BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

1、摘要BIM 是一個(gè)設(shè)施 ( 建設(shè)項(xiàng)目 ) 物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識(shí)資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。本文簡單介紹了BIM 及 BIM 在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用及其展望。關(guān)鍵詞： BIM，水利工程第1章緒論1.1 BIM 的概述BIM 的全拼是Building Information Modeling，即 : 建筑信息模型。BIM 是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BI

2、M 是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個(gè)完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項(xiàng)目生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個(gè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。1.2 BIM 的來源1975 年，“ BIM 之父”喬治亞理工大學(xué)的Chunk Eastman 教授創(chuàng)建了 BIM 理念至今， BIM 技術(shù)

3、的研究經(jīng)歷了三大階段：萌芽階段、產(chǎn)生階段和發(fā)展階段。BIM理念的啟蒙，受到了 1973 年全球石油危機(jī)的影響，美國全行業(yè)需要考慮提高行業(yè)效益的問題， 1975 年 “ BIM 之父” Eastman 教授在其研究的課題“ Building Description System ”中提出“ a computer-based description of-abuilding ”，以便于實(shí)現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析，提高工程建設(shè)效率1.3 BIM 的特點(diǎn)1）可視化2）協(xié)調(diào)性3）模擬性4）優(yōu)化性5）可出圖性1、基于 BIM 的工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。能夠根據(jù) 3D 模型自動(dòng)生成各種圖形和文檔， 而且始

4、終與模型邏輯相關(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動(dòng)更新；設(shè)計(jì)過程中所創(chuàng)建的對象存在著內(nèi)建的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)某個(gè)對象發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的對象隨之變化。實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間的信息共享。各專業(yè) CAD 系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息，不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對象被修改，其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對象會(huì)隨之更新。實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)和智能設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞檢測、能耗分析、成本預(yù)測等。2、基于 BIM 的施工及管理實(shí)現(xiàn)集成項(xiàng)目交付IPD（ IntegratedProjectDelivery設(shè)計(jì)階段就集合在一起，著眼于項(xiàng)目的全生命

5、期，利用BIM護(hù)及管理。）管理。把項(xiàng)目主要參與方在技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、建造、維實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成和可視化的4D 施工管理。將建筑物及施工現(xiàn)場3D 模型與施工進(jìn)度相鏈接，并與施工資源和場地布置信息集成一體，建立 4D 施工信息模型。實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目施工階段工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的動(dòng)態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬。實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方協(xié)同工作。項(xiàng)目各參與方信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖檔和視檔的提交、審核、審批及利用。項(xiàng)目各參與方通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，進(jìn)行工程洽商、協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、安全、成本和進(jìn)度的管理和監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)虛擬施工。在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行建造過程，虛擬模型可在實(shí)際建造之前對工程項(xiàng)目的功能及

6、可建造性等潛在問題進(jìn)行預(yù)測，包括施工方法實(shí)驗(yàn)、施工過程模擬及施工方案優(yōu)化等。第 2 章 BIM 在水利工程中的應(yīng)用2.1 BIM 在水電工程施工總布置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用BIM是一個(gè)設(shè)施 ( 建設(shè)項(xiàng)目 ) 物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識(shí)資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。1. 總體規(guī)劃AutoCAD Civil 3D 強(qiáng)大地形處理功能，可幫助實(shí)現(xiàn)工程三維樞紐方案布置以及立體施工規(guī)劃，結(jié)合 AIM 快速直觀的建模和分析功

7、能，則可輕松、快速幫助布設(shè)施工場地規(guī)劃，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖，并進(jìn)行多方案比選。2. 樞紐布置建模樞紐布置、廠房機(jī)電等需由水工、機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)等專業(yè)按照相關(guān)規(guī)定建立基本模型與施工總布置進(jìn)行聯(lián)合布置。2.1基礎(chǔ)開挖處理結(jié)合 AutoCADCivil 3D建立的三角網(wǎng)數(shù)字地面模型， 在壩基開挖中建立開挖設(shè)計(jì)曲面，可幫助生成準(zhǔn)確施工圖和工程量。2.2土建結(jié)構(gòu)水工專業(yè)利用 Autodesk Revit Architecture進(jìn)行大壩及廠房三維體型建模，實(shí)現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計(jì)，協(xié)同施工組織實(shí)現(xiàn)總體方案布置。2.3機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)在土建 BIM模型的基礎(chǔ)上，利用 Autodesk Revit M

