BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中應(yīng)用

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摘要:bim是一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)，是一個(gè)共享的知識(shí)資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。本文簡(jiǎn)單介紹了BIM及BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用及其展望。

關(guān)鍵詞:BIM碰撞檢測(cè);協(xié)同施工

0引言

在眾多的大型工程項(xiàng)目中，水利水電工程是較為為復(fù)雜與困難的一類，作為一個(gè)需要極高安全性的項(xiàng)目，我們需要不斷、反復(fù)地對(duì)整體工程進(jìn)行考核與檢測(cè)，這才能最終建成一個(gè)可靠的工程項(xiàng)目。水利水電工程具有地形條件復(fù)雜、設(shè)計(jì)選型獨(dú)特、涉及專業(yè)廣等特點(diǎn)，存在圖紙信息繁冗、工程樞紐布置復(fù)雜、土方量計(jì)算不精確等問題。通過BIM技術(shù)的介入，可完整實(shí)現(xiàn)工程仿真信息的數(shù)字化孿生，多專業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)的碰撞檢測(cè)，及完成工程的樞紐布置、土方量計(jì)算，多專業(yè)協(xié)同施工等任務(wù)。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用從而為水利水電工程的數(shù)字化多角度協(xié)同設(shè)計(jì)施工提供了更為科學(xué)的數(shù)據(jù)反饋，為工程驗(yàn)算提供了一個(gè)準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

1BIM概述

BIM的全拼是BuildingInformationModeling，即：建筑信息模型。BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個(gè)完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項(xiàng)目生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個(gè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。

2BIM在水利水電工程施工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

水利水電工程施工總布置設(shè)計(jì)過程中任務(wù)繁雜，專業(yè)跨度廣泛，需要多方面協(xié)同調(diào)度。借助BIM可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖的特性實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。根據(jù)BIM三維模型自動(dòng)生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動(dòng)更新；設(shè)計(jì)過程中所創(chuàng)建的對(duì)象存在著內(nèi)建的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)某個(gè)對(duì)象發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的對(duì)象隨之變化。實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間的信息共享。各專業(yè)CAD系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息，不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯(cuò)誤。以BIM技術(shù)為溝通載體，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對(duì)象被修改，其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對(duì)象會(huì)隨之更新。借助BIM設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)和智能設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞檢測(cè)、能耗分析、成本預(yù)測(cè)等。BIM技術(shù)具備強(qiáng)大地形處理功能，可幫助實(shí)現(xiàn)工程三維樞紐方案布置以及立體施工規(guī)劃，結(jié)合AIM快速直觀的建模和分析功能，則可輕松、快速幫助布設(shè)施工場(chǎng)地規(guī)劃，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖，并進(jìn)行多方案比選。通過樞紐布置建模，對(duì)樞紐布置、廠房機(jī)電等需由水工、機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)等專業(yè)按照相關(guān)規(guī)定建立基本模型與施工總布置進(jìn)行聯(lián)合布置。在基礎(chǔ)開挖設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，建立三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，在壩基開挖中建立開挖設(shè)計(jì)曲面，可幫助生成準(zhǔn)確施工圖和工程量。面向土建結(jié)構(gòu)水工專業(yè)進(jìn)行大壩及廠房三維體型建模，實(shí)現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計(jì)，協(xié)同施工組織實(shí)現(xiàn)總體方案布置。面向機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)在土建BIM模型的基礎(chǔ)上，利用MEP和Architecture同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì)，在三維施工總布置中則可以起到細(xì)化應(yīng)用的目的。面向施工導(dǎo)流方面，對(duì)導(dǎo)流建筑物如圍堰、導(dǎo)流隧洞及閘閥設(shè)施等及相關(guān)布置由導(dǎo)截流專業(yè)按照規(guī)定進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)景中的多源三維數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化布置設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與信息管理。在BIM設(shè)計(jì)軟件對(duì)道路、邊坡等設(shè)計(jì)功能的支撐下，通過裝配模型可快速動(dòng)態(tài)生成道路挖填曲面，可準(zhǔn)確計(jì)算道路工程量，進(jìn)行概念化直觀表達(dá)。以數(shù)字地面模型為參照，可快速實(shí)現(xiàn)渣場(chǎng)、料場(chǎng)三維設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確計(jì)算工程量，實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)及智能信息管理。建立場(chǎng)地模型和工廠三維模型，參數(shù)化定義造型復(fù)雜施工機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的施工設(shè)施部署。施工營(yíng)地布置主要包含營(yíng)地場(chǎng)地模型和營(yíng)地建筑模型，其中營(yíng)地建筑模型可通過AutoCAD進(jìn)行二維規(guī)劃，然后導(dǎo)入BIM設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維信息化和可視化建模，可快速實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)等的布置，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖。施工總布置設(shè)計(jì)集成是總體設(shè)計(jì)過程中最為繁瑣的階段，通過BIM信息化建模將設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行同步關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)模型的碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動(dòng)畫輸出。通過BIM技術(shù)將信息化與可視化進(jìn)行完美整合，不僅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且大大減少的不同專業(yè)之間協(xié)同和交流的成本。在進(jìn)行施工總布置三維一體信息化設(shè)計(jì)中，通過BIM模型的信息化集成，可實(shí)現(xiàn)工程整體模型的全面信息化和可視化，通過漫游功能可從壩體到整個(gè)施工區(qū)，快速全面了解項(xiàng)目建設(shè)的整體和細(xì)部面貌，并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文件。

