基于BIM的包头市昆都仑河景观河道液压坝结构优化设计研究

王雪岩，李国宁，范 岳，梁一飞，王文强，薛 洁，左舒扬

（水利水电工程BIM单项应用奖二等奖，获奖单位为内蒙古自治区水利水电勘测设计院）

液压坝效果图

昆都仑河治理工程

项目概况

内蒙古自治区包头市城市水生态提升综合利用项目是包头市推进水务发展“十三五”规划实施，建设“四纵四横、四湖四库、三水网”河湖水系，推动河湖联通、水系循环、景观建设、文化旅游等的重点工程，昆都仑河治理工程是其中的一项重要工程。该工程治理河道长约16.6km，宽度约200m，包含河道疏浚、生态护岸、市政管线、景观绿化、堤防填筑、防汛道路、蓄水大坝等众多单项工程，工程部分总投资约7.3亿元。其中，昆河南桥下1.3km设置一条由32扇液压活动闸门组成的液压坝，单扇闸门净宽6.25m，闸前挡水高度3.5m。

基于BIM技术的结构优化设计

在包头市昆都仑河景观河道液压坝的结构设计中，采用Inventor软件进行水工结构和金属结构三维参数化建模，将液压坝的水工结构如闸底板、边墙、挡土墙等通过衍生特征命令进行关联设计，将金属结构总装配闸门与闸底板进行iLogic规则设置，实现参数化联动。采用Revit软件进行机电设备和附属建筑物进行三维建模。将建好的模型导入Vault平台，进行设计信息管理和整体装配。对装配好的液压坝进行仿真运动和效果渲染。对水工结构和金属结构模型进行有限元分析，使其符合设计强度和稳定要求。最终根据模型导出图纸和工程量，满足施工要求。

创新亮点

①基于BIM技术对液压活动坝进行结构优化设计，可以发现传统二维设计方式无法发现的问题，如碰撞、拆装、变形等；通过调整闸门部件结构结合有限元分析，解决了工程中出现的止水漏水、零部件不匹配的难题。

②以金属结构专业为主，与水工等其他专业进行参数化关联。通过调整河道宽度、挡水高度等参数，对液压坝进行联动设计。闸底板预留电缆孔、边墙预留液压管路孔、预留防冰冻管孔等与房建专业配合零误差，提高施工质量及精度。

③对三维模型进行三维配筋，解决了液压坝闸底板开槽数量多、布置紧密的情况下钢筋配置困难的问题，且水工专业在出版钢筋施工图的过程中可以有效避免误差。

应用效益

本项目基于BIM技术进行多专业协同三维设计，有效解决了工程中存在的难点问题，优化了结构设计。运用BIM技术对液压坝整体结构进行优化设计和联动设计，大幅减少方案优化带来的图纸二次修改和校审时间，设计效率显著提升。凭借BIM技术的参数化建模成图、结构碰撞检测等特性，避免了因“错、漏、碰、缺”等问题造成的停工、返工，使结构设计可靠，布置合理，设计质量有效提升。