8、EP和 Autodesk Revit Architecture 同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì)，在三維施工總布置中則可以起到細(xì)化應(yīng)用的目的。3. 施工導(dǎo)流導(dǎo)流建筑物如圍堰、導(dǎo)流隧洞及閘閥設(shè)施等及相關(guān)布置由導(dǎo)截流專業(yè)按照規(guī)定進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)， AutoCADCivil 3D幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案， AIM利用 AutoCADCivil 3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化布置設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與信息管理。4. 場內(nèi)交通在 AutoCADCivil 3D強(qiáng)大的地形處理能力以及道路、邊坡等設(shè)計(jì)功能的支撐下，通過裝配模型可快速動(dòng)態(tài)生成道路挖填曲面，可準(zhǔn)確計(jì)算道路工程量，通過 AIM 可進(jìn)行概念化直觀表達(dá)。

9、5. 渣場與料場布置在 AutoCAD Civil 3D 中，以數(shù)字地面模型為參照，可快速實(shí)現(xiàn)渣場、料場三維設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確計(jì)算工程量，且通過 AIM 實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)及智能信息管理。6. 施工工廠施工工廠模型包含場地模型和工廠三維模型， Autodesk Inventor 幫助參數(shù)化定義造型復(fù)雜施工機(jī)械設(shè)備，聯(lián)合 AutoCAD Civil 3D 可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的施工設(shè)施部署， AIM則幫助三維布置與信息表達(dá)。7. 營地布置施工營地布置主要包含營地場地模型和營地建筑模型，其中營地建筑模型可通過 AutoCAD Civil 3D 進(jìn)行二維規(guī)劃，然后導(dǎo)入 AIM進(jìn)行三維信息化和可視化建模，可快速實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)

10、區(qū)、生活區(qū)等的布置，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖。8. 施工總布置設(shè)計(jì)集成BIM 信息化建模過程中將設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行同步關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)模型的碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動(dòng)畫輸出。其中， AIM 將信息化與可視化進(jìn)行完美整合，可以不僅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且大大減少的不同專業(yè)之間協(xié)同和交流的成本。9. 施工總布置面貌在進(jìn)行施工總布置三維一體信息化設(shè)計(jì)中，通過 BIM模型的信息化集成，可實(shí)現(xiàn)工程整體模型的全面信息化和可視化，而且通過 AIM的漫游功能可從壩體到整個(gè)施工區(qū)，快速全面了解項(xiàng)目建設(shè)的整體和細(xì)部面貌，并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文件。2.2 BIM 技術(shù)在水利工程造價(jià)中的

11、應(yīng)用水利工程牽扯面廣，投資大，專業(yè)性強(qiáng)，建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，尤其是水庫、水電站、泵站工程，水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備多、管線密集，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，無法直觀的從圖紙上展示設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，造成各專業(yè)之間打架碰撞，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更、工程量漏記或重計(jì)、投資浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn)。采用基于 BIM 技術(shù)的三維設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)為有效的解決上述問題提供了機(jī)遇。通過基于 BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件，建立設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)人員的協(xié)同工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以在不改變原來設(shè)計(jì)習(xí)慣的情況下，通過二維方法繪圖，自動(dòng)生成三維建筑模型，并為下游各專業(yè)提供含有 BIM信息的布置條件圖，增加專業(yè)溝通，實(shí)現(xiàn)了工程信息的緊密連接。由于水利工程

