BIM的三維方量計(jì)算方法在水利水電工程中應(yīng)用

BIM的三維方量計(jì)算方法在水利水電工程中應(yīng)用

Summary：近年來，在社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展的背景下，我國水利水電工程事業(yè)發(fā)展迅速。而針對水利水電工程一些復(fù)雜的計(jì)算作業(yè)，常規(guī)的計(jì)算方法難以獲得精準(zhǔn)的計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果，因此便需要重視現(xiàn)代化科學(xué)計(jì)算方法在其中的應(yīng)用。對于基于BIM的三維方量計(jì)算方法來說，可提高計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度，使水利水電工程對計(jì)算精準(zhǔn)度的高要求得到有效滿足。因此，本文以方量計(jì)算方法為切入點(diǎn)，進(jìn)一步分析BIM的三維方量計(jì)算方法在水利水電工程中的具體應(yīng)用，希望以此為水利水電工程相關(guān)工作效率及質(zhì)量的提升提供有效價值建議。Keys：三維方量計(jì)算方法；水利水電工程；具體應(yīng)用；效率；質(zhì)量基于水利水電工程工作開展過程中，存在挖填方工作面多的情況，并且挖填方量大，尤其是在水利水電工程的大壩壩基開挖作業(yè)、導(dǎo)流洞開挖作業(yè)以及渠道開挖作業(yè)當(dāng)中，此情況較為顯著。與此同時，受到開挖方量大的影響，加之現(xiàn)狀下提倡“綠色節(jié)能環(huán)?！笔┕ぷ鳂I(yè)，這樣便需要合理選擇棄渣場，并科學(xué)進(jìn)行挖填方量計(jì)算機(jī)棄渣方量計(jì)算，進(jìn)一步使施工規(guī)劃設(shè)計(jì)方案及工程質(zhì)量控制方案實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化[1]。而對于傳統(tǒng)的一些方量計(jì)算方法來說，比如：數(shù)字地面模型（DTM）法、等高線法以及方格網(wǎng)法等，所獲取的計(jì)算結(jié)果不夠精細(xì)，難以滿足水利水電工程的高精度計(jì)算需求。在此情況下，實(shí)踐工作發(fā)現(xiàn)基于BIM的三維方量計(jì)算方法精準(zhǔn)度高，可為水利水電工程提供精準(zhǔn)、真實(shí)的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，為工程相關(guān)施工作業(yè)順利、有序開展提供必要依據(jù)。鑒于此，考慮到水利水電工程施工質(zhì)量的提升，本文圍繞“BIM的三維方量計(jì)算方法在水利水電工程中的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究具備一定的價值意義。1.方量計(jì)算方法分析1.1傳統(tǒng)的方量計(jì)算方法從現(xiàn)狀來看，對于方量計(jì)算的傳統(tǒng)方法來說，常用的有DTM法、等高線法、方格網(wǎng)法以及斷面法等。下面便針對這些傳統(tǒng)的方量計(jì)算方法進(jìn)行分析，具體方法內(nèi)容如下：DTM法。此類方法主要是對地形數(shù)據(jù)加以應(yīng)用，然后構(gòu)建不具規(guī)則性的三角形（TIN），進(jìn)一步針對其中的每一個三角形計(jì)算區(qū)域，以三棱柱的體積為依據(jù)，完成方量的計(jì)算，在累計(jì)指定范圍內(nèi)的方量的基礎(chǔ)上，得出最終的總方量值。對于DTM法來說，和規(guī)則網(wǎng)格法比較，具備的優(yōu)勢為：其一，三角網(wǎng)重點(diǎn)與線的分布結(jié)構(gòu)能夠和地面形態(tài)特征維持一致性；其二，能夠保證原始數(shù)據(jù)與精度不變，使地面特征更好地表示出來?；诶碚搶用娣治觯朔椒ㄔ谌魏蔚匦蔚孛仓芯m用，且計(jì)算精度頗高；但DTM法也存在一定的缺陷，即模型復(fù)雜程度好，需具備大量的野外數(shù)據(jù)作業(yè)補(bǔ)充，需要占用很大的存儲空間等[2]。等高線法。該方法能夠?qū)θ我?條等高線之間的方量進(jìn)行計(jì)算，它的計(jì)算體積可以當(dāng)成是一個截錐體。在具體工程開展過程中，等高線法應(yīng)用比較少，通常在估算階段應(yīng)用。對于用于計(jì)算的等高線來說，需滿足閉合的條件；然后，基于具體作業(yè)開展過程中，需計(jì)算方量的區(qū)域中等高線閉合比較少，因此等高線法的實(shí)際應(yīng)用價值不高，只適用于獨(dú)立山頭當(dāng)中。方格網(wǎng)法。該方法主要以設(shè)計(jì)高程、實(shí)測地面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)為依據(jù)，然后把需要計(jì)算的區(qū)域劃分為若干個方格，每一個方格根據(jù)長方體的體積進(jìn)行方量的計(jì)算作業(yè)，最終累計(jì)指定范圍內(nèi)的方量，得出最終的總方量值。在大面積土方量計(jì)算過程中，此方法的適用性高，特別是地形起伏比較低以及坡度變化比較緩的區(qū)域當(dāng)中?？偨Y(jié)起來，方格網(wǎng)法的主要優(yōu)勢特點(diǎn)為：直觀、通用性強(qiáng)以及能夠?qū)⑼谔罹€生成出來。然而，因方格網(wǎng)法通過獲取方格四角上的高程對方格網(wǎng)的體積進(jìn)行計(jì)算，所以在地形變化幅度比較大的地形，其計(jì)算精度會大大下降。