基于BIM技术的水利工程协同设计

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原 030024）

0 引言

现代工程设计的理念越来越先进，结构形式多样，后期的运行管理也日趋智能，从工程的设计阶段、施工阶段，再到后期的运维阶段，传统的建设理念和建设方法都面临更大的挑战。BIM技术的出现为工程建设带来了信息化、工业化、智能化等优势[1]。水利工程通常结构形式复杂，异形构件多、受力分析要求高等因素，运用二维设计方法不能全方位概括到，因此，运用BIM技术可以完成工程中特殊的异形构件建模，让其各专业在一个平台上沟通，减少交叉作业的错误率。但是BIM技术在水利工程上的应用和研究还处于起步阶段，远不及建筑专业。水利工程因其结构复杂和功能的特殊性决定了对BIM技术的应用需求和建筑领域大不一样。本文从实际工程出发，结合BIM平台下各软件的特点和优势，对BIM技术应用于水利工程的可行性及优势做了一点研究。

1 工程概况

主体工程为某地一座重建的倒虹吸，流量仍按原规模192 m3/s设计；设计水头损失按不超过原设计考虑。经孔数、埋深等多方案比较后，初步确定重建倒虹吸采用三孔一联5.0 m×5.0 m压力箱涵结构，管身采用深、浅槽方案布置，主槽部位冲刷深4.3 m，管顶埋深4.8 m，滩地部位冲深2.1 m，管顶埋深2.6 m。重建后总长802 m、其中管身段长600 m。建筑物由进口护砌段、进口渐变段、进口闸室段、管身段、出口闸室段、出口渐变段、出口护砌段七部分组成。

2 模型建立

采用Revit进行水工建筑物的建模，再结合Civil3D对实际地形进行处理，建立开挖地形曲面模型，最后通过Dynamo对大量重复构件自动编码命名，作为数字化运维的基础信息。

2.1 数字化地形模型

根据工程测量得到的CAD地形图，提取等高线、高程点、横断面等地形信息后，利用Autodesk平台下的Civil3D软件生成三维地形图，局部陡坎可通过添加特征线的方式对三维地形图修正。实测CAD地形图及Civil生成三维地形图见图1、图2。

图1 某工程实测CAD地形图

图2 Civil3D软件生成三维地形图

根据CAD图中初定的建筑物轴线、高程、结构尺寸编辑合适的路线装配，对地形曲面进行挖填方处理，生成基础开挖的三维曲面见图3，进而与原地面黏贴，生成开挖后的三维地形曲面，见图4。

图3 基础开挖三维曲面

图4 开挖后三维地形曲面

2.2 Civil3D与Revit交互

Civil3D与Revit都属于AUTODESK公司的软件，二者之间的数据传递比较精准、方便。Revit中可导入DWG、DXF、DGN等格式的三维等高数据线创建地形表面，并且会自动分析已导入的三维等高线数据，生成一系列沿等高线布置的控制点。DWG格式的地形图插入到Revit项目中，在创建地形之前，将地形图倒虹吸控制点移动到项目基点并进行锁定，方便以后模型拼接[1]。

2.3 族的创建

将箱涵模型拆分为多个构件，根据功能及材质的区别，每个构件由一个或多个族构成。族是组成建筑物模型这个有机整体的细胞，将关联参数化驱动，方便以后调整构件的尺寸。由于篇幅有限，本文列出几个比较有代表性的族进行介绍。

2.3.1 压力箱涵结构

压力箱涵为20 m一段，共30段，全长600 m。箱涵族采用常规模型，添加相应的尺寸参数、材质参数方便后期调整修改。压力箱涵标准段族及相关参数如图5所示。

图5 压力箱涵标准段族文件参数化建模

2.3.2 地下连续墙围封

地下连续墙顶高程随倒虹吸底高程起伏，底高程根据地质报告也有所变化，本文采用自适应族对进行地下连续墙构建，在建好的面上通过划分网格，添加自定义的自适应混凝土搅拌桩族组成地下连续墙，见图 6、图 7。

图6 通过自适应族建立的混凝土桩族

图7 通过嵌套族建立的地下连续墙族

2.4 工程整体模型的创建

按照项目给定的基点坐标，将建好的族按顺序依次组合，形成倒虹吸的整体结构模型，如图8所示。整个倒虹吸按照Revit定位系统组装拼接好，将地形模型通过链接方式将地形模型和倒虹吸模型相整合，如图9所示。倒虹吸整体模型与三维地形模型可以单独编辑，各自独立保存，以便于实现BIM技术的协同合作设计。

图8 倒虹吸模型

图9 倒虹吸整体模型

2.5 工程编码管理

由于管理平台要求每个构件的编码必须唯一，对于大量重复性的构件，添加名称和编码是一项非常费时费力的事情，例如本工程中的桩基础，以及进出口渐变段的墙后反滤包等。本文采用Revit自带的Dynamo编制自动添加构件名称和编码的程序，通过选定要添加的族类型，在相应位置填好要添加模型对应的构件名称及编码前缀，即可完成编码和命名，如图10所示。

图10 Dynamo自动编码程序

3 结论

本文所介绍仍然存在一些不足之处，所构建的模型也有不完善的地方，但通过结合使用Civil3D、Revit和Dynamo，本文所述有效地构建一整套三维信息化模型，基本实现了项目的可视化、参数化、信息化。进一步增强设计的合理性，提高施工的正确性，以及为实现后期数字化管理运行维护提供了构件的基础信息。