12、造價(jià)具有大額性、個(gè)別性、動(dòng)態(tài)性、層次性、兼容性的特點(diǎn)，BIM 技術(shù)在水利建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)管理信息化方面有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢：一是大大提高了造價(jià)工作的效率和準(zhǔn)確性，通過 BIM 技術(shù)建立三維模型自動(dòng)識(shí)別各類構(gòu)件，快速抽調(diào)計(jì)算工程量，及時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)變化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效避免漏項(xiàng)和錯(cuò)算，提高清單計(jì)價(jià)工作的準(zhǔn)確性；二是利用 BIM 技術(shù)的模型碰撞檢查工具優(yōu)化方案、消除工藝管線沖突，造價(jià)工程師可以與設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作， 從造價(jià)控制的角度對工藝和方案進(jìn)行比選優(yōu)化，可有效控制設(shè)計(jì)變更，降低工程投資。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，使工程造價(jià)管理與信息技術(shù)高度融合，必將引發(fā)工程造價(jià)的一次革命性變革。目前，國內(nèi)部分水利水電勘測

13、設(shè)計(jì)單位已引進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，并利用實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)， 在提高水利工程造價(jià)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性方面進(jìn)行了有益探索，BIM 技術(shù)值得借鑒。2.3 BIM 在水利建設(shè)中應(yīng)用實(shí)例模型 Civil2.3.1 BIM 3D在南水北調(diào)工程中，長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（簡稱長江設(shè)計(jì)院）將建筑信息的理念引入其承建的南水北調(diào)中線工程的勘察設(shè)計(jì)工作中，并且由于AutoCAD良好的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性和協(xié)調(diào)性，最終確定該軟件為最佳解決方案。利用Civil3D 快速的完成勘察測繪、土方開挖、場地規(guī)劃和道路建設(shè)等的三維建模、設(shè)計(jì)和分析等工作，提高設(shè)計(jì)效率，簡化設(shè)計(jì)流程。其三維可視化模型細(xì)節(jié)精確，使工程三維里立圍觀一目了然。基于 BIM

14、 理念的解決方案幫助南水北調(diào)項(xiàng)目的工程師和施工人員， 在真正的施工之前，以數(shù)字化的方式看到施工過程，甚至整個(gè)使用周期中的各個(gè)階段。該解決方案在項(xiàng)目各參與方之間實(shí)現(xiàn)信息共享，從而有效避免了可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)與施工、結(jié)構(gòu)與材料之間的矛盾，避免了人力、資本和資源等不必要的浪費(fèi)。2.3.2中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院在水電設(shè)計(jì)中也引入了BIM 的概念。在云南金沙江阿海水電站的設(shè)計(jì)過程中，其水工專業(yè)部分利用Autodesk Revit Architecture完成大壩及廠房的三維形體建模；利用Autodesk Revit MEP軟件平臺(tái)，機(jī)電專業(yè)（包括水力機(jī)械、通風(fēng)、電氣一次、電氣二次、金屬結(jié)構(gòu)等）建

15、立完備的機(jī)電設(shè)備三維族庫，最終完成整個(gè)水電站的BIM 設(shè)計(jì)工作。 BIM 設(shè)計(jì)同時(shí)提供了多種高質(zhì)量的施工設(shè)計(jì)產(chǎn)品，如工程施工圖， PDF 三維模型等。最后利用Autodesk Navisworks軟件平臺(tái)制作漫游視頻文件。第三章BIM 的前景展望3.1協(xié)同設(shè)計(jì)與 BIM 技術(shù)的融合目前我們所說的協(xié)同設(shè)計(jì)，很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)溝通交流手段，以及設(shè)計(jì)流程的組織管理形式。而BIM（建筑信息化模型）的出現(xiàn)，則從另一角度帶來了設(shè)計(jì)方法的革命， BIM 技術(shù)與協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)將成為互相依賴、密不可分的整體。協(xié)同是BIM 的核心概念，同一構(gòu)件元素，只需輸入一次，各工種共享元素?cái)?shù)據(jù)并于不同的專業(yè)角度操