3BIM技術(shù)在水利水電工程造價(jià)中的應(yīng)用

水利水電工程牽扯面廣，投資大，專業(yè)性強(qiáng)，建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，尤其是水庫(kù)、水電站、泵站、地下管廊工程，水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備多、管線密集，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，無法直觀的從圖紙上展示設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，造成各專業(yè)之間打架碰撞，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更、工程量漏記或重計(jì)、投資浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn)。采用基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)為有效的解決上述問題提供了機(jī)遇。通過基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件，建立設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)人員的協(xié)同工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以在不改變?cè)瓉碓O(shè)計(jì)習(xí)慣的情況下，通過二維方法繪圖，自動(dòng)生成三維建筑模型，并為下游各專業(yè)提供含有BIM信息的布置條件圖，增加專業(yè)溝通，實(shí)現(xiàn)了工程信息的緊密連接。由于水利水電工程造價(jià)具有大額性、個(gè)別性、動(dòng)態(tài)性、層次性、兼容性的特點(diǎn)，BIM技術(shù)在水利建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)管理信息化方面有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)：一是大大提高了造價(jià)工作的效率和準(zhǔn)確性，通過BIM技術(shù)建立三維模型自動(dòng)識(shí)別各類構(gòu)件，快速抽調(diào)計(jì)算工程量，及時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)變化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效避免漏項(xiàng)和錯(cuò)算，提高清單計(jì)價(jià)工作的準(zhǔn)確性；二是利用BIM技術(shù)的模型碰撞檢查工具優(yōu)化方案、消除工藝管線沖突，造價(jià)工程師可以與設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作，從造價(jià)控制的角度對(duì)工藝和方案進(jìn)行比選優(yōu)化，可有效控制設(shè)計(jì)變更，降低工程投資。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，使工程造價(jià)管理與信息技術(shù)高度融合，必將引發(fā)工程造價(jià)的一次革命性變革。目前，國(guó)內(nèi)部分水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)單位已引進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，并利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)，在提高水利工程造價(jià)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性方面進(jìn)行了有益探索，值得借鑒。

4BIM技術(shù)在水利水電工程中的優(yōu)勢(shì)

4.1設(shè)計(jì)方優(yōu)勢(shì)

