BIM技术在界牌枢纽船闸改建工程设计中的应用

中水珠江规划勘测设计有限公司 陈冰清 刘博文

随着新时期我国科学技术突飞猛进，水利水电工程也处在一个飞速发展的阶段，BIM技术在水利水电工程中的应用也是十分重要的一部分。依托界牌枢纽船闸改建工程，我司在项目设计前期就开展了BIM应用点的研究工作，本文就本项目设计阶段中的三维协同平台搭建、BIM建模、BIM模型的应用等进行了具体介绍。

BIM（Building Information Modeling）即“建筑信息模型”，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟反映建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，可以显著减少设计、施工、管理人员的工作量并提升协同工作效率，便于后期数字化管理，在诸多发达国家已广泛应用于工程实际[1]。

目前，我国BIM技术在建筑行业推广发展十分迅速，而水利水电行业应用BIM技术起步较晚，且水利水电工程具有参与方多、涉及专业多、工程结构复杂、建设工期长等特点，推广较为缓慢，而为实现水利水电工程全生命周期的高效化、精细化设计管理的要求，又对BIM技术的全面深入应用提出了更为迫切的需求[2]。

我司也在多个水利水电工程中，开展了基于BIM技术的三维设计，其中在界牌枢纽船闸改建工程BIM技术的应用就是典型代表。

1 工程概况

界牌航电枢纽位于江西省鹰潭市信江干流，距鹰潭市约12.5公里，距离下游八字嘴航电枢纽工程约51公里，为信江航运工程的第一个梯级，是一座以航运为主，兼顾发电等综合利用功能的航电枢纽工程。界牌航电枢纽主体已于1997年建成，现有船闸布置在枢纽右岸，由于不能达到设计运行条件，需要对界牌船闸进行改造。改建工程内容包括在原址重建Ⅲ级船闸一座、增设电站一座、增设鱼道一座。

2 BIM技术应用

2.1 三维协同平台搭建

协同设计平台由Bentley ProjectWise（PW）和Micro-Station组成，ProjectWise采用C/S（客户端/服务器）架构，主要用于工程信息管理，如资料收集、成品存放等，设计人员通过公司内网登录服务器进行三维设计；经授权的工地技术人员、业主、监理、施工等参与方，通过短信验证、SSL VPN技术相结合的方式，连接公司内网后查看权限内的资料，既保障数据安全，也为工程的全生命周期数字化管理奠定基础。MicroStation是统一的工程信息创建平台，可查看、编辑所有专业的设计成果，提供参考、连接、打开、导入导出等多种方式，实现不同专业、不同软件之间的数据共享。

2.2 BIM建模与模型组装

基于设计公司协同设计标准和流程，首先各专业在PW上根据制定好的模板文件分别建立了测绘模型、地质模型、港航模型、厂房模型、水机模型、电气模型、金属结构模型、建筑结构模型8个专业三维模型，在此基础上以“参考连接”的方式进行专业内、专业间模型总装（如图1所示）。

图1 模型总装Fig.1 Model assembly

2.3 BIM模型的应用

2.3.1 碰撞检查

使用Bentley Navigator进行碰撞检查及三维校审，快速排查设计异常点，对碰撞点进行批注和处理，显著减少了专业间、专业内的错漏碰缺等问题，提高了设计质量和设计效率。

2.3.2 工程量统计

通过精确的三维模型，定义钢筋量、混凝土量等工程量输出类型，指定钢筋率、混凝土密度等参数，就可直接统计工程量，将结果导出为Excel表格，极大地提升了设计效率和产品质量。

2.3.3 二维剖切图及三维出图

传统的二维出图，难以实现联动修改，遇方案调整可能要全部推倒重来。使用动态切图方式从三维模型中剖切二维图纸，将在三维模型中创建保存的视图，参考到二维图纸模型中，根据我司的制图标准导出二维图纸。当三维模型被修改后，二维图纸会同步修改、自动更新，这是动态切图的精髓。

对于一些复杂对象之间的空间关系，传统二维图纸难以表达清楚，可以通过配以三维轴测图（如图2所示），二三维混合、结构图叠加效果图等多种方式，帮助现场施工人员理解设计意图，为后续施工的开展提供方便。

