江西省某水电站BIM技术应用研究

王海鹏

(江西省水利水电建设有限公司，江西 南昌 330025)

党的十八大提出“促进工业化、信息化、城镇化、农村现代化同步发展”，随着建筑技术、信息传递技术的提高，BIM技术成为建筑界探索的新技术，在房建、道排、水务、城市轨道、路桥等多个领域都有应用，同时贯穿着设计、施工、管理。研究BIM技术在工程上的应用，有利于BIM技术的推广应用。

关于BIM技术的应用，各个行业的专家展开广泛研究。纪颖波、周晓茗、王亚新[1,5]借助信息技术采纳相关理论，得到最终的BIM技术采纳模型；徐世杰[2]从BIM技术的应用、管理及实现等方面阐述验证其可以实现多方面的数据信息共享；周建亮、吴跃星、杨智书[3-4]指出BIM技术与传统CAD深化设计技术的区别，同时提出BIM的3D建筑信息模型对施工阶段的动态模拟。BIM技术可以实现计划与工程专业的动态链接，通过三维动画形象直观地表现进度计划以及各个施工阶段，使施工方和管理方更加直观、便利地跟进项目的发展进度，为最优方案的得出提供理论依据。

文章以江西省某水电站为例，根据工程信息建立一个三维建筑信息模型，分别从BIM技术设计基础、设计方法、设计成果展示三方面展开论述。

1 工程概况

某水电站位于江西省赣州市境内，是章江干流梯级开发的最后一个梯级电站。水电站为提高章江通航能力，促进赣州城市经济的可持续发展做出了巨大贡献。水电站主要以发电为主，同时还涉及航运、灌溉、供水等综合利用，安装有8台30MW型号为GZ(LTS)-WP-750灯泡贯流式水轮机组，电站总装机容量260MW，多年平均发电量为91768万KW·h。水电站全长为964m，坝顶最高为32m，该水电站流域面积为73825km2，水电站正常蓄水位为28.9m，最大库容为26400万m3，最低水位为24.6m，最小库容为21800万m3。

工程建筑物主要由挡水土坝、拦河闸坝、泄水闸、河床式发电水房、船闸、鱼道及连接坝等组成。该工程级别为二等大型工程，按照建筑物等级可以分为三个等级，其中泄水闸为1级，以混凝土为材料的连接坝、河坝、发电水房以及船闸为2级，其余辅助性、导航等其他建筑物级别为3级。水电站工程的建造需要考虑其防洪、防震能力。A水电站位于地震的烈度区，所以必须采取一定的防震措施，防洪设计的初步标准为200a，校核调整后防洪标准较之前增加了150a。工程施工期共4年。

2 三维建筑模型

2.1 设计基础

通过调查研究，选择在三维设计、工程中广泛应用的欧特克(Autodesk)三维设计系列软件作为研究平台。该设计平台具备三维设计所需的制图、建筑设计、数化建模、可视化及仿真所需的各种软件，以及参与三维设计的所需专业。

图1 三维设计流程

该设计平台所采用的三维系列软件主要有Civil3D、Revit、Inventor、Navisworks、Autodesk InfraWorks，涉及三维设计的专业有：测绘、地质实体、水工、金结、施工、建筑；最后根据软件实现工程规划和成果的可视化，利用ItasCAD进行建模、出图及审核。

2.2 设计方法

采用二维与三维协同进行的设计方法，二维设计组主要对坝线进行对比分析，三维设计组在二维设计组的基础上进行设计。

三维设计项目组在项目试点、计算工程量、工程结构的分析等方面需重点审核分析，主要实现在数化建模、信息共享、出图审核以及可视化方面扩大其应用范围。数据管理三维设计平台主要元素有Civil3D：测绘、地质实体、水工设计；Revit：金结、施工、建筑；Inventor：水工、机电；Navisworks：水工、金结、施工；Autodesk InfraWorks：施工、建筑设计。具体三维设计流程如图1所示。

3 成果展示

3.1 坝区地质实体

按照比例为1∶2500的精度对在工程中心区选取的18km2区域进行测绘。为了提升精度的准确性需要适当增加测量点，同时需对A水电站周围水域、航道等重新进行检测，如此绘出的地形曲面模拟图与实际才更贴切，为土石方量的计算奠定一个良好的基础。在坝区地质实体测绘中需要对地质建立模型、整理数据以及形成曲面模拟图，选取制图软件Civil3D中的两个插件Geotechnical和GOCAD。对于曲面模拟图分为剖面图和纹理图，Civil3D中的插件对于处理纹理图方面还存在一些不足，所以选取ItasCAD作为补充，形成更完整的测绘体系。