當(dāng)下水利水電設(shè)計(jì)行業(yè)最終交付的設(shè)計(jì)成果大多為2D圖紙。因此，生產(chǎn)流程的組織與管理均圍繞著2D圖紙的形成來進(jìn)行。而BIM技術(shù)具備的3D設(shè)計(jì)能力能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征，相對(duì)于2D繪圖，3D設(shè)計(jì)不存在幾何表達(dá)障礙．對(duì)任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。盡管3D是BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過進(jìn)一步將非幾何信息集成到3D構(gòu)件中，如材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計(jì)屬性、價(jià)格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體，3D模型升級(jí)為BIM模型。BIM模型可以通過圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動(dòng)獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統(tǒng)計(jì)表等，還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析、客流物流分析等諸多方面。依托BIM軟件進(jìn)行三維建模,可以準(zhǔn)確生成壩工程各部分剖面圖,減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中繪制剖面圖的工作量,提高了設(shè)計(jì)工作效率。同時(shí)，BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)時(shí),由于工作人員疏忽,容易導(dǎo)致錯(cuò)誤。BIM建模之后,所有視圖、剖面以及三維圖具備聯(lián)動(dòng)功能,一處更改之后,其他自動(dòng)更新,方便設(shè)計(jì)修改。其次，BIM技術(shù)能輕松面對(duì)多專業(yè)協(xié)調(diào)。水利水電工程設(shè)計(jì)中各專業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM上,錯(cuò)誤碰撞、交叉千擾的問題顯而易見。最后，BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)對(duì)工程設(shè)計(jì)人員空間想象力的要求很高,標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。應(yīng)用BIM,可以有效避免一些由于工程設(shè)計(jì)人員空間想象不正確而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

4.2施工方優(yōu)勢(shì)

借助BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多維施工分析。通過BM系列軟件建模,進(jìn)行三維施工工況演示,與施工進(jìn)度結(jié)合進(jìn)行四維模擬建設(shè),通過與概預(yù)算結(jié)合進(jìn)行五維成本核算分析。對(duì)于讀圖的施工人員,通過三維BIM,將大大提高讀圖效率和準(zhǔn)確度。BIM可有效支撐施工管理過程,針對(duì)技術(shù)探討和簡(jiǎn)單協(xié)同進(jìn)行可視化操作,自動(dòng)計(jì)算工程量,有效減少工藝沖突。

4.3運(yùn)營(yíng)方優(yōu)勢(shì)

BIM可有效地集成設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)的信息,減少傳統(tǒng)的施工竣工圖整理的冗雜過程和避免竣工資料歸檔的人為錯(cuò)誤,提高效率,優(yōu)化管理。實(shí)現(xiàn)以BIM模型為中心載體將多源運(yùn)營(yíng)信息集成起來。通過BIM,對(duì)資產(chǎn)及空間進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效的管理,可視化進(jìn)程與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,節(jié)省人力、物力。建筑運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的病險(xiǎn)加固和改造,可以直接通過BIM分析處理,減少工作量。

5結(jié)束語(yǔ)

水利工程地形地質(zhì)條件復(fù)雜、水工結(jié)構(gòu)多樣，而BIM具有可視化、多專業(yè)協(xié)同、高仿真模擬、方便工程優(yōu)化等特點(diǎn)。BIM是基于全生命周期管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，在工程建設(shè)管理領(lǐng)域具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合目前水利工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用BIM的現(xiàn)狀，未來通過政府政策層面的標(biāo)準(zhǔn)化先行、項(xiàng)目參與方層面的協(xié)同共享、軟件開發(fā)企業(yè)的技術(shù)公關(guān)、項(xiàng)目參與企業(yè)的軟件二次開發(fā)嵌入、BIM從業(yè)人員的深入培訓(xùn)等多種有效手段，充分發(fā)揮BIM在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值之后，水利工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化建設(shè)必將邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

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作者:徐駿 單位:南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司