BIM 技術在水利工程設計行業的實踐分析

廖 勇

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州 510000）

0 引 言

隨著中國社會經濟和社會建設的快速發展，中國水利工程的規模和技術難度與日俱增，水利工程的數據和信息量也越來越大。水利工程不僅充分保證了居民的日常用水，而且在防洪減災、保護水資源方面做出了卓越的貢獻。通過BIM 技術在中國水利工程的設計、施工和維護中的應用，從而提高設計的效率和水平，加快施工進度，保證水利工程的安全和質量[1]。

1 BIM 技術在水利工程設計行業中的實踐應用

1.1 BIM 技術相關軟件平臺

1）傳統工程設計中，缺乏針對施工過程的統一化平臺，導致施工過程中各種資源及信息不能實現共享，施工過程中產生信息閉塞的情況，BIM 技術的協同功能要求在水利工程的施工期間，可以實現信息的共享。BIM 軟件眾多，適用于本國的BIM軟件尚且沒有系統，而且在設計階段中文章在BIM技術相關軟件平臺方面重點研究的軟件平臺是奔特例(bently)、歐特克，其中在以上兩個平臺中，CAD都可以實現優秀的繪圖能力，并且實現二維圖紙和三維圖紙的靈活轉換，實現建筑信息模型的搭建以及模型信息表達。

2）利用REvit 軟件、Civil 軟件來快速地根據圖紙轉換為三維模型。當邏輯模型發生變化時，相應的圖形和文檔也會發生變化，當設計期間創建的對象發生變化時，相關的對象也會發生變化。通過共享設計工作的信息，各個階段的人都可以從BIM系統中獲得他們需要的參數和信息，消除了數據輸入的需要，避免了數據和信息的錯誤和重復。解決了設計標準之間的沖突，也是水利工程設計持續發展的關鍵動力。因此，BIM 技術在整個建筑行業得到了迅速的推廣和應用，大多數開發商和設計師都在逐步采用BIM 技術來促進水利工程設計的順利開展[2]。

3）BIM 技術也可以根據供審查的圖紙內容來建構工程圖紙，并且依據AutoCAD 來實現圖紙中輪廓繪制與參數的設定，利用BIM 技術和REvit 軟件的結合來修改整個建筑模型的尺寸，確定工程的各項參數，增強了設計方案的準確性；除此之外，在工程量計算中，BIM 技術也能夠大量提高計算的速度，在BIM 技術下的工程立體模型，工程計算可以直接甄別工程建設期間的數據信息的準確性，判斷工程量信息的科學性，從而為下一環節的工程量計算打好了基礎。

1.2 BIM 技術在設計項目的實踐應用優勢

水利工程具有施工參與方較多的特點，并且在參與方中政府部門較多，水利工程資源投入較大，具有極為重大的社會和經濟意義，并且水利工程施工難度較為嚴峻，施工地點往往在地質地形較為復雜的自然地理位置，作為工作難度較大的水工建筑物，在建設期間要協調各方關系以及各項資源的配合利用。

BIM 技術在水利工程上的設計的實際應用主要體現在BIM 模型可實現全方位檢查，BIM 技術可協助工程師進行碰撞試驗，在設計階段實現對水利工程工程量計算，為工程造價估算奠定基礎，利用BIM 的財務軟件對設計方案進行優化，保障多專業信息的溝通和協調，規范完成招標清單。

2 . BIM 技術在水利工程模型構建的應用

2.1 數字地形模型（DTM）

數字地形模型（DTM）是在水利工程建設項目中的關鍵技術之一。使用BIM 技術，需要根據現場的具體條件建立一個三維模擬模型，包括生態系統的維護和施工準備，這可以為建筑的位置和施工提供參考。施工建筑表面通常用三角形不規則網絡（TIN）來表示，它是由單個景觀點組成的不規則三角形網絡，將水利工程建筑通過平面方式充分顯示出來。 BIM 技術使用虛擬三維模型和嵌入式數據來設計、建造、運營和維護項目。嵌入模型的數據是核心，但為了創造價值，需要一個可視化工具--三維模型，數字地形模型(DTM )能夠展現真實的項目問題，使數據與模型保持同步，最后用數據來解決實際問題。BIM 模型可以用來協調建筑施工早期不同學科之間的沖突，確保數據的一致性并保持模型的一致性[3-5]。

2.2 模型信息創建

BIM 模型允許工程師以數字方式表現水利工程的物理和功能特征，清晰、高效和準確。技術內容本身并不復雜，但要使建模過程有效，工程師必須對建模和相關技術有良好的理解和認識。選擇適合水利工程實際情況的建模方法可以促進BIM 技術在設計過程中的應用。重要的是要精確地理解工程結構和相關圖紙信息，BIM 技術在項目設計中的應用應以尺寸、面積和體積等基本數據為基礎。模型是數據傳輸的關鍵，改進BIM 實踐可以改善實際執行情況，從而確保項目的成功。由于技術的快速發展，建模工具變得更加多樣化，包括Autodesk、3Dmax。