3.2 水工设计

水工建筑物设计首先需选软件进行建模，三维设计平台中的建模软件有Revit和Inventor。Revit便于参数化、数据易于导出及在二维出图方面也较Inventor方便，所以一些较为简单的模型可以在Revit软件中设计。Inventor主要适用于特征模型，数据主要在特征中表现，所以其主要适用于一些可以在特征中修改参数以及结构较为复杂的模型，应用Inventor建模可以有效地减少数据的丢失。结合水工设计的特征，采用Inventor为主要设计软件，Revit为辅。

水工、金结、建筑、施工模型通过图2方法建立起联系。

图2 三维协同流程

建立水工模型还需将RVT文件对齐到所需要位置，其他模型建立也可以采用相似方法。最后将建立的水工模型导入Navisworks进行验证，结果表明Revit模型结构较为稳定，Inventor模型部分缺少了一些几何特性，Inventor模型在建立过程中完成，其可以导入Navisworks存为FBX格式，为可视化出图做好提前准备。通过Inventor模型绘出的水工图存在一些缺陷，有图文符号缺失、各种线型重叠不清的现象，针对这些缺陷可通过二维出图，以二维符号来解决。

3.3 机电金设计

水机专业和电气专业的特点是需提前做好规划，根据建筑物结构特征和管线要求绘制其布置图以及机电原理图再进行生产，因此需要提前进行检验降低不符合标准的布置图，降低碰撞几率。根据水机专业和电气专业的特征采用建模软件，水机专业设计主要包括发电机、起重机及通风口，这些都易于参数化，所以水机建模采用Revit；电气专业设计主要有线路设备和变电设备，采用Revit和inventor软件相结合进行建模。

水机电气设计中主要对机电和管线设备进行设计规划并绘制其原理图，通过三维设计平台Inventor建模将其与建筑、水工、施工等联系起来。图3为机电布置图。

图3 机电布置

金结专业采用Inventor软件建模，其主要包括泄水闸以及各种金属门栏(工作门、检修门、闸门)。对于闸门主要采用参数建模，并结合静态数据中物料清单(Bill of Material)，提高建模的效率。图4为泄水闸与弧形闸门布置效果。

图4 泄水闸工作门布置

3.4 施工设计

在此次施工中主要采用CivIl3D软件进行设计，施工重点在于明渠开挖、对围岩的灌注以及施工过程的动态模拟。根据混凝土衬砌或灌注建立模型，可以实时反映建筑曲面的各级施工状态，形成三维曲面图计算施工材料的用量，同时该模型可以自动反映整个施工过程中曲面图以及各种标志变化的具体情况，可以快速、高效地保持设计与创建同步的可视化效果。在施工设计中可以根据需要采取一对多的设计方法。

3.5 建筑设计

建筑设计主要针对大型厂房(包括水上部位)以及启闭室等建筑物，不包括水电站外观的设计。厂房的建筑风格采用现代化高层建筑玻璃幕墙，墙体采用双层玻璃，增加了采光效果，同时玻璃幕墙从不同的角度折射出不同的色调增加了美观。厂房屋顶设计采用轻型框架材料，满足了大跨度的需求，同时可以大大地减小工作量。

4 创新和体会

BIM技术在产品优化、减小工作量及实现设计的可视化效果等方面发挥着推进作用，由于BIM技术在水利水电行业还处在试用初期，对其应用实践相对困难，不过对于BIM技术的研究相对普遍，该工程在总结以往经验的基础上，组成专业的协作团队。运用GIS技术模拟一个虚拟的施工环境，并对一些重要参数设计族库，如闸门、混凝土衬砌以及管线设备等。目前工程已经建立了基本的RVT文件，基本上实现了一个模型的完成出图以及具体的三维结构模型分析。

按照最初拟定的计划，通过A水电站BIM技术应用实践熟悉了三维设计流程以及具体的运算方法，将其试用于C水电站的渡槽、泄水闸的三维设计模型的建立，同时建立施工、建筑以及机电金初步模型。将A水电站BIM技术应用理论运用到C水电站的初步模型建立上对建立模型、整理数据以及形成曲面模拟图等方面相对于传统建模技术有明显的优势，增强了施工效率，降低了工作量以及明显提升了可视化效果。

数化建模软件Inventor在出图时出现图文符号缺失、各种线型重叠不清，针对缺陷采用二维出图后又有标记符号以及材质层表达不清晰的问题，采用草图符号进行重新标记，即将图形与非图形标记相结合的表达方式。

5 结论

通过江西省A水电站三维建筑模型的建立，基于整体分析建立一个相互协同的关系。在BIM技术的应用实践中熟悉了各种三维设计软件的使用方法以及各项功能；采用二维、三维相结合的设计方法完成专业设计，基本实现了地质实体、水工、机电金、施工、建筑间模型的协同以及信息的共享化；针对出图审核过程的一些缺陷提出整改措施，大大提升了出图的有效性以及可视化效果。进行了4D施工进度模拟，为施工项目给出一个完整的施工方案，对所需设备及施工条件进行初步的模拟，为优化施工方案以及建立建筑模型提供一定的理论依据。