图2 三维轴测图Fig.2 Three-dimensional axonometric drawing

2.3.4 三维配筋出图

对于复杂结构采用ReStation进行三维配筋设计，抽取二维钢筋图并自动标注、生成钢筋表、智能调整与更新等，减轻了设、校、审人员的劳动强度，缩短了设计周期，效率明显提高。

2.3.5 三维效果

三维效果包括整体布置三维效果图、漫游动画（如图3所示）两类成果，前者用于展示工程整体布置情况，后者是将模型导入LumenRT软件，加入水流、植物等环境元素，补充汽车、船舶、人物、鱼类等动态元素，更加生动地展现设计方案。

图3 船闸过船动画Fig.3 Animation of ship lock passing

3 创造性成果

3.1 三维协同设计企业标准

为实现后续三维协同设计标准化，基于本项目的应用经验，进一步提升制定了三本企业标准：

（1）《三维协同设计平台管理规定（V1.0）》，用于规范三维协同设计平台的目录划分、文件命名、权限管理，统一模型固化、碰撞检查、图纸剖切等设计行为，明确各专业设计人员的职责。

（2）《三维数字化设计操作规程（V1.0）》，用于规范各专业协同设计流程，提高专业间协同设计生产效率，保证产品质量。

（3）《水利水电工程三维数字化设计模型技术标准（V1.0）》，规定了水利水电工程信息模型建设的技术要求，包括信息模型的分类原则、建模范围、深度等级要求、图元属性定义，以及三维设计特征信息和编码等方面的内容。

3.2 BIM三维协同设计软件二次开发

当前水利水电工程行业所采用的三维设计平台大多数仅能满足设计过程中的基本需求，想要更好地利用及推广三维设计技术，需要对功能进行二次开发补充。我司基于BIM设计平台开发专业的设计工具，提升设计工具的接受度、提升生产工具应用效率。旨在加快新技术与传统业务的融合，赋能传统设计业务。

目前，我司自主研发的软件主要有：三维地形处理软件、三维开挖辅助设计软件、三维枢纽辅助设计软件、三维模型信息辅助软件（如图4所示）。通过本案例及其他多个生产项目的实际应用表明，二次开发软件在三维设计中能够显著提高产品质量、提升设计效率，得到设计人员及业主的广泛认可，对推动三维正向设计的落地有积极意义[3]。

图4 软件著作权登记证书Fig.4 Software copyright registration certificate

3.3 开发施工监管平台

基于WebGL技术，开发了界牌枢纽船闸改建工程BIM施工监管平台（如图5所示）。在平台建设中，以先进实用、安全可靠为建设原则，通过融合物联网、大数据可视化、BIM、3S、三维仿真等多种先进技术，集基础性、全局性的施工过程信息资源于一体，实现项目施工信息的集约化管理与检索，实现基于BIM的项目施工质量、安全、进度、费用、档案全过程的可视化、集成化、协同化综合管理和分析，从而全面提升界牌枢纽船闸改建工程建设品质[4]。

图5 平台登录界面展示Fig.5 Platform login interface display

平台主要功能包括：BIM+GIS综合展示、工程进度管理、质量和安全管理、工程投资管理、施工资料管理、数据分析技术等多个模块内容。

4 应用体会

（1）根据工程特点和参建各方的需求有针对性地研发软件，可让BIM技术应用工作更加高效精准的开展。（2）BIM技术是一种全新的设计思维和精益求精的设计和管理态度，只有实现各专业间数据的共享与互通，才能较大程度提升工作质量和效率。（3）三维可视化的效果直观形象，可为各阶段各方参建人员的交流沟通带来极大的方便。（4）BIM施工监管平台的应用对保证工程质量，提高现场服务水平，把控工程进度、降低项目成本起到了重要作用。

引用

[1]何清华,钱丽丽,段运峰,等.BIM在国内外应用的现在及障碍研究[J].工程管理学报,2012,26(2):12-16.

[2]樊少鹏,刘会波,熊泽斌,等.BIM协同设计在海外大型水电工程中的应用及技术研究[J].人民珠江,2022,43(2):7-16+23.

[3]吕彬,傅志浩.基于Microstation平台的水利水电工程三维开挖设计软件开发与应用[J].人民珠江,2021,42(11):16-23+52.

[4]杨楚骅,饶凡威,傅志浩,等.基于BIM的水利工程施工监管平台设计与实现[J].人民珠江,2022,43(2):17-23.