BIM 技术在围堤工程设计中的应用

隋伟涛，王 飞，杨超平

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

引言

近年来，随着政府重视程度的增加和相关政策的支持，BIM 技术在许多行业都得到了快速的发展和推广，但其在不同领域的发展也遇到了不同的障碍。目前，BIM 技术在建筑、市政等行业的应用逐步扩大，已有许多应用实例，但在水上工程应用很少。王帅等[1]研究了采用 BIM 协同设计在水运工程项目中的运用，并以某煤炭码头工程为例对比分析了协同设计与传统设计模式；倪寅[2]通过分析BIM在水运工程中的应用，指出BIM 在水运工程运用中存在的问题并给出解决对策；方利鹤等[3]基于Autodesk 软件的Revit 平台，以连云港港30 万吨级航道二期4 区围堤工程为例，提出了围堤工程 BIM设计的技术路线及应用方法。

围堤工程由于具有长线型、滩面地形复杂多变等特点，BIM 技术的应用还存在诸多障碍，少有实例。本文通过BIM 技术在围堤工程设计全过程的应用，总结一套完整的BIM 设计与交付解决方案，对同类工程的设计与交付具有示范意义。

1 项目背景

本项目位于上海市金山区南侧，项目范围为沪杭公路外侧区域，龙泉港出海闸以西、金山城市沙滩以东滩涂，南边至该段水域规划驳岸线。建设内容主要包括：围堤总长度4 820 m，其中，西侧堤长652 m，顺堤长3 286 m，东侧堤长882 m；圈围面积约3 866 亩，围内吹填1 693.54 万m3；共设两座临时排水口和一座龙口。

围堤结构形式为上海地区常用的土石斜坡堤，顺堤典型断面图如图1。

图1 顺堤典型断面图

2 顺堤典型断面图设计思路

围堤工程的常规设计过程主要包括基础资料分析、轴线布置、堤段划分、典型横断面设计、工程量计算、出图等，BIM 技术的运用旨在发挥其优势提高设计的精度和效率，并为项目后期的管理提供帮助。本工程运用BIM 技术进行设计的主要思路为：

1）三维地形构建及分析，合理布置堤轴线位置；

2）综合分析气象与水文条件，结合地形、地质情况进行横断面设计并划分堤段；

3）复杂横断面的参数化建模；

4）三维线框模型的快速生成；

5）自动化的工程量提取和出图；

6）生成具有属性参数的Revit 实体模型；

7）模型交付。

3 BIM 在设计过程中的应用

3.1 复杂3D 地形分析

将工程区的地形测图资料按原坐标导入Civil 3D 中，建立3D 地形曲面，进行详细的地形分析，具体包括：工程区三维地形曲面整体分析，确认工程区沟槽、浅埂等区域的范围和具体位置（图2），在横断面设计中予以重点关注；建立轴线及轴线两侧一定距离的纵断面线及一定间距的横断面线，分析纵横两个方向的地形变化情况；结合纵向和横向的地形变化情况，合理调整轴线走向、划分堤段。

图2 深坑量化分析结果示意图

3.2 轴线两侧地形分析SAC 复杂断面设计

设置基本参数，包括信息设置和目标参数设置等；提取典型横断面的设计参数，进行关联性的参数化建模；将不同材料的闭合区域进行属性设置，以材料+规格的格式进行命名。

3.3 三维线框模型的建立

在图形生成的纵断面图上绘制设计纵断面，设计纵断面为某一固定位置处的高程沿轴线延伸形成的曲线；创建装配，将3.2 生成的SAC 参数模型导入，以设计纵断面为基准进行装配（图3）；创建道路，生成全部的三维线框模型（图4）。

图3 SAC 模型添加至装配示意图

图4 三维线框模型示意图

3.4 全断面三维线框模型工程量提取与出图

对Civil 3D 进行二次开发，自动提取所有材质（图5），导入标准出图图框，实现工程量提取和二维图纸的出图一体化。工程量的计算基于3.3 生成的三维线框模型，上部结构与地形滩面完全拟合，提高了工程量计算的精度；出图的数量可根据需要进行调整，更好地用于指导工程的施工。

