BIM 技术在 St． John Falls 水电站工程中的应用

邓 卫 东

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

BIM 技术在 St． John Falls 水电站工程中的应用

邓 卫 东

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

St.John Falls水电站位于利比里亚St.John河上，电站的开发任务为发电。为适应国外项目设计周期短的要求，通过BIM设计管理模式的引入，达到工程便于顶目的管理，提高工作效率，并在设计过程中能直观了解工程的地层、岩性、构造、物理地质现象的分布及其规律，提交相应工程地质剖面，为设计方案的优化提供支撑。

BIM设计管理模式；工程地质三维设计系统；地质体模型编制；工作效率

1 BIM设计管理模式及引入

BIM(建筑信息模型——Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。

St.John Falls水电站位于利比里亚St.John河上，电站的开发任务为发电。水库正常蓄水位156 m，具有日调节性能，电站装机容量120 MW，为三等中型水电工程。任务要求在3个月内需提交勘察报告，其中近1个月时间为地质测绘、勘探及试验资料的收集。期间，地质专业须向下游专业(如水工专业、施工专业等)提供坝址比较、水工枢纽等大量工程地质剖面的需求，按照常规，在短时间内提供下游专业所需地质剖面图，并需大量工程地质人员进行图件的编制，对人力资源和工作效率的要求较高。

根据我公司的发展战略，即“将BIM打造成核心技术竞争力，提升我公司生产力水平”的目标下，针对我公司国外项目的发展、适应国外项目设计周期短的要求，刨除大量人力资源进行设计的传统管理模式，引入先进的BIM设计模式管理以达到对原始资料的统一管理和减少地质人员二维作图时间，并通过模型化的建立，达到工程地质剖面图件保质、保量、及时提供给下游专业使用。

对此，St.John Falls水电站可行性设计(地质部分)引入了BIM设计管理模式。

2 St.John Falls水电站BIM设计管理过程

我公司地质专业BIM设计管理模式为工程地质三维设计系统(Geo Smart)的开发和应用(见图1)，包括工程地质信息管理系统和工程地质三维解析系统，通过上述管理系统，可有效进行数据的管理和模型的设计。

图1 工程地质三维设计系统(Geo Smart)

(1)原始资料的整理。在野外现场，地质人员进行了地质点记录、坑(槽)探编录、钻孔原始鉴定记录、各种类型的照片等原始资料的整理(见表1)，并利用工程地质信息管理系统离线模式进行输入管理(见图2、3)，保证资料的完整性和查询的方便性。

表1 现场收集原始资料汇总

(2)利用工程地质信息管理系统，将管理文件，如合同、策划书、勘探、试验任务书、会议纪要等纳入系统中相应目录(见图4)。

图2 钻孔原始资料录入示例 图3 地质点原始资料录入示例

图4 管理目录文件输入示例 图5 根据录入的原始数据进行解析示例

(3)对数据文件的解析。根据工程地质信息管理系统录入资料，组织专家对原始地质资料(地层、构造、物理地质现象等)进行分析和归纳，形成“解析成果”(见图5)，为三维建模提供基础资料。

(4)模型的建立。对“解析成果”形成关联，结合地质人员对现场地质条件的总体认识，利用工程地质三维解析系统进行地质界面模型的编制，在编制过程中，通过三维简易二维图对编制界面进行修改，达到界面地质条件合理性(见图6)。

(5)模型的生成。完成三维地质界面后，即可直接利用“三维地质图”及时完成下游专业对地质剖面图件的需求(见图7)。

图6 模型的建立 图7 根据模型进行工程地质剖面图的生成

3 成果的利用及效果对比

本次工作中，BIM设计管理与传统工作方式的对比优势明显。

3.1 工程管理

通过BIM设计管理模式，共录入原始资料：钻探9孔，404条记录；槽探1个，坑探7个，照片188张，该项目综合描述2条，工程附件158个，勘探对象附件55份，根据勘探资料的深入，形成渐进式模型51个，最终模型部件7个。

对上述资料根据系统进行了分门别类，如工程信息类中，分为工程基本信息、工程人员信息、工程设计阶段信息、工程信息点坐标、工程方案信息、工程附件信息等，做到了有序可查。而传统工作方式中均靠工作人员进行分类，无统一模式，分类无章。

在系统中，设置有设、校、审专项，直接网上对输入原始资料、模型的编制进行质量把关，做到了责任明确。传统工作模式则需单独进行。

3.2 工程设计

工程项目信息项查阅，按传统工作方式需翻阅报告或咨询相关专业，以了解工程项目的特性，而现在通过工程地质信息管理系统，工作人员可直接、直观在系统中查阅。

原始资料录入后，在枢纽区工程地质条件的分析中，直接在系统中查阅地质点、钻孔、坑(槽)探等资料，并进行任意工程部位勘探、试验的查询和对比，极为方便。如根据传统工作方式需找出原始记录、照片等资料，由于资料多，查阅分析较为困难，导致工作时间的增加，效率降低。

本工程直接利用输入数据资料进行了模型建立，且在二维出图方面有了很大的提高：传统CAD二维剖面制图，需在平面图上进行数据读取，再进行二维剖面的编制，并需进行各剖面同一位置地形、岩层界线、风化、卸荷界线等地质界线的一致，完成1张地质剖面图至少需1天的时间，如要完成下游专业提出的剖面和时间要求，需2～3名地质人员同时进行编制。现在通过模型，仅需1名地质人员将剖面端点输入后，即可批量自动形成地质剖面。

传统CAD二维剖面制图由于每张二维图是相对孤立的，分析过程具有局限的，但从三维模型中编制的二维图，均为三维整体的一个表达，具统一性，编制更合理、更精细。

4 结 语

BIM数字化信息模型有助于原始资料的管理和保存，可完成自项目启动至项目结束的所有技术文件、管理文件的及时整理，形成管理、工作一体化，做到随查随到，防止资料因工程周期时间过长，导致部分原始资料的丢失。

将原始资料及设计理念进行地质体模型编制，有利于水工布置的选择，完成模型后，可进行地质剖面的任意选择，缩短设计时间，节省了人力资源，提高了工作效率。

地质模型的编制可更有效地适应国外项目前期工作中的短、平、快的设计周期，同时，可直观了解工程的地层、岩性、构造、物理地质现象的分布及其规律。

本次St.John Falls水电站引入BIM管理模式后， 从人力资源、工作效率、设计质量等方面的管理都有了很大的提高：工程共投入人力资源3人，完成野外资料收集后，在计划时间内，进行了数据录入、模型编制、报告编写及相关专业的配合。实现了在原工作模式条件下不可能完成的任务。因此，可断定，BIM设计理念将是今后工程设计和建设的趋势。

[1] 李明超,钟登华,王忠耀,刘杰.水利水电工程地质——水工三维协同设计系统研究[J].中国工程科学,2010,12(1):3-47.

[2] 王刚,李明超,周四宝.水利水电工程多源地质数据集成处理与分析[J].水利水电科技进展,2015,35(2):73-76.

[3] 王刚,杨静熙.复杂地质背景下的三维建模及应用分析[J].工程地质学报,2016.

2017-01-16

邓卫东(1967-)，男，四川成都人，硕士，教授级高级工程师，从事水利水电工程地质勘察设计工作。

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