2.3 BIM 技術實現為施工提供指導

相關規范明確指出，BIM 設計應用的成果應體現在幾個方面，如提供BIM 優化的設計方案、綜合協調的成果、視覺交流工具等。現階段，BIM 設計實踐一般通過二維圖紙來表達，這是一種相對成熟的方法，而三維方法提供了更好的表達可能性，但仍處于探索階段，通過BIM 模型在水利工程中同后續施工建設結合，還需要技術人員進一步研究，以充分挖掘其優勢，保證設計效率。

水利工程的設計是基于特定的結構模型。這種結構模型主要體現在以下4 個方面：①它構成了數字地形模型的基礎，在開始施工之前，工作人員必須研究當地的地形，并使用施工過程可視化表示為一個三維模型，進行初步的場地布置；②動態填土和挖土在施工中也比較重要，一個關鍵的挑戰是如何保證科學填土和挖土，以促進項目建設；③混凝土大壩隨著使用年限的增加而改變其剛性形狀。為了解決這個問題，需要一個準確的混凝土工程的動態模型；④土壩的DAMS 設計也是視覺模擬的一個重要部分，因此，勢必要運用BIM 技術以及其他軟件協同對工程進行開發建設。

BIM 模型包含了大量設計相關的數據，可以從模型中有效提取，以滿足水利工程建設的實際需要。在新的發展環境中，必須將二維表示法、模型信息表示法結合起來，并在設計過程中從圖紙和文字層面開始應用BIM 技術來表達模型。BIM 模型提供了水工建筑的幾何、物理信息，對工程項目進行管道的初設[6]。設計內容更加直觀地呈現出來。從技術人員的角度，可以對照可視化的設計內容，直接找出設計中存在的缺陷，做好糾正; 從施工人員的角度，可以利用 BIM 技術，掌握工程施工的程序要求，嚴格依照設計理念進行施工作業設計的整個過程是一個不斷優化的過程，BIM 模型可以被優化、協調和完善，以產生三維平面圖和部件的二維圖紙，如剖面圖和立面圖，以促進建筑設計和模擬。

動態設計包括幾個步驟：①必須確定要設計的區域，其中包括堤壩表面和挖掘物以及壩基；②設計面和原始面必須通過找平的方式將設計面疊加在原始地形面上得到；③應沿交叉口切出部分設計面的原始地形面，并去除過度傾斜的交叉口，以獲得完全符合設計面的表面。

2.4 三維正向協同設計

1）隨著BIM 技術在水利工程中的應用和探索，工程設計人員對三維協同設計的理解和實施會越來越清晰，對大型水利工程的三維協同設計過程和方法也會逐漸形成共識。在一個標準化的通用環境中進行三維協同設計，BIM 技術不僅提供了一套通用的模型輸出，為模型的進一步整合、協同設計奠定了良好的基礎，而且還有效地提高了項目輸出的整體質量。

2）在項目的初始階段，BIM 是項目物理和功能特征的信息和數字儲存庫和視覺表達，是傳統手工繪圖和基于CAD 的設計的演變。BIM 是傳統手繪圖紙和計算機輔助設計的演變。

3）目前的水利工程需要BIM 技術協同配合生成美觀直觀的三維工程模型，并能根據模型生成二維圖紙。通過交叉或視點轉換產生的二維圖紙必須滿足提供工業圖紙的要求。通過替換、修改或增加多個參數來調整標準環境，包括專業系統的功能分類、增加硬件屬性、連接性的定義、模型顏色的定義、填充模式的規范、線寬、尺寸、字體高度、符號注釋、模型文件名稱和屬性信息類型。

3 結 語

綜上所述，隨著可持續發展理念的發展和地方政府對舊有水源保護工程的維護和修復的重視，我國正在建設或已經完成的水利工程項目的數量正在增加。鑒于水利工程項目設計的傳統挑戰，現在將BIM 技術應用于設計仍然處于初步階段，BIM 技術可以提高設計方案的合理性，促進設計與施工的緊密結合，保證項目建設的效率。除了設計工作，BIM 在水文、保護和水管理領域也很受歡迎。此外，BIM 技術可以與RGPS、大數據和物聯網結合使用，收集、分析和管理與水利工程周圍的地質、自然、人文和社會環境有關的數據。總之，BIM 不僅可以提高水利工程設計和施工的效率和水平，而且可以提高水利工程的質量和安全管理水平，提高水利行業的競爭力，未來，BIM 技術將成為水利工程的設計應用的一個重要趨勢。