏相關方案探索和應用。文章通過實踐研究[3]，在設計階段基于BIM技術實現(xiàn)了沙河水庫除險加固工程的深化設計應用與實踐。在進行沙河水庫除險加固工程的BIM技術應用實踐過程中，不僅進行了工程范圍場景模型和各建筑物的三維BIM的精細化設計，還將設計信息與設計文件進行了同步關聯(lián)，實現(xiàn)了整體設計方案的信息化與可視化的完美整合，可為工程全生命周期[4]提供基于BIM技術的集成信息服務，可為類似工程參考。