BIM+GIS技術在水利樞紐工程全生命周期的應用

嚴沾謀，李希龍，王正清，孫正華，張 磊

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概述

隨著BIM技術的發展，尤其是BIM+GIS技術在交通、城市等行業規劃中的應用[1- 2]，促進了BIM技術在水利水電工程的廣泛應用[3- 5]，“BIM+”技術的應用，促進了水利工程的智慧建造[6]，但對于具有長距離輸水等大場景特征的水利樞紐工程，BIM+GIS技術的應用較少，尤其是貫穿工程全生命周期的應用更少。

某水利樞紐工程由水庫樞紐工程、右岸城市供水工程和左岸城鄉供水及灌溉工程等組成。右岸城市供水工程由兩級提水泵站及兩條供水管道組成，輸水干管總長9.38km。左岸城市供水及灌溉工程由三級提水泵站、三個支管加壓泵站和灌溉輸水渠、供水管道組成，灌溉渠道總長9.17km，供水干管總長13.48km，輸水支管總長19.41km。鑒于該水利樞紐工程的復雜性，涵蓋輸水、供水及發電，管線特別長，輸水供水干管和支管總長42.27km，在項目建議書、可行性研究、初步設計和施工圖設計四個階段應用BIM+GIS技術進行設計和出圖，并利用已完成的BIM成果進行數字移交系統的開發與應用，使得工程質量和工期得到保障。

2 BIM+GIS技術應用

2.1 GIS技術應用

由于水利樞紐工程覆蓋方圓幾十公里范圍，采用傳統方法進行測量、規劃和設計，不僅效率低，成本較高，而且質量不可控。為保障工程工期，提高工程建設質量，在項目建議書階段，利用無人機航拍，基于BIM+GIS技術完成工程規劃設計，如圖1所示，大大提升了水利樞紐工程的規劃設計效率和質量。

圖1 水利樞紐工程規劃局部圖

同時在初步設計階段，基于GIS技術對40多km長的輸水供水干管和支管進行快速長距離管線布置，如圖2所示，大大提升了輸供水管線布置的精度和效率，節省了工程投資。

圖2 基于GIS技術的管線布置

2.2 BIM技術應用

水利樞紐工程覆蓋范圍廣，結構和設備管路布置復雜。采用傳統平面圖紙設計模式，將出現大量錯漏碰現象，延誤工程工期，降低工程質量，增加工程成本。為了避免采用傳統設計方法帶來的弊端，某水利樞紐工程在項目建議書、可行性研究、初步設計和施工圖設計四個階段應用BIM技術進行設計和出圖。

在可行性研究階段，利用CATIA軟件強大的參數化及模板設計功能，快速進行壩型、壩址、廠房的多方案比選，大大提升了方案設計效率，并應用3DVIA Composer軟件進行BIM展示匯報，提高了工程參建各方對各種設計方案的理解。

該水利樞紐工程以項目WBS為條件，創建設計產品結構樹和樞紐全局骨架及專業局部骨架，在個人權限節點下，各層級的骨架將數十個專業的設計過程和結構有機整合為一體，在工程全生命階段應用ENOVIA VPM協同平臺和CATIA軟件進行BIM協同設計，完成大體積異形結構的設計，如圖3所示。同時，結合Revit軟件在框架結構和管線設計的優勢，采用Revit軟件對廠房和泵房的框架結構和機電管線綜合進行BIM設計和出圖，如圖4所示。最后應用BIM模型進行大壩應力應變、溫控、穩定性三維有限元分析等，并輸出三維圖紙，反映結構空間關系和相對尺寸，比傳統的平面圖具有更強的可讀性，提高工程圖紙的理解性，如圖5所示。

圖3 土建異形結構BIM設計

圖4 廠房結構及機電設備管線BIM設計

圖5 主廠房機電設備三維布置圖

圖6 數字化移交系統工程全貌

圖7 數字化移交系統機電管線綜合

2.3 數字化移交技術應用

為了將BIM設計模型和各類施工、建設管理和運維數據關聯起來，有效消除信息孤島，充分挖掘BIM成果的應用價值，該水利樞紐工程基于B/S構架，并集成監測、監控等功能，完成水利樞紐工程數字化移交系統的開發，如圖6和7所示，并應用于工程建設。該數字化移交系統采用瀏覽器直接打開，避免了BIM軟件的安裝，同時將三維模型與模型信息、圖紙、報告等進行了關聯，實現了工程項目信息化集成。數字化移交技術的應用，實現了BIM成果的實時動態交付，建立了參建各方的會商平臺，提高了工程參建各方對項目的理解，充分實現了項目信息管理與共享，更好的用于指導工程施工建造，實現了項目質量、進度和成本的有效管控。

2.4 擬開展的BIM應用

該水利樞紐工程目前處于施工階段，正在進行拱壩虛擬建造工作，下階段擬開展數字化運維、數字化資產管理、安全事故應急管理等BIM技術應用工作，提高BIM模型的附加值，實現設計成果的價值最大化。

3 結語

鑒于水利樞紐工程結構布置復雜性和輸水供水管線特別長等因素，某水利樞紐工程在工程全生命階段應用BIM+GIS技術進行設計出圖，并利用BIM成果完成數字移交系統的開發與應用，提高了工程質量，節省了工程投資，保障了工程工期，為BIM+GIS技術在具有大場景特點的水利、電力、交通、市政等項目的應用提供了有價值的參考。