BIM技术在渡槽设计中的应用

陈献友，李芬花，赵萌萌，李 壮，杜 柏

(华北电力大学水利与水电工程学院，北京 102206)

1 概述

BIM技术在渡槽项目中的应用涉及了各个阶段和多个方面。鄂北地区水资源配置工程中，采用BIM技术对大型现浇渡槽进行了结构的优化设计[4]；在太平河渡槽工程中，技术人员结合BIM技术提出了优化方案，并根据优化方案制定施工方案，与原方案对比提高了施工效率和质量[7]；韩莎莎等人建立了基于BIM技术的渡槽全生命周期信息模型，并将BIM模型与外部数据库结合，实现了渡槽整个生命周期信息的有效管理[5]。本文将在已有研究和应用的基础上，对BIM技术在渡槽项目中的应用进行补充和拓展，详细阐述建立渡槽BIM模型的过程以及图纸布置、工程量统计和碰撞检测，为工程后续的智能化管理提供依据，对相关工程具有一定的借鉴意义。

2 创建渡槽的BIM模型

采用BIM技术建模可以通过多个平台实现，这里选取使用最为广泛的Revit软件，Revit是专门面向建筑结构设计的强大工具，所建立的信息模型除了几何信息，还储存了物理属性、材质信息、力学参数等信息，集项目全生命周期的信息于一体，满足用户智能化建模的需求，这些信息还能通过二次开发与外部数据库对接，应用于结构分析、施工模拟和运行管理等方面。Revit目前只提供了建筑、构件、结构、机械的四大类建模功能，要建立水工模型，只能通过自定义“族”文件建立各个部件的模型，再载入到“项目”文件中进行整合。

2.1 渡槽双排架建模

使用“拉伸“和”空心拉伸“命令建立双排架模型。空心拉伸能在实心体中删除一部分，可以先建立实心三维体作为轮廓，再用空心拉伸删除不需要的部分，得到我们想要的模型，如图1所示。

图1 渡槽双排架建模步骤示意图

建模步骤如下：

(1)新建“族”，选择“公制常规模型”样板；

(2)使用“拉伸“命令建立实心长方体作为双排架的轮廓；

(3)使用“空心拉伸“命令删除长方体内部相应的一些部分得到双排架模型。

2.2 渡槽渐变段翼墙建模

使用“放样融合“命令建立翼墙模型。放样融合可以把两个二维平面沿指定的路径连接到一起生成三维体，如图2所示。

图2 渡槽渐变段翼墙建模示意图

建模步骤如下：

(1)新建“族”，选择“公制常规模型”样板；

(2)选择“放样融合“命令；

(3)绘制一条指定路径以及两端的平面，生成翼墙模型。

2.3 其余部分的建模

渡槽其余部分包括槽身、槽身拉杆、单排架、排架基础、渐变段底板，这些部分都是结构比较简单的常规模型，都可以通过“拉伸“命令完成建模，如图3—8所示。

图3 槽台槽身接头

图4 单排架

图5 槽身

图6 槽身拉杆

图7 渐变段底板

图8 排架基础

建模步骤如下：

(1)新建“族”，选择“公制常规模型”样板；

(2)选择“拉伸“命令，按照各个部件的尺寸和形状绘制截面，再拉伸到相应的长度，即可完成建模。

2.4 生成整体模型

渡槽各个部件的模型完成后，载入到项目中进行整合。先在项目中绘制标高和轴网，以便于各个部件模型的定位，然后切换不同的平面视图，利用对齐、平移、复制、旋转、镜像等一系列命令，把构件放置到相应的位置，完成整体模型的搭建，如图9所示。

图9 渡槽三维模型

3 碰撞检测

“碰撞检测”是对已建成的模型进行检查，检查项目中的图元是否存在冲突。在传统的二维设计中，工程人员很难通过平面图纸把各专业的模型完整、准确地整合到一起，检测结果经常出现错、漏、碰、缺等现象。Revit自带的碰撞检测功能，不仅可以把不同专业的模型通过“链接”命令自动整合为一个项目，还能自动检测并生成冲突报告，在报告中点击词条就能在模型中高亮显示发生碰撞冲突的部位，便于查找和修改，这大大减少了二维设计中出现的问题，提高了工程建设的效率。在Revit界面，按照“协作—碰撞检查—运行碰撞检查”的步骤就能完成该项操作，本文渡槽工程的冲突报告如图10所示。

图10 渡槽工程的冲突报告

4 工程量统计

随着技术的发展，水工建筑物的形式越来越复杂，工程造价管理的难度也越来越大，其核心内容是工程量管理，直接影响到工程造价的准确性。传统的工程量统计一般都是工程人员通过设计图纸提取出项目的信息，然后整理出有价值的工程量信息，手工计算和利用各类办公软件辅助计算，这种方式往往受到一些主观因素的影响，比如读图水平、计算能力、工作经验等，准确性难以得到保证[2]。在工程造价领域，BIM技术作为一项新兴的应用技术，提供了多种工程量统计软件，为了实现一模多用，提高模型信息的传递效率和完整性、准确性，在使用Revit完成建模之后，可以直接使用Revit中的明细表功能对模型的工程量进行统计[6]，如图11所示。

图11 工程量统计明细表

5 BIM出图

现场施工以设计图纸为依据，设计图纸的质量关乎到施工质量，传统的图纸绘制繁琐，需要在多张图纸上同时修改，效率低下，容易出错。运用BIM技术出图，可以很好的解决上述问题，在Revit中完成三维建模后，项目中会提供各个方位的立面视图和平面视图，项目中的“剖面框”功能可以截取任意想要的剖面视图，“图例”功能可以绘制小尺寸部位的详图，如果发生改动，只需要在三维模型中进行修改，所有的视图都会自动修改。把指定的视图复制到图纸框中，就能完成图纸的布置，本文渡槽工程的设计图纸如图12—13所示。

图12 渡槽工程设计图纸(1)

6 结语

本文借助Revit软件，实现了BIM技术在某渡槽工程设计阶段建模、碰撞检测、工程量统计、图纸布置的应用，可以作为BIM技术在水利工程项目深入开发使用的基础。通过以上的探索，可以得出以下结论：

(1)Revit的“族”文件是构成“项目”文件的基础，项目中的模型都是由族组成的，水工建筑物通常都设有一些非常规结构，比如某些进出水口的渐变段，以及本文渡槽工程中的翼墙，需要熟练掌握自定义族的使用，才能完成复杂模型的建立。

(2)BIM技术在设计阶段的应用，可以弥补传统二维设计的缺陷，本文借助Revit软件完成渡槽BIM三维模型的同时，利用软件中自带的功能，完成了渡槽的图纸布置、工程量统计以及碰撞检测，结果由软件自动计算得出，可以减少人为主观因素的影响，降低返工的几率，提高了工程建设的效率。

图13 渡槽工程设计图纸(2)

(3)BIM技术在水利工程项目中的使用可以继续深入，在设计阶段的基础上，通过二次开发或者与外部数据库结合，实现不同工程阶段软件之间的信息传递和协同工作。例如可以将该渡槽工程的数据导入有限元软件中，进行结构分析和结构优化等工作。