16、作該構(gòu)件元素。從這個(gè)意義上說，協(xié)同已經(jīng)不再是簡單的文件參照?？梢哉fBIM 技術(shù)將為未來協(xié)同設(shè)計(jì)提供底層支撐，大幅提升協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)含量。因此，未來的協(xié)同設(shè)計(jì)，將不再是單純意義上的設(shè)計(jì)交流、組織及管理手段，它將與BIM 融合，成為設(shè)計(jì)手段本身的一部分。借助于 BIM 的技術(shù)優(yōu)勢，協(xié)同的范疇也將從單純的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期，需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、維護(hù)等各方的集體參與，因此具備了更廣泛的意義，從而帶來綜合效率的大幅提升。3.2從二維設(shè)計(jì)到三維BIM 設(shè)計(jì)當(dāng)前，2D圖紙是我國建筑設(shè)計(jì)行業(yè)最終交付的設(shè)計(jì)成果， 這是目前的行業(yè)慣例。 因此，生產(chǎn)流程的組織與管理均圍繞著 2D圖紙的形成來進(jìn)行 （客觀

17、地說， 這是阻礙 BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因）。3D設(shè)計(jì)能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征， 相對于 2D繪圖，3D設(shè)計(jì)不存在幾何表達(dá)障礙 對任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。盡管 3D 是 BIM 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過進(jìn)一步將非幾何信息集成到 3D構(gòu)件中，如材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計(jì)屬性、價(jià)格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體，3D 模型升級(jí)為 BIM 模型。 BIM 模型可以通過圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動(dòng)獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔， 如工程量統(tǒng)計(jì)表等，還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析、客流物流分析等諸多方面。3.3 B

18、IM 技術(shù)在水利水電工程中的強(qiáng)大優(yōu)勢3.3.1設(shè)計(jì)方優(yōu)勢(1) 可視化交流 : 依托 BIM 軟件進(jìn)行三維建模 , 可以準(zhǔn)確生成壩工程各部分剖面圖 , 減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中繪制剖面圖的工作量 , 提高了設(shè)計(jì)工作效率。(2) 聯(lián)動(dòng)化設(shè)計(jì) : 傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)時(shí) , 由于工作人員疏忽 , 容易導(dǎo)致錯(cuò)誤。 BIM建模之后 , 所有視圖、剖面以及三維圖具備聯(lián)動(dòng)功能 , 一處更改之后 , 其他自動(dòng)更新 , 方便設(shè)計(jì)修改。(3) 多專業(yè)協(xié)調(diào) : 水電站設(shè)計(jì)中各專業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM 上, 錯(cuò)誤碰撞、交叉千擾的問題顯而易見。(4) 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) : 傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì) ' 對工程設(shè)計(jì)人員空間想

19、象力的要求很高 , 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。應(yīng)用 BIM,可以有效避免一些由于工程設(shè)計(jì)人員空間想象不正確而導(dǎo)致的錯(cuò)誤3.3.2施工方優(yōu)勢(1) 多維施工分析 : 通過 BM 系列軟件建模 , 進(jìn)行三維施工工況演示 , 與施工進(jìn)度結(jié)合進(jìn)行四維模擬建設(shè) , 通過與概預(yù)算結(jié)合進(jìn)行五維成本核算分析。(2) 讀圖效率輔助 : 對于讀圖的施工人員 , 通過三維 BIM, 將大大提高讀圖效率和準(zhǔn)確度。(3) 施工現(xiàn)場管理 :BIM 可有效支撐施工管理過程 , 針對技術(shù)探討和簡單協(xié)同進(jìn)行可視化操作 , 自動(dòng)計(jì)算工程量 , 有效減少工藝沖突。3.3.3運(yùn)營方優(yōu)勢(1) 運(yùn)營信息集成 :BIM 可有效地集成設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)的信息 , 減少傳統(tǒng)的施工竣工圖整理的冗雜過程和避免