基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

（石泉縣水利局）

基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

□馬麗（石泉縣水利局）

傳統(tǒng)的水利工程施工現(xiàn)場安全管理需要投入大量的人力物力資源，效率低下，可能受管理人員知識、能力等方面的影響而不能準(zhǔn)確把握施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的所有安全問題。BIM施工信息模型技術(shù)是將信息科學(xué)技術(shù)與水利工程施工現(xiàn)場安全管理相結(jié)合的一種新型實(shí)用技術(shù)，文章對BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型及其在水利工程施工現(xiàn)場安全管理中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以期對類似工程提供借鑒指導(dǎo)。

BIM，水利工程，安全管理

1 BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型

1.1 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型技術(shù)是將信息科學(xué)技術(shù)與水利工程施工現(xiàn)場安全管理相結(jié)合的一種新型實(shí)用技術(shù)，其以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，可以對水利工程施工現(xiàn)場進(jìn)行三維展現(xiàn)，并將設(shè)計(jì)圖紙拓展為工程施工現(xiàn)場的立體影像。BIM建筑信息模型技術(shù)可以將復(fù)雜的水利工程施工過程以動畫形式進(jìn)行形象演示，并將這一仿真系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行圖形表達(dá)，為水利工程施工現(xiàn)場安全管理提供有效的分析手段。

BIM技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)信息技術(shù)和電子成型技術(shù)，將抽象的平面圖像進(jìn)行立體化、可視化展現(xiàn)，并將地理坐標(biāo)、空間位置等數(shù)據(jù)信息直觀標(biāo)注，同時(shí)實(shí)時(shí)采集施工進(jìn)度與施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將其處理后形象地反映在三維立體圖像中。BIM技術(shù)并不是單一的數(shù)字技術(shù)運(yùn)用，同時(shí)還是地理信息系統(tǒng)、工程學(xué)、建筑學(xué)、虛擬成像技術(shù)等學(xué)科的綜合運(yùn)用，通過該技術(shù)模擬水利工程施工現(xiàn)場，可以發(fā)現(xiàn)施工過程中所存在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙與施工現(xiàn)場管理的有機(jī)結(jié)合。

1.2 BIM水利工程施工現(xiàn)場安全管理模型

利用BIM技術(shù)進(jìn)行水利工程施工現(xiàn)場管理的基礎(chǔ)，是建立起真實(shí)的描述水利工程施工總布置的三維數(shù)字模型。

1.2.1 數(shù)字地形模型

作為水利工程BIM技術(shù)的核心組成部分，數(shù)字地形模型（DTM）可以構(gòu)建起水利工程所有建筑物和施工場所，將分散的地形點(diǎn)通過不規(guī)則三角網(wǎng)格（TIN）進(jìn)行逼近，描述地形表面，并充分展現(xiàn)施工現(xiàn)場地形的高低起伏。

1.2.2 地形動態(tài)填挖

在進(jìn)行地形動態(tài)填挖安全管理時(shí)，首先設(shè)計(jì)包括開挖邊坡和渣料場大壩底面的填挖曲面，并利用放坡將設(shè)計(jì)曲面下放到原始地形曲面，得到設(shè)計(jì)曲面和原始曲面的交線，沿交線在原始曲面上切去填挖曲面所含區(qū)域，并切除多余的填挖邊坡，實(shí)現(xiàn)挖填設(shè)計(jì)曲面與原始曲面的完美結(jié)合。

1.2.3 混凝土壩動態(tài)實(shí)體模型

混凝土壩在施工中會隨時(shí)間推移而變化，為了進(jìn)行混凝土壩動態(tài)管理，必須將其三維模型劃分成若干澆筑塊，保持各澆筑塊施工時(shí)間、施工方量、施工設(shè)備等方面的相關(guān)性。

1.2.3.1 混凝土壩三維實(shí)體建模

利用CAD實(shí)體建模技術(shù)，將二維設(shè)計(jì)圖紙的壩段劃分成若干壩段區(qū)域，確定各壩段空間形體信息，并通過CAD實(shí)體建模技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合，繪制三維實(shí)體，利用CAD技術(shù)的布爾運(yùn)算對三維實(shí)體進(jìn)行并補(bǔ)、剖切、縮放操作，進(jìn)而生成各壩段區(qū)域的實(shí)體模型，將其各個(gè)分部有機(jī)組合后得到完整的水利工程大壩施工現(xiàn)場三維實(shí)體模型。

1.2.3.2 混凝土壩仿真計(jì)算

將CAD建模軟件嵌入BIM施工現(xiàn)場仿真系統(tǒng)，并借助CAD強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，使壩體澆筑仿真計(jì)算與其澆筑塊自動剖分過程同步進(jìn)行，得到仿真計(jì)算中澆筑信息后，程序中便會自動剖分生成混凝土壩澆筑塊信息，并與相應(yīng)的澆筑塊進(jìn)行匹配，完成后，上述澆筑信息將以Access數(shù)據(jù)庫形式輸出，同時(shí)以CAD文件形式存儲。

1.2.4 土石壩實(shí)體建模

水利工程土石壩壩體底面均為不規(guī)則曲面，可以利用BIM技術(shù)中的Rhino工具建立其三維實(shí)體。根據(jù)壩體填筑材料、分部結(jié)構(gòu)型式及功能等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壩體分區(qū)，并綜合利用Rhino工具中的patch、Extend、Loft和布爾運(yùn)算等操作將土石壩分區(qū)的實(shí)體模型進(jìn)行繪制，且按照填筑料的供給和進(jìn)度計(jì)劃將各個(gè)分區(qū)進(jìn)一步劃分為不同填筑層，將其有機(jī)結(jié)合便得到土石壩三維仿真實(shí)體模型。

