水利工程施工建設期BIM技術應用與研究

吝江峰，王海俊，陳蕾蕾

(江蘇省水利勘測設計研究院有限公司， 江蘇 揚州 225127)

建筑信息模型(building information modeling，簡稱“BIM”)技術是在計算機輔助設計(CAD)等技術基礎上發展起來的多維建筑模型信息集成管理技術，是傳統的二維設計建造方式向三維數字化設計建造方式轉變的革命性技術。BIM具有直觀可視性，能及時發現不同專業乃至多個單位在項目方案調整、決策、設計、實施等過程產生碰撞，協調多個專業和相關單位訴求，運用三維模型加項目的發展時間在招投標和施工階段可以進行4D模擬等。推行BIM技術應用，發揮其可視化、虛擬化、協同管理、成本和進度控制等優勢，將極大地提升工程決策、規劃、設計、施工和運營的管理水平，減少返工浪費，有效縮短工期，提高工程質量和投資效益。

2014年10月上海市政府正式發布《關于本市推進建筑信息模型技術應用的指導意見》，2015年5月深圳市建筑工務署發布了全國首個政府公共工程BIM實施綱要和實施管理標準——《深圳市建筑工務署政府公共工程BIM應用實施綱要》和《深圳市建筑工務署BIM實施管理標準》。2018年1月住建部發布《建設信息模型施工應用標準》，2019年10中國水利水電勘測設計協會撰寫《水利水電工程設計信息模型交付標準》發布實施，2020年8月江蘇省水利設計院有限公司編制的江蘇省地方標注《水利工程建筑信息模型設計規范》發布實施[1]。各地各行業各單位均在推動BIM的運用， BIM將會給國內建筑業帶來一次巨大變革，水利行業開展三維BIM技術運用將是科技時代發展趨勢。

近幾年BIM技術優勢得到建設方、設計方和施工方的認可，設計單位和施工企業相繼成立自己的BIM中心和團隊。但水利行業BIM應用案列較房建等其他行業少，施工建設期的BIM應用案例更少，如何在水利工程施工建設期充分應用BIM技術還亟需深入研究。本文結合新孟河延伸拓浚工程奔牛水利樞紐工程，采用Revit和Navisworks軟件，研究分析水利工程施工建設期BIM應用流程，為BIM在水利工程中的深入應用提供參考與借鑒。

1 項目概況

新孟河延伸拓浚工程為國務院批復的《太湖流域水環境綜合治理總體方案》中近期實施的重點工程之一，工程總長116.69 km，總投資105億元。奔牛水利樞紐工程位于新孟河與京杭運河交匯處，具有引水、排澇、防洪、通航等綜合功能。奔牛水利樞紐工程主要由船閘、節制閘、京杭運河立交地涵和孟九橋等部分組成船閘位于新孟河河道西側，為Ⅵ級船閘，閘室有效長度為135 m×16 m×3.45 m(長×寬×坎上水深)，門檻高程-0.70 m(吳淞高程，下同)，采用門底輸水方式，上臥式平面鋼閘門，卷揚式啟閉機啟閉;節制閘位于新孟河河道東側，建筑物等級2級，單孔，閘孔凈寬16.0 m，底板面高程-0.70 m，上臥式平面鋼閘門，卷揚式啟閉機啟閉;京杭運河立交地涵布置在新孟河入京杭運河口門東側約210 m處，2級水工建筑物，設計引水流量565 m3/s，設計排澇流量為498 m3/s，鋼筋混凝土現澆箱涵結構，單孔尺寸為8×6.5 m，共12孔，過水總面積為618 m2;九橋為賠建橋梁，共分2段，其中：跨船閘和節制閘段總長100 m，跨立交地涵引河段總長165 m，公路等級為3級，設計荷載等級為公路—Ⅱ級，橋面總寬10 m、凈寬7 m，裝配式預應力空心梁板結構，鉆孔灌注樁基礎。

船閘工程共劃分為14個分部工程，324個單元工程；節制閘工程共劃分為12個分部工程，180個單元工程；地涵工程共劃分為18個分部工程，596個單元工程；橋梁工程按共劃分為5個分部工程，214個單元工程。

2 BIM協同模式

奔牛水利樞紐工程包括船閘、節制閘、京杭運河立交地涵和孟九橋等主要建筑物，涉及水工、金屬結構、房建、電氣等多專業，各個專業技術人員需要共同參與協作完成。Revit中提供了項目工作集和鏈接文件2種協同模式。

在Revit中工作集將所有人的修改成果通過網絡共享文件夾的方式保存在中央服務器上，并將他人修改的成果實時反饋給參與設計的用戶，以便在設計時了解他人的修改和變更結果，工作集由項目經理在開始項目前設置完成，以確保所有用戶具備相應的訪問權限和修改權限。通過工作集可輕松實現同專業工作化整為零分配給多人工程完成，適合專業內部協同。

鏈接是將被的Revit文件鏈接到中心模型，配合使用Revit的碰撞檢查功能完成構件間碰撞檢查內容，適合專業間協同?？山M建私有云或租用公共云將模型中心文件放在云平臺，通過互聯網實現異地訪問、修改、建模與協同。

奔牛水利樞紐協同主要采用專業內部間工作集與專業之間鏈接相互結合的方式，依托企業內部的云平臺實現異地或多地協同設計及技術服務，協同工作見圖1所示。

圖1 奔牛樞紐協同工作模式

3 模型建立及拆分原則

施工BIM模型與設計模型存在差異，需要考慮施工工藝、施工步驟等因素，對設計模型進行拆分或者重建。模型拆分過細會加大建模工程量、增加中心文件體量使Revit瀏覽、修改變得卡、頓；模型拆分過粗不能滿足施工模擬、質量控制、施工管理要求。通常施工BIM模型拆分須按單元、清單、工序綜合考慮拆分?？紤]到奔牛樞紐模型較多，為輕量化Reivt模型構建和滿足施工控制要求，經分析單元拆分滿足施工模擬及控制要求[2-4]?！侗寂Ｋ麡屑~工程項目劃分表(調) 》中部分單元工程名稱及項目編碼劃分見圖2所示。

