基于BIM技術的水利工程三維設計路徑

◎李海圣 廣東珠榮工程設計有限公司

BIM全稱為Building Information Modeling，指的是建筑信息模型，該技術以三維數字技術為基礎，并將建筑工程項目各相關信息融入其中，以立體化方式呈現建筑施工各個環節，實現建筑施工各個部門的信息共享和整合。通過該技術的應用，有效實現了工程信息在施工、設計、運營、規劃等個環節中的高效利用，相比較傳統施工方式更具協同性、模擬性、可視性。水利工程作為我國民生工程的重要組成部分，施工建設包含諸多環節，既需要對地形、地質、水文予以勘測，又需要結合具體情況進行施工環節設計，借助BIM技術則能夠實現各部門的良好配合，將其應用到水利工程設計之中能夠達到水利工程更好建設的推進。

1.BIM技術標準

截止到目前為止，我國就BIM標準共計實施四部標準，即：《建筑信息模型應用統一標準》《建筑信息模型分類和編碼標準》《建筑信息模型施工應用標準》《建筑信息模型設計交付標準》，這都為BIM技術標準的建立提供了強有力支撐。依照此標準框架，BIM技術標準可以分為三個層次，第一層次是基礎數據標準，主要就BIM技術應用中的基礎數據予以規范；第二個層次為編碼標準和模型存儲標準，主要是就BIMI技術中的編碼格式、存儲方式、相應數據等進行規定。第三層次為執行標準，也是就BIM技術執行過程中設計到的規范和標準。

2.三維協同設計優勢

借助BIM技術進行三維協同設計應用，具有其他技術所不具有的優勢和特點。首先，通過BIM技術三維協同設計的應用，解決了溝通的瓶頸和障礙，讓信息孤島不再存在，實現了各個部門之間的協同合作，達到了互相促進、互相監督的良性循環溝通效果。

其次，通過BIM技術三維協同設計的應用，讓傳統的工程設計向著三維化、立體化、數字化方向發展，實現了信息的同步更新和遞進，有效實現了設計人員工作量的節省，極大程度提升工程設計效率和質量，也讓設計人員擁有更多時間進行高層次設計優化和創新。

第三，通過BIM技術三維協同設計的應用，讓諸多與設計有關的資料放置于系統之中，這都讓資料有了可追溯性和溯源性，保證工程施工建設的各個環節都能夠就原始數據予以調取和使用，這都極大程度保證了工程設計的準確性和數據的可累計性。

3.基于BIM技術的水利工程三維設計路徑

3.1 水工三維模型及工程量統計

水工三維模型構建過程中，需要注意對結構予以劃分，并結合結構的共性進行參數化草圖的構建，同時進行族庫模板設計，模板設計是模型設計的重要基礎，可以通過模板參數的修改進行模型參數的調整。模板構建之后可以應用到不同水利工程設計之中，能夠減少模型設計所需要花費的時間。Inventor、Revi都是進行模型構建的重要軟件，并可以將實體數據錄入系統，所構建的模型就是工程未來建成之型，且可以直接查詢模型屬性信息。利用Civil 3D可以對放坡和道路裝配功能進行圖形繪制，在基礎開挖、回填以及渠道、道路等設計方面具有突出表現，并能夠計算土方開挖量和回填量。

3.2 二維工程圖

水利工程從可行性研究到施工階段均需要出具大量二維工程圖，傳統工程圖都是通過CAD繪制，這讓二維圖之間的關聯性難以直觀看出，工程設計中存在的問題不易察覺，并可能因為工程量的變化而需要隨時進行重新繪圖。通過BIM技術則可以直接剖切生成二維圖，二維圖之間的聯系都能夠通過直觀方式看到，在進行三維模型修改之后，二維模型也能夠隨之進行改變和調整，不需重新進行二維圖的繪制。

Inventor和Revit軟件就工程圖設計模塊進行設置，“樣式和標準編輯器”的應用則可以設計符合要求的工程圖樣式，錄入相應信息之后則能夠快速生成符合標準的二維工程圖。BIM技術的應用在二維剖面圖基礎上增加三維軸測圖，這都能夠讓人更為直觀地看到設計成圖。

3.3 樞紐整合布置

水利工程施工前需要進行多方案設計，并就不同方案進行比較，在比較基礎上選定更好的施工方式。比如壩線比較、正常蓄水位比較、計組臺數比較、壩型比較、樞紐布置比較等都是其中重要組成部分。通過BIM技術的應用則能夠讓不同施工方案進行綜合對比，以盡可能直觀的方式呈現設計效果，以實現更好對比效果。

骨架搭建作為樞紐布置設計精髓，在樞紐整合之前先由牽頭專業進行整體骨架設計，骨架設計沿樞紐軸線建立而成，為三維設計整合建立骨架基礎。為了更快、更好完成三維設計整合，需要各部門結合各部門專業進行BIM模型設計，并由負責牽頭專業將模型與整體骨架裝配起來，再與地質三維模型共同導入到Navisworks軟件 進行樞紐整合，并就整合之后的三維模型進行校準、檢測。導入到Navisworks軟件的整合裝配模型，包括了審閱、測量、標注等多參數化設計和數據，各個部門都能夠結合需要進行使用。

3.4 數值計算仿真

依照當前所使用的主流BIM軟件來看，都與ANSYS、ABAQUS等大型有限元軟件進行了數據對接，通過Inventor軟件進行建模，可以實現一鍵導入到ANSYS Workbench軟件，并進行有限元網格和計算。得到計算結果之后再將數據導入到《水工三維配筋軟件》中進行配筋，所得結果可以直接進行CAD圖紙轉化，這樣便實現了一鍵建模，使用一套模型便能夠完成配筋、數據錄入、數據設計、分析等多工作，無需在其他軟件中重新進行有限元計算，實現了設計流程的簡化。

3.5 三維鋼筋圖

三維鋼筋圖是水利工程三維設計中的重要內容，且費時費力，并要求較高精準度。在進行鋼筋圖設計時候，則可以采用《水工三維配筋軟件》導入到BIM軟件，并生成 .sat格式文件，在三維結構上直接進行鋼筋模型的創建。同時可以借助剖面的切取直接生成鋼筋詳圖和信息表，簡化三維設計圖設計量的同時，也讓鋼筋圖設計更為直觀。后續模型結構發生變化，不會影響已經布設的鋼筋，則只需要在模型中進行結構變動即可。如果涉及到三維圖的編輯調整，二維圖也能夠直接進行調整位置的記錄。

3.6 虛擬展示

水利工程三維設計完成之后，則可以通過BIM技術將周邊建筑、樹木綠植、場地信息等進行信息錄入或提取，在InfraWorks軟件中就真實場景予以還原，并將整合后的整體樞紐導入InfraWorks，與場地模型融合在一起，這樣便能夠就成圖進行對比。此過程借助VR技術的應用，還能夠直接進行三維可視化瀏覽，并通過不同天氣、場景的切換實現多場景三維瀏覽效果，更為逼真還原完建場景。

4.結束語

科學技術的進步和發展推動水利工程設計和施工向著更高層次邁進，將先進技術引入到水利工程設計中來，才能真正讓水利工程實現民生之保障，才能為水利工程施工建設提供堅實基礎。BIM技術與水利工程的結合，需要做好三維模型和工程量統計，不可忽視二維工程圖的繪制，做好樞紐整合布置，提升數值計算準確度，做好虛擬展示，讓水利工程設計在BIM技術應用下達到更好的設計效果。