图5 二次开发提取材质计算机界面

3.5 工程量计算和出图一体化三维模型的建立

利用自主二次开发的“BIM 模型构建与信息化框架”BRIEF，实现三维线框模型向Revit 实体模型的转化，王飞等[4]对其关键技术已做阐述。建立数据库导入Civil 3D 断面线框模型、轴线等基本信息，软件自动识别，用户通过可视化的操作界面对导入的信息进行确认；基本信息确认后，软件自动生成所有的族并赋予相关信息，不同典型断面之间通过过渡段进行衔接，最后拼合成整体模型。

3.6 后期及交付

转化形成的Revit 实体模型既可以直接快速导入Lumion、Infraworks 等进行图片的渲染和漫游视频的制作，为项目的汇报及展示提供素材；又可以直接交付业主，方便导入轻量化管理平台等进行施工或者运维等阶段的管理。

4 Revit 三维实体模型较传统设计的优势

1）分析方式的转变

传统的地形分析主要是针对地形测点进行的数据分析，将测点的高程结合平面位置进行分区块的分析；BIM 技术的应用实现了三维地形曲面的建立，将传统的数据分析转化成直观的三维图形分析。较传统分析方式，三维地形分析通过轴线路线、纵横断面线的绘制等让分析变的更加直观、精确和高效，能准确定位不利地形位置，使得轴线的选取和堤段的划分更加合理，大幅提高了分析效率。

2）设计效率的提升

BIM 技术在围堤设计中的应用大幅提高了设计效率，减少了不必要的重复劳动，减轻了设计人员的工作压力。直观清晰的三维地形分析大大提升了分析效率，减少了巨大的数据分析量；SAC 参数化线框模型的建立，有效减少了近似断面的建立；材质的赋予和提取加上标准图框的录入，实现了出图算量一体化，大大减少了重复工作量；“BIM 模型构建与信息化框架”BRIEF 的应用，实现了线框模型向实体模型的快速转化，大大减轻了建模的压力。

3）设计准确性的提高

BIM 技术的应用将传统的二维设计转变为三维设计，有助于提高设计的准确性。三维地形曲面的建立，提高了地形分析的准确性；SAC 模型中通过“slope to surface”的连接方式的设置实现了断面结构与滩面线的精确拟合，以此生成的三维模型与地形曲面精准贴合，提高了工程量计算的精度。

4）便于展示与宣传

Revit 实体模型可快速导入Lumion、Infraworks等软件进行图片的渲染和漫游动画的制作，为项目的汇报和展示提供素材；三维模型结构拆分、组装的动态化，实现了对整个施工过程的直观展示，大大提高了项目展示的可读性。

5）后续管理的便利性

传统的设计方式只是提交二维的设计图纸，无法为项目建成后的管理提供额外的帮助。BIM 技术的应用建立了三维的实体模型并赋予相关信息，项目施工过程中及后期运维中的有效信息可以按需录入，建设单位可以根据需要任意查看离散的单体结构的信息，通过模型真正实现项目全过程的信息管理；Revit 模型亦可连入轻量化管理平台，实现云端管理和项目信息的共享。

5 结语

1）本工程将BIM 软件结合一定的二次开发运用到设计工作中，深化了BIM 技术的应用，优化了设计方式，创建了预制构件族库，减轻了设计负担，形成了一套完整的围堤BIM 设计方案，是BIM 技术应用到围堤工程设计工作的一次成功尝试。本工程将成熟的BIM 技术结合适当的二次开发运用于围堤工程设计中，成功地用软件程序的自动处理代替了设计人员不必要的重复劳动、实现了线框模型向带有属性信息的实体模型的快速转化，满足了业主的BIM 交付需求。

2）现有BIM 技术在围堤工程中的专业应用其本质是将围堤设计的思路融入到软件中，通过借鉴道路BIM 设计经验结合二次开发进行全过程的应用。目前，BIM 的效率仍比较低，为满足业主对BIM 信息模型的需求，须结合专业特点进行更深度的二次开发，建立围堤专业族库，从底层信息化，真正实现BIM 的全流程应用。