水利工程BIM应用探索与实践

陶丽佳，冷俊杰

（宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192）

1 问题的提出

BIM为Building Information Modeling的简称，是指建设工程的物理特征和功能特性等信息的数字化集成。BIM技术是指基于BIM的数字化承载和可视化表达等的成套技术。

BIM应用的价值贯穿于工程的全生命周期[1]。①规划阶段可以建立可视化的沟通平台[2]，提高论证的科学性及严谨性； ②设计阶段能够提高设计的表达能力[3]，促进粗犷式设计向精细化设计转变，降低沟通成本，辅助科学决策；③施工阶段实现项目成本的精细化管理和动态管理[4]，规避施工风险，提高施工效率，降低施工成本；④运行管理阶段降低运维成本[5]，提供应急管理和节能减排措施。

未来水利发展的目标是智慧水利，而智慧水利的核心是数据，可以预见BIM作为水利工程的数字化表达，将成为构建智慧水利的重要组成部分。

2 BIM技术的多阶段应用

2.1 前期咨询阶段

以长塘泵站工程为例，位于宁波市鄞州区中心区域，距离庆丰桥西侧约100 m处。工程在前期咨询过程中发现，现有长塘河右岸为轨道交通6号线红线范围，长塘河左岸布置有DN800自来水管，管道于距河道左岸约35 m位置。已建长塘闸正对现有长塘河主流，水闸两侧布置有空箱，水闸顺水流方向长度基本与上游河道等宽，对于泵站进水，需新开引渠与主泵房相连接。

工程周边环境复杂，涉及规划、国土、交通、城管、水利等多个部门，工程建设前期遇到2个问题：①各部门之间对于工程建设的理解相差较大，各自工程的空间关系不明确；②各部门无法了解工程建设对各自所管辖范围可能存在的影响。

工程布置方案选择，一方面影响工程的可行性及工程投资的估算，另一方面方案本身也需要获得各主管部门的认可。因此设计单位表达工程平面布置及对周边环境设施的影响，对于主管部门科学决策至关重要。

以往类似工程，一般采用彩色平面及二维地形布置来展现工程平面布置方案。该过程往往需要2次以上的协调会议、多部门的单独介绍，才能让各部门对工程建设有充分的理解，形成巨大的沟通成本。现行的二维概化模型既是便捷的计算及设计表达形式，也是设计人员的天然技术屏障，把非技术人员隔绝在外，其中就可能包括非行业内的行政领导及决策层。

本工程中BIM技术的应用，是在传统二维图纸表达设计成果的基础上，利用Infraworks软件构建环境模型，包括桥梁、房屋、道路、河道、堤防、市政管线等模型；利用Revit软件建立构筑物模型，包括新建泵站、现有水闸、上下游连接段、新建桥梁、上部厂房等构筑物模型（见图1）。

利用Infraworks将环境模型与构筑物模型整合后，形成工程前期的数字沙盘模型，以可视化的形式呈现水利工程、规划文件、建设地块信息、地形数据、管网信息、地貌信息等。基于本工程的数字沙盘模型，各方获取各自所需的信息，了解工程建设的影响范围，选择符合各方要求的平面布置方案，效果见图1。

图1 B I M三维平面表达图

由此可见，BIM技术的应用在本工程前期咨询阶段，节约工程前期的沟通成本，提高决策质量，体现了其可视化的优势，多专业的融入也是其协同化工作理念的呈现。

2.2 方案设计阶段

目前展示设计方案的方式有2种，一种为CAD图纸，一种为效果图。传统的CAD图纸信息量富集程度低，易受限于图面及设计人员水平，表达一个简单的三维体，至少需要3张图、3个视角，改动的工作量也十分巨大，而且非技术人员往往无法准确理解。效果图基本是由效果图公司制作，易受限于效果图制作人员的技术水平、专业理解及角度，往往无法与真实景象匹配，基本无法展示细节。引入BIM技术采用模型虚拟漫游手段既可保留CAD图纸的精确性，还能拥有如效果图般直观的展示效果。

以象山县下沈港闸改建工程可行性研究阶段为例，工程涉及水工、建筑、结构、电气、自动化、金属结构、景观等7大专业，应用Revit软件构建模型。在Revit中通过共享项目基点，完成全专业模型的整合及拼接。

通过Lumion导出类插件，将整合完成后的模型导出为.dae文件，利用Lumion快速渲染软件读取.dae文件，设置合理的场景光线信息后，获得基本接近于真实场景的虚拟漫游环境，漫游效果见图2。根据设计的日常巡查路线录制过程漫游视频，即为最真实的可视化设计方案。

