三維設計信息模型在水電站施工管理中的應用

文｜陳明 梁暉

通過利用三維設計信息模型對工程實現施工分倉澆筑，為工程業主提供了較以往更精準、更豐富的信息，直觀、實時的施工形象極大的方便參建各方的現場施工管理。

基于中國電建中南勘測設計研究院有限公司(以下簡稱中南院)有效的推廣模式，三維設計已經進入常態化設計階段。如何將設計模型信息應用到工程建造過程中并發揮其價值，是中南院一直積極探索的課題。對此，中南院依托向家壩右岸壩后電站設計項目，研究其在施工分倉澆筑管理的應用，探討中南院作為設計企業從勘測設計業務向工程項目數字化服務領域拓展的基礎。

項目背景

向家壩右岸壩后電站具有項目建設工期緊張、專業配合緊密、工序銜接緊湊等特點。考慮到右岸壩后廠房施工與大壩大體積砼施工不同，其結構相對復雜，且土建、金結交叉施工，對預埋件管理、施工工序管理以及施工進度管理提出了更高的要求。工程全面進入機組埋件以及廠房框架結構施工階段后，各工序施工矛盾將會凸顯，故施工單位可利用設計院已有三維設計模型，快速實現利用三維可視化優勢指導現場施工管理的目的，有效避免埋件及管路等“錯、漏、碰、堵”等問題。

圖1 向家壩水電站模型圖

目前，中南院已采用Bentley系列軟件對向家壩右岸壩后電站工程實現了三維設計工作，并利用三維模型抽取工程施工藍圖。各專業三維模型可通過ProjectWise協同服務器統一進行校審，可滿足模型精度要求。

系統建設以三維設計為基礎，重點實現設計數據及成果管理、施工分倉澆筑管理、綜合查詢三大功能。

1.設計數據及成果管理——事前優化設計

設計數據及成果管理是施工分倉澆筑管理的數據來源，三維信息模型的準確性是后續平臺成功運行的關鍵，關系到系統是否實用。三維設計模式在設計階段就可通過協同設計解決不同專業接口之間的問題，避免了設計產品的偏差，降低了后期設計變更的可能性，使設計方案得到優化。同時，三維空間模型可充分體現預埋件的布置關系，減少錯埋漏埋事件的發生。

2.施工分倉澆筑管理——事中精確控制

根據現場施工進度要求，按照分倉原則將單元工程在整體模型中進行切分，形成獨立三維可視單元模型；同時，對模型內重要信息（工程量，埋件種類、數量、位置等）建立分類提示欄，作為施工單位備倉以及開倉前監理檢查、校對的重要依據。

圖2 分倉示意圖

監理單位根據設計提示要求，審定施工單位的倉面設計，各專業嚴格驗收后方可開倉。收倉后，施工、監理單位在數字化平臺上分別補錄倉面施工信息，包括開收倉基本信息、施工記錄、特殊情況說明以及過程照片或影像資料等。

3.綜合查詢——事后反饋分析

建立綜合查詢平臺，實現對工程的三維模型、圖紙、報告、視頻、照片等文檔，進行可視化工程信息綜合查詢模式。同時，對工程的建造過程及工程信息可按空間位置、專業、施工單元等進行描述，分類檢索查詢、分析。

全過程管理數據集成平臺

系統框架方面，工程數據中心是一個貫穿項目全過程管理的數據集成平臺，其核心思想是通過統一的平臺存儲和管理項目工程設計、建設過程中完整的信息，并為業務應用系統及項目參與人員提供支撐及信息服務。工程數據中心可通過eB軟件實現。根據項目需求提出以下系統架構：

圖3 系統框架

圖4、軟件工具

圖5 兩種網絡部署方案示意圖

信息模型是平臺存儲和管理項目全過程產生的信息的基礎。信息模型主要由數據模型、文檔模型（含三維模型）和關系模型，三類模型構成。這也對平臺的信息建模功能提出明確的要求，具體要求如下：

一是管理結構化數據，結構化數據是業務應用系統間信息交互和復用的基礎。包括描述WBS計劃信息、廠房空間位置分解信息、分倉數據信息等。

二是管理非結構化文檔，非結構化文檔是工程的法律依據。包括圖紙、三維模型、規范、施工資料等項目全過程產生的文檔。

三是管理關系模型，關系模型是信息溯源和提高信息檢索效率的基礎。

除應包括文檔與文檔的關系、文檔與數據對象的關系、數據對象與數據對象的關系外，還應包括設備等物理對象間客觀存在的關系，例如，分倉與三維模型關系，埋件與三維模型計劃對象的關系，分倉與施工資源關系等。

此信息模型的設計基本思路是以澆筑倉為核心，關聯WBS、空間位置、文檔（含三維模型）、施工資源等信息構建。

在計劃信息存儲和管理方面，計劃信息在模型中通過分部分項工程的WBS實現，計劃信息的最小存儲單位為單元工程，單元工程與澆筑倉一一對應，通過單元工程與澆筑倉的關聯可得到每個單元工程實施時所需要資源、文檔、及時間等信息。

空間位置信息存儲和管理。空間位置是按實際的施工管理要求對施工對象的物理位置進行分解的一種方式，在系統中存儲和管理每個澆筑倉的具體物理控件位置信息。通過空間位置與澆筑倉的管理，用戶亦可方便的由空間位置緯度對澆筑的信息進行查詢和統計。

澆筑倉存儲和管理。澆筑倉是平臺管理的核心內容。通過將澆筑倉與單元工程關聯可實現進度管理和控制；通過將澆筑倉和空間位置關聯可實現空間緯度的查詢和統計；通過澆筑倉與文檔關聯可實現三維模型的定位和技術文檔的獲取；通過澆筑倉與施工資源的關聯可實現資源信息的自動獲取和校對。

圖6 信息模型關系

工程編碼。編碼是對工程對象的唯一標識，也是平臺快速建立對象之間關聯關系的重要手段。此項目中所涉及到的編碼包括：單元工程編碼、分倉編碼、空間位置編碼、埋管埋件編碼、資源編碼、文件編碼（圖紙、三維模型、資料、圖片、視頻）等。項目所涉及的上述編碼可來源于其它的既有業務系統，亦可在數據進入平臺時由系統自動產生。

在倉面管理方面，倉面管理用于管理分倉設計及埋件、埋儀的基礎信息，主要實現倉面的設計信息管理和埋件/埋儀管理兩部分主要功能。

應用效果

圖7 單元工程信息

圖8 倉的信息

分倉澆注過程管理。分倉澆注管理是在倉面基礎信息管理的基礎上，對澆注倉的的澆注過程進行管理和監控。主要是從澆注過程的以下5個階段入手，即備倉、開倉、澆筑、驗倉、收倉。

圖9 澆筑流程圖

在系統中可根據管理者監控和決策的需要定制相應的報表，自動推送給相關用戶，真正做到信息隨需而在。

圖10 統計報表

系統同時可以在iPad上應用，現場監理只要手持平板電腦便可調取倉面各類信息用以指導各細部的備倉、驗倉、檢查、記錄等工作。

圖11 Ipad上查詢單元工程信息

圖12 Ipad上漫游、測量

通過利用三維設計信息模型對工程實現施工分倉澆筑，為工程業主提供了較以往更精準、更豐富的信息，直觀、實時的施工形象極大的方便參建各方的現場施工管理。