BIM技术在巴布亚新几内亚埃德伍水电站的应用

许能

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南 长沙410014）

1 工程概述及背景

埃德伍水电站（英文名：EDEVU Hydropower Project）地理位置位于东经147°20′23.5″～147°20′25.3″，南纬9°11′23.6″～9°11′31.8″处，位于巴布亚新几内亚（以下简称巴新）首都莫尔兹比港（以下简称莫港）北部布朗河中游河段。坝址距莫港约42 km。该电站开发任务为以发电为主，建成后供电莫港。水库正常蓄水位为89.0 m，总库容6 920万m3，厂房正常尾水位35.84 m，引水道总长1 323.6 m；厂房布置2台立式混流式水轮发电机组，装机容量51 MW，多年平均发电量251.8 GW·h，年利用小时4 937 h。见图1。

电站由沥青混凝土心墙堆石坝，左岸开敞式溢洪道，左岸岸塔式进水口、引水隧洞、调压室、压力钢管、发电厂房和右岸导流洞等建筑物组成。见图2。

图1 大坝俯视图

图2 厂房及调压井

笔者于2016年受单位委派，前往巴新埃德伍水电站从事工程前期的建设管理工作，前后历时6个多月。当时国内工程建设领域正处于BIM的发展初期，因个人长期从事工程可视化技术的研究和学习，意识到BIM技术将在水工设计、水利建设管理、水利施工领域有广阔的应用前景。

2 BIM软件平台的选择

主要软件：使用Autodesk公司的AutoCAD（工程建模）、Civil3D（地形建模及工程总装）、Navisworks（工程漫游及辅助交底）、3ds MAX（工程效果细节展示及效果图制作）。

辅助软件：Google Earth及各种地理信息软件（提供坝区卫星图片资料及DEM地形数据）。

3 BIM的流程

利用建模软件（AutoCAD、Civil3D）进行工程建模和地形建模及总装，输出交换格式文件至下游各种可视化软件。整体思想就是“化整为零”。类似于大型客运飞机的生产，在各个“工厂”制作，再集中总装。

大多数人认为AutoCAD仅仅是平面绘图软件，其实该软件的3D建模能力也是非常高效的。笔者使用AutoCAD软件三维建模环境完成了堆石坝坝体堆石区和心墙、溢洪道、左岸进水口、厂房的全部建模工作。使用Civil3D完成了枢纽所在区域的地形建模，各种边坡开挖、放坡和坝区道路的建模工作。见图3～图8。

图3 DEM地形三角面叠加大坝主体

图4 大坝主体堆石体

图5 厂房进水口模型（背视图）

图6 厂区的全CAD模型

图7 厂房机组层分解视角图

图8 坝区公路及边坡开挖图

4 BIM的应用

4.1 初设设计修正和算量

1）碰撞检查。笔者在工程大规模施工前，就利用初步设计图纸进行了BIM建模并检查，发现了多处碰撞错误和尺寸不足问题，遂通知咨询公司联合体的设计部门，及时对施工图进行了修正，与之相较施工单位在施工中发现问题，再反馈，显著节约了时间，并消除了返工隐患。见图9。

图9 厂房冷水室楼梯高度不够（碰撞检查）

2）工程量复核。利用堆石坝的坝体建模成果精确地计算出了整个坝体的堆石工程量，与设计的结果进行了复核和校正。

利用图纸进行三维放坡建模，计算出设计开挖量，与施工单位测绘所得收方量成果进行复核，有效地控制了工程量。

厂房区全模型建模，对任何部位的混凝土浇筑量全部有精确的算量结果，可以利用这些数据合理组织材料采购。见图10。

图10 三维施工交底及导流洞入口开挖收方模型

4.2 施工方案可视化

笔者在巴新期间，正值导流洞施工的高峰期间，导流洞所处的工程水文地质条件复杂，软弱夹层、断层多，而施工人员中，既包括中方技术管理人员、熟练工人，又包括巴新外方的劳务工人，两国人员之间语言不通，交流不便，为了消除这种障碍，笔者利用BIM模型，很方便地将二维设计图纸转换为三维的施工交底视图，一目了然，因为图形语言就是最直观的语言，各个角度，没有死角的展示，进场前，向两国工人快速传达了施工意图和重点，形象地交代了施工工艺、技术难点和安全隐患，高效实用。

由于笔者对整个坝区进行了“全”BIM建模（数字沙盘），利用坝区的数字沙盘模型，可以辅助进行施工组织设计和施工部署。所有空间数据（距离、高程）均可以直接在数字沙盘提取，水工构筑物的重要定位点的空间数据亦可以在数字沙盘直接获得。缩短了外业时间，节约了成本，提高了精度。见图11。

图11 导流洞入口的三维数字模型和工法

4.3 友好沟通渠道和对外宣传

巴新埃德伍水电站是响应习近平总书记有关“一带一路”号召建设的工程，多次迎接当地政府官员、居民的考察和参观。埃德伍水电站BIM模型的衍生产品——高度写实的分部工程效果图和360度展示库区效果图（见图1）相比传统的单一视角展示，带给来宾的视觉体验，更加全面，真实。期间，笔者利用BIM漫游作为手段，给当地小学生上了一堂生动的工程科普实践课，虚拟现实，虚拟建造，虚拟漫游，给师生留下了深刻的印象，宣传了中国，加深了友谊。见图12。

图12 发电厂房的虚拟漫游

5 总结及展望

5.1 总结

1）全项目BIM指导思想。化整为零，“各个击破”，统一总装。

2）多平台协同，数据传递。尽量使用一个公司的软件系列，以克服数字壁垒。针对不同公司的软件之间或相同公司的不同软件之间的BIM数据链交换，尽可能使用通用文件格式而不是专有格式。

3）不足。因为建模软件的局限性和时间紧迫，蜗壳建模未完成，但利用参数化软件是可以实现的。全模渲染的动画受制单机机器速度，未能完成，采用云计算和渲染农场方案将可以解决。

5.2 展望

1）硬件方面。单机实时渲染技术的成熟，租用超级计算机渲染或者云渲染。

2）软件方面。结合数字孪生模型进行工程建设全过程（不限于设计阶段）以及建设各方的可视化、算量、仿真模拟将是BIM的发展方向。