BIM技術在猴子巖電站尾水閘室設計中的應用

蔡 慶， 黃 志 澎， 文 伏 靈

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

水電站設計樞紐布置錯綜復雜，水工隧洞、交通隧洞縱橫交錯。各個專業之間交叉較多，容易出現錯、漏、碰、缺等現象。BIM設計多用于前期設計階段，主要表現建筑物之間的相互關系，以及整體樞紐布置方案的整體性[1]。

但設計至技施階段，為清楚表達建筑物結構，現有的設計成果大多以平面、剖面圖紙表達，尤其塔體鋼筋圖，配筋復雜，鋼筋圖繪制費工費時。且塔體結構多背靠基巖，后邊坡與側向邊坡經常存在超欠挖現象。優化回填混凝土體型，實現根據開挖地形實時更新，也將是決定電站建設經濟性的重要因素。本文基于CAITA三維設計軟件，重點研究施工圖階段水工模型的三維建模及出圖方式，為設計人員提高工作效率、節省時間最終實現設計方案實時動態調整奠定基礎。

2 模型建立

結構模型建立主要依靠CAITA三維建模的基本功能，以點、線、面體分別控制，形成規則的建模體系。

2.1 尾水出口總體模型

猴子巖尾水閘室位于尾水隧洞出口，主要由1#閘室、2#閘室、出口底板、出口護坡以及回填混凝土幾大部分組成。建模時要求規范模型樹，做到隨時可查可改。

2.2 單體閘室結構模型

兩座閘室結構形式基本相同，在單個閘室體系中，可將二期混凝土，檢修T型梁、通氣孔、電纜溝等細部結構建立清晰，在和機電起閘專業對接交叉時，表達直觀簡單，有效提高了工作效率。

圖1 猴子巖尾水出口閘室模型

圖2 單體尾水閘室模型

2.3 單體閘室鋼筋模型

鋼筋模型采用由成勘院基于CAITA平臺2次開發的HydroRebar程序[2]，該程序主要依據《水工混凝土結構設計規范》(DL-T 5057-2009)，對不同結構的配筋要求，如保護層厚度、錨固長度、鋼筋等級、鋼筋直徑、以及鋼筋彎起等做了充分考慮，實現鋼筋模型建模立體化，可視化。

同結構模型一樣，需做好鋼筋模型樹的整理，對不同高程、不同方向的鋼筋按照配筋序號進行整理，最終形成可查可改的動態鋼筋模型。

圖3 鋼筋模型示意圖

準確建模后，可在catia界面中直接量取結構工程量以及鋼筋工程量，同時可生成鋼筋表，供后續出圖使用。

3 三維出圖

3.1 三維軸測圖出圖方式

由于現場施工情況還不具備模型交付的外部條件，因此設計成果的表達仍然要依靠圖紙。

傳統的出圖方式主要是依賴平剖面，步驟繁瑣，尤其是鋼筋圖，設計人員容易出現平剖面鋼筋無法對應，鋼筋表數漏鋼筋的情況，往往需反復校審修改，影響設計進度。

CATIA三維出圖方式主要依靠已建立的鋼筋模型，將已有的閘室結構分為若干部分，并按照不同的鋼筋配布方向，直接以清晰簡單的軸測圖形式表達，利用cad中的ucs局部坐標命令，可清晰的指定文字和尺寸的標注方向。

對比較復雜的斷面，可考慮用剖視圖進行補充。其余的圖簽、說明等要素按相關制圖標準執行。

圖4 三維鋼筋軸測圖出圖方式示意

3.2 鋼筋表生成

鋼筋表可由CAITA直接生成，只要對字體及表格大小稍作調整，即可形成完整的鋼筋表。

4 建筑物優化及調整

由于洞室出口基巖邊坡開挖難以準確控制，普遍存在超挖及欠挖現象，因此根據實際開挖地形對模型進行動態調整，從而優化回填混凝土工程量，也是BIM技術的重大優勢。

由圖6和圖7可見，將實際開挖測量地形導入catia中，形成簡單的局部GIS系統，可清楚的反應超欠挖現象，以此為依據，對兩閘室之間的回填混凝土體型進行了優化，且有效的增大了閘室頂部的作業面積。最終優化混凝土2 700 m3。

圖5 鋼筋表示意

圖6 閘室出口原設計方案

圖7 根據實際開挖地形優化后

5 結 語

水電站樞紐系統結構復雜，開挖過程中超挖現象普遍，因此，在猴子巖尾水閘室設計中，采用BIM正向設計，進行三維出圖，直觀表達了塔體結構及配筋布置，有效提高了工作效率；同時結合GIS系統，可根據現場開挖情況動態更新設計方案，優化塔體兩側回填混凝土工程量。通過CATIA平臺對猴子巖尾水出口閘室進行三維正向設計，形成了完整的BIM模型設計鏈條，模型中涵蓋了結構尺寸、材料、工程量的重要信息；同時，探索了三維出圖的全新方式，為提高設計人員生產效率，實現水工結構動態調整優化，節省了工程投資造價。