此外，基于理論層面分析，方格網(wǎng)法所使用的方格密度越大，那么方量計(jì)算則越與實(shí)際值接近，精度也會越來越高，但是相對應(yīng)的工作量會大大增加，這樣難以提升工程工作效率。斷面法。此類方法主要是朝縱斷面方向每間隔一段距離，基于其垂直方向?qū)σ粋€斷面進(jìn)行測量，計(jì)算公式為：“兩斷面之間的方量＝兩斷面之間的平均截面積×斷面之間的距離”[3]。在線性工程當(dāng)中，斷面法方量計(jì)算適合使用，針對非常復(fù)雜的區(qū)域則可以選擇使用任意斷面法。對于斷面法外業(yè)來說，需進(jìn)行大量斷面測量作業(yè)，并對各斷面參數(shù)進(jìn)行合理、科學(xué)設(shè)置。此外，從斷面法的缺陷來看，在方量計(jì)算過程中會受到諸多因素的影響，導(dǎo)致計(jì)算精度難以有效保證，尤其是在兩斷面之間存在較大的不規(guī)則變化情況下，會存在很大的誤差問題。1.2基于BIM的三維方量計(jì)算方法對于將BIM作為基礎(chǔ)的三維方量計(jì)算方法來說，需使用到MicroStationV8i（SELECTseries3）軟件，此類三維設(shè)計(jì)軟件由美國Bentley公司研發(fā)，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，且應(yīng)用價值頗高。在建模，對實(shí)體尺寸大小信息記錄及查看方面，具有明顯優(yōu)勢，并且能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)成果直觀地展示出來。基于土方量計(jì)算過程中，利用MicroStationV8i（SELECTseries3）軟件的繪圖功能，然后結(jié)合2期原始地形數(shù)據(jù)生成格網(wǎng)，進(jìn)一步對格網(wǎng)拉伸成體加以應(yīng)用，對兩體相交進(jìn)行布爾運(yùn)算，對于相交體的體積來說，便是挖填方量。值得注意的是，針對水利水電工程精度要求高的特點(diǎn)，便可以利用基于BIM的三維方量計(jì)算方法，將云數(shù)據(jù)與航測模型引入，舍去傳統(tǒng)的方量計(jì)算方法，保證方量計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度[4]。1.3對比分析根據(jù)上述分析，對于如前提到的一些傳統(tǒng)方量計(jì)算方法來說，基于數(shù)據(jù)處理期間，在原始數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格，或者利用等高線進(jìn)行方量的計(jì)算，所獲取的是二維成果，難以高效地預(yù)測出粗差，且不夠直觀，進(jìn)而影響精度效果；同時，如果計(jì)算數(shù)據(jù)量多，則可能計(jì)算機(jī)不運(yùn)行或“死機(jī)”的情況。近年來，在原始數(shù)據(jù)獲取技術(shù)方法不斷革新，同時相關(guān)科學(xué)儀器設(shè)備不斷改進(jìn)的情況下，利用基于BIM的三維方量計(jì)算方法，然后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)及航測模型等相關(guān)數(shù)據(jù)引入，能夠體現(xiàn)出測量直觀的優(yōu)勢特征，和傳統(tǒng)方量計(jì)算方法比較，更加容易發(fā)現(xiàn)粗差，且可以基于原始數(shù)據(jù)生成模型當(dāng)中直接得到實(shí)體體積，使精度損失大大降低?？傊?，通過對比分析可知，相較于傳統(tǒng)方量計(jì)算方法，基于BIM的三維方量計(jì)算方法更能滿足工程的計(jì)算需求，值得借鑒及應(yīng)用。2.基于BIM的三維方量計(jì)算方法在水利水電工程中的具體應(yīng)用分析2.1工程案例分析本次以國內(nèi)某水利水電工程項(xiàng)目為例，水庫總庫容為1496×104立方米，屬多年調(diào)節(jié)水庫，大壩高為53.9米，項(xiàng)目總投資金額為4.78億元（人民幣）。結(jié)合該水利水電工程的具體施工需求，需計(jì)算棄渣場棄渣方量，通過對原始地形數(shù)據(jù)的收集，棄渣后地形數(shù)據(jù)現(xiàn)場采取RTK進(jìn)行采集作業(yè)，采集范圍在棄渣邊界外5米[5]?？紤]到計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度及可靠性，在方量計(jì)算過程中使用了兩種計(jì)算方法，即：其一，南方Cass7.1軟件DTM法；其二，基于BIM的三維方量計(jì)算方法。3.結(jié)語綜上所述，相較于傳統(tǒng)方量計(jì)算方法，基于BIM的三維方量計(jì)算方法借助MicroStationV8i（SELECTseries3）軟件，計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度更高，應(yīng)用于水利水電工程方量計(jì)算工作當(dāng)中，能夠降低誤差，保證計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度及可靠性，進(jìn)一步促進(jìn)水利水電工程后續(xù)設(shè)計(jì)、施工作業(yè)效率及質(zhì)量的全面提升。Reference：[1]蘆琴,屈朗.淺析BIM技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2019,18(03):6-8+26.[2]王京浦.BIM技術(shù)在水利水電工程施工安全管理中的實(shí)踐思考[J].工程技術(shù)研究,2019,4(03):163-164.[3]蒯鵬程,趙二峰,杰德爾別克·馬迪尼葉提,李培聰,張恒,李家田.基于BIM的水利水電工程全生命周期管理