图2 水闸室外漫游截图

基于可视化的设计方案及业主运维管理习惯，定制运管设备布置方案、预设房间分隔布置，实现粗犷式设计向精细化设计转型，功能性设计向人性化设计转型。

运用于仿真漫游中的Revit构筑物模型，通过存储为.dae、.fbx等中间格式，能够快速导入Midas、ABAQUS等有限元分析软件，其模型修改过程较分析计算软件更为快捷，同时实现模型的多次重复应用，避免分析计算软件中的重复建模工作。

2.3 施工图设计阶段

以某闸站工程为例，由于建筑专业与结构专业沟通不到位，厂房内的联系主梁布置于管理房中控室落地窗外，横梁顶高高于中控室楼面1.6 m，横梁本身高度为800 cm，施工完成后，管理人员无法通过窗户观察厂房内的情况。现场发现问题后，利用Revit构建工程模型，比较多种改造方案，确保改造方案满足中控室净空要求和必要的观察功能，改造后效果见图3。

图3 改造后中控室漫游图

目前省内施工图审查主要侧重于资质的符合性、施工图与初设成果的一致性、设计成果安全性、规范性。专业之间的协调性、净空是否满足功能需求并不作为必要的检查项目。在施工图阶段应用BIM技术的碰撞功能，可有效解决这些问题。由Revit构建各专业施工图阶段的模型，在Navisworks软件中对各专业模型进行碰撞分析，以此调整各专业结构布置，避免专业碰撞发生在施工阶段，从而减少设计变更；通过漫游结合实时测量，对建筑物进行净空检查，确保各房间设备布置后满足净空高度要求。

此外，基于Revit模型，通过剖切工具及出图模块剖切工程的任意部位，标注后即可实现施工图阶段的剖面图的绘制。由三维模型可以渲染获取轴测图，制图质量较手绘或CAD制图更高；模型与图纸为一体，模型修改图纸相应自动调整；复杂结构部位可减少绘制时间，可快速获取任意截面，BIM施工图效果见图4。

2.4 施工阶段

目前的传统施工进度安排方法大多为“工序+日期”、简易横道图等，其准确性低、可控性差。运用BIM技术进行施工进度模拟，将二维施工进度计划与BIM模型进行整合，形成4D进度模拟，便于项目管理人员清晰了解整个工程进度安排，发现每个环节的重点、难点，制定并完善进度计划，合理安排人力、材料、机械。施工图阶段构建的BIM模型具有结构体的完整几何信息，软件可通过布尔运算获取结构体的体积、表面积等几何信息，通过设置可编辑参数，标记结构的分部分项信息，几何信息与分部分项信息组合挂接，由材质提取明细表，自动生成工程量表。基于导出的工程量表单，可以通过Excel中的VBA二次开发插件，计算工程所需的人、材、机，关联施工进度与工程量，指导施工单位合理安排。

图4 某闸站泵房剖面B I M出图

同时，也可以利用BIM对施工方案进行模拟。以漾山路江闸站改造工程为例，该工程是将单向排涝泵站改为灌溉排涝双向泵站，利用BIM构建工程现有结构的模型，体现工程需要改造的结构部位，利用BIM软件自带的阶段化模拟期，整合改造过程中的各阶段的模型，附加建造过程、施工工序、施工工艺等信息，利用视频编辑软件，进行施工过程的可视化模拟。因此，施工方案的BIM模拟，相较于传统的施工进度安排方法，成果直观、设计思想明确清晰，易于沟通表达，阶段化模型渲染见图5。

图5 施工方案阶段化模拟图

另外，还可利用BIM技术更好地实现文明标准化工地布置。利用文明标准化工地标准构建族，构建不同阶段的施工场地模型，在工地正式建设布置前预演场地布置，合理优化施工进场道路、材料堆放布置、施工机械布置，安全措施设置等。相较于传统的CAD布置，利用场地布置与现场地形更为贴近，空间关系更加直观。

3 结 语

BIM技术作为新兴的工程数字化技术，根据工程各阶段的侧重点不同，其应用重点也不同。前期咨询阶段，可利用BIM技术的可视化和协调性，辅助业主进行科学决策；设计阶段，利用BIM模型的可优化性、模拟性，促进粗犷式设计向精细化设计转变，二维设计向三维正向设计转变；施工阶段，可利用BIM模型的参数性、模拟性，控制施工期成本，合理安排施工工序。实际应用过程中发现BIM软件与传统设计软件有较大的差别，存在着较大的学习成本，但其价值也十分明显，值得在水利工程建设中运用推广。