圖2 奔牛樞紐部分單元工程名稱及項目編碼劃分

在Revit文件中是通過族文件導入的方式建立整體模型，奔牛樞紐項目涉及構件多，對應的族文件也多，為了方面族文件調整修改及管理，需要對族及實例建立一定的規則。奔牛樞紐族與族實例命名規則依據《水利工程建筑信息模型設計規范》DB32/T 3841-2020：分部_功能_材質_厚度，比如：閘首_墊層_C25_10cm;導航墻_墊層_C25_10cm；每個單元名稱盡量為一個族文件，比如：地涵南側2#東翼墻Φ70 cm勁性復合樁基礎為一個相應族文件,如表1所示。

表1 奔牛樞紐族與族實例命名規則

4 信息的錄入及提取

施工BIM應符合施工工藝要求，方便建設管理，為施工階段全方位服務的信息模型。BIM模型只有關聯相關信息才能為施工階段服務。信息過多增加錄入工程量，信息少不能有效為施工服務。經過分析設定 9 個參數：1)單元工程名稱； 2)單元工程編號；3)計劃開始時間； 4)計劃完成時間；5)施工開始時間； 6)施工完成時間；7)質量檢測信息； 8)施工責任人 ； 9)備注。單元工程名稱和單元工程編號與奔牛水利樞紐工程項目單元劃分表一一對應，計劃開始時間、計劃完成時間、施工開始時間、施工完成時間為施工進度和過程控制服務，質量檢測信息便于掌控工程質量，施工責任人在施工質量出問題可以追溯。在Revit中通過設置項目參數與模型構件關聯。

奔牛樞紐中總共有49個分部工程，1 314個單元工程，單元信息的錄入和查詢麻煩，本次通過Revit二次開發實現目參數與模型構件關聯與提取。

Revit的應用程序編程接口(Application Program Interface 以下簡稱“API”)可用Visual Basic.NET、C#、以及C++/CLI等任何與.NET兼容的編程語言進行編程。Revit提供兩種方式來擴展其功能：一種方式是創建一個外部命令(External Command)，這種方式由用戶點擊添加的命令按鈕來啟動二次開發生成的相應命令；另一種方式是添加一個外部應用(External Application)，即添加一個菜單或工具條，二次開發生成的插件在啟動和關閉Revit時自動執行，經綜合比較選用創建一個外部命令來實現構件信息的關聯與獲取。界面如圖3～5所示。

圖3 構件信息的關聯與獲取工具條

根據單元工程名稱、單元工程編號、質量檢測信息、施工責任人、備注簡單條件查詢獲取所需構件信息；也可選擇時間段(月、季)查詢，可以查詢時間段內計劃完成單元、實際完成單元、提前完成單元、延期完成單元、提前開工單元、延期開工單元。查詢完成后可以在眾多模型中顯示指定單元或全部單元，亦可導出數據進一步分析應用。通過二次開發在Revit中無需導出到第三方管理平臺也可實現指定時間段內進行單元狀態統計，獲某一時間段計劃完工、實際完工、計劃開工、實際開工中的提前完工、延期完工等情況并以柱狀圖直觀對比顯示統計結果，方便對施工過程的管控。

通過Revit二次開發實現在Revit軟件中將施工信息與模型構件關聯管理，方便查詢實時施工狀態，全面掌握模型構件現有狀態(工期、質量等)，從而實現在施工過程中對樞紐單元工程質量、進度等方面管控，施工結束后向業主提供包含施工信息的BIM運維模型。

5 施工模擬

基于 Revit 的可視化靈活性的特點，利用 BIM 技術建立建筑物的幾何模型和施工過程模型，可以實現施工方案的實時、交互和逼真模擬，進而對已有的施工方案進行驗證，亦可根據現場條件和工程特點編制多種施工方案并進行對比優化得出最優方案[5-6]。

施工模擬主要借助Navisworks軟件實現。先從Revit 軟件中綜合模型導出成.nwc 格式的文件，繼而選擇對應模型圖元與施工進度數據關聯，最后通過Navisworks軟件中TimeLiner工具實現。虛擬施工模擬可以準確把控施工進度，優化使用資源和場地的合理的布置，對施工進度、資源統一的管理，有利于工期的縮短、成本的降低和質量的提高。避免了在施工過程中因為資源缺乏導致的項目的停工或施工的遲緩。有利于施工人員更有效的理解并施工，減少了因信息傳遞所出現的遺漏或誤解，對施工進度的加快和項目質量的提升也是極好的，有利于項目組快速的決策。

圖4 構件信息關聯及結果

圖5 構件信息查詢窗體

TimeLiner工具還支持通過配置單元的開始外觀、結束外觀、提前完工外觀、延后完工外觀直觀形象展示施工進度計劃與實際進度計劃的差異。有利于施工人員在施工過程中全局掌控工程施工進程，亦可以施工完成單元工程為邊界條件合理安排未完工單元的施工模擬及安排。

6 結 論

本文以新孟河奔牛樞紐工程為例，詳細分析施工模型建立標準、施工模型族命名規則，BIM模型拆分標準，并將施工時間、施工質量與BIM模型關聯，編制Revit二次開發施工信息快速賦值與查詢插件，從而實現在施工過程中對樞紐單元工程質量、進度管控，施工結束后提供包含施工信息的BIM模型，為BIM在水利工程中的深入應用提供參考與借鑒。