2 基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

2.1 工程概況

漢江石泉縣城長安壩及春潮廣場防洪工程是石泉縣2013年啟動的第一批漢江綜合整治防洪工程，也是石泉縣防洪保安、城市建設(shè)、旅游開發(fā)的重點(diǎn)支撐性項(xiàng)目。工程建設(shè)之初，石泉縣就堅(jiān)持防洪優(yōu)先、綜合治理的原則，將防洪保安與城市建設(shè)、景觀建設(shè)、生態(tài)治理、溝通交通相結(jié)合，對工程進(jìn)行了合理布局，漢江石泉縣城長安壩段防洪工程采用下部生態(tài)護(hù)坡、上部加筋土擋墻的形式，力爭做到“防洪保安與城市建設(shè)、景觀設(shè)施與交通道路、生態(tài)建設(shè)與工程建設(shè)”三個(gè)結(jié)合，既能抵御漢江洪水，又可拓展城市骨架，既能提升城市生態(tài)旅游品味，又可改善市民宜居休閑生活基礎(chǔ)條件和環(huán)境。

2.2 基于BIM的水利工程施工現(xiàn)場安全管理

2.2.1 三維動態(tài)演示

利用Navisworks的TimeLiner模塊進(jìn)行施工現(xiàn)場三維動態(tài)演示，得到包括混凝土壩澆筑塊、土石壩填筑塊的三維模型及各個(gè)圖形單元的施工時(shí)間參數(shù)等工程施工動態(tài)信息，并將之前分解成若干單元的三維模型導(dǎo)入Navisworks，保持圖形單元屬性的一致性。在Navisworks支持的數(shù)據(jù)格式中輸入水利工程施工進(jìn)度等數(shù)據(jù)，并將其添加到TimeLiner模塊，設(shè)定好任務(wù)類型和起始狀態(tài)就可以直接生成施工現(xiàn)場動畫。利用BIM模型所具有的Animator模塊功能便可制作施工現(xiàn)場巡航動畫，以便管理人員多視點(diǎn)觀察工程的施工過程。

2.2.2 仿真信息可視化查詢

通過Navisworks模塊的“查找項(xiàng)目”工具，進(jìn)行相應(yīng)圖形單元及所對應(yīng)屬性的查詢，或是利用Navisworks的程序接口訪問工程施工場景模塊，展示施工現(xiàn)場仿真信息，并進(jìn)行施工全過程與各分項(xiàng)工程施工現(xiàn)場信息的實(shí)時(shí)查詢，如圖1和圖2；圖3為水利工程施工面貌查詢界面，可以年、月、日為單位進(jìn)行工程某時(shí)刻施工面貌查詢；圖4為水利工程施工強(qiáng)度查詢界面，可設(shè)定任意的起始時(shí)間，以年、月、日為單位查詢某時(shí)刻工程施工強(qiáng)度，并通過不同顏色的圖形顯示出來。

圖1 某時(shí)刻工程施工面貌圖

圖2 某時(shí)刻混凝土壩分項(xiàng)工程面貌圖

圖3 水利工程施工面貌查詢界面圖

圖4 水利工程施工強(qiáng)度查詢界面圖

建立插件時(shí)，先建立一個(gè)dll文件的動態(tài)鏈接庫，并為其添加相應(yīng)的引用，以集成基本插件和停靠條插件等類，并設(shè)置好插件名稱、創(chuàng)建時(shí)間等類的屬性；編譯程序代碼后將dll文件存入安裝包完成插件的建立，可以在水利工程施工現(xiàn)場安全管理系統(tǒng)中使用。

2.2.3 水利工程形體信息查詢

在Navisworks模塊，可以查看相應(yīng)高程、壩段模型形體等二維信息，并利用審閱工具在模型中添加注釋，進(jìn)行工程施工現(xiàn)場管理信息的記錄和分析。

3 結(jié)論

水利工程設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際施工過程并不會完全一致，施工現(xiàn)場管理人員僅通過解讀設(shè)計(jì)圖紙并不能準(zhǔn)確把握施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的所有安全問題，如果僅以設(shè)計(jì)圖紙為參考，難免會出現(xiàn)曲解或固有的思維定勢而影響工程施工。為此，如何充分把握和體現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙，并充分發(fā)揮其在施工現(xiàn)場安全管理中的積極作用，就成為水利工程施工現(xiàn)場管理人員需要解決的首要問題，BIM技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)的設(shè)計(jì)圖紙與動態(tài)的施工現(xiàn)場的有機(jī)結(jié)合，為水利工程施工現(xiàn)場安全管理提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

［1］苗倩，BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用［J］.水電能源科學(xué)，2012（10）：139-142.

［2］王廷魁，鄭嬌，基于BIM的施工場地動態(tài)布置方案評選［J］.施工技術(shù)，2014（3）：72-76.

［3］王百新，水利工程應(yīng)用BIM技術(shù)的思考［J］.中國水能及電氣化，2016（11）：66-70.

TV51

：B

：1673-8853（2017）05-0073-02

2017-03-01

編輯：符蕾

馬麗（1972-），工程師，主要從事農(nóng)村小型水利工程和水保工程設(shè)計(jì)及工程現(xiàn)場管理工作。