BIM技術在航道整治工程中的應用研究

管先祥，王翀

（長江宜昌航道工程局，湖北 宜昌 443000）

依照工程屬性可以將內河航道項目劃分到線性工程一類，這種工程的典型特點之一就是需要頻繁調整設計方案，在調整的過程中因循二維的設計方法，就會導致在計算的環節產生嚴重的失誤，基于此，本文主要探討在航道整治工程中，BIM 技術的應用，分析在工程中應用BIM 的具體技術，并以實際航道工程為例，探討BIM 技術在工程方案設計中的應用。

1 航道整治工程BIM 應用

BIM 技術的迅速發展受益于工程建設技術整體的進步，在各項工程建設領域，都廣泛應用BIM 技術，并且技術的應用逐漸呈現出多樣化的態勢，比如，在應用BIM 技術的過程中引入現代信息技術、分多個不同階段應用BIM 技術以及從多個不同的角度入手應用BIM 技術。在眾多的工程建設中，航道整治工程應用BIM 技術的頻率相對較高，國內眾多航道整治工程中都應用到了該技術，其中長江各游的航道基本上都應用了BIM技術，在眾多的工程實踐中，BIM 技術的應用被推動至一個新的層次。

1.1 航道整治工程特點

在航道整治工程中應用BIM技術主要是用來建模，航道河址的建模具有重要的意義，它是后續挖填土石方、筑壩、護岸以及整治建筑物時必不可少的工具。尤其是其中的整治建筑物環節，在航道兩側，建筑物的分布和排列大多呈狹長狀，擁有廣大的占地面積，并且與航道本身有密切的關系。河道和地形的數據需要時常更新，在每一次更新工作完畢之后，原有的BIM 模型就不能繼續使用，必須重新建立BIM 技術模型，這必然會導致工作負荷的增加。

同時，航道整治的建筑物，就其形狀而言，表現出不規則的特性，在建筑物的各個部件之間，沒有十分明確的關系。在河道整治建筑物的布局上，地形因素將會產生較大的影響。河床地形處于不斷的變化中，這會影響整治建筑物的布局。因此，在航道整治工程中，應用BIM 技術建模需要長期進行，不斷更新。

1.2 BIM 技術概述

BIM 技術出現的時間較晚，從2002年至今不過19年，但是該技術一經問世，就在建筑領域發揮了重要作用，在建筑行業中，該技術可以集成建筑信息，可以貫穿建筑工程的全過程，建筑工程的全部信息都集中在一個三維模型的信息庫中，以該數據庫為核心，與建筑工程相關的各個主體可以協同開展工作，工作的效率顯著增加，彼此之間溝通將更為方便，以往產生的過多成本也可以節省。

在BIM 技術中，其核心是建模技術，也就是建立一個工程的虛擬三維模型，在這一過程中需要利用到數字技術，為模型的建立提供工程全部的數據，并建立起相應的工程信息庫。在信息庫中，涵蓋有建筑工程的各方面信息，包括幾何信息、狀態信息等。建筑工程信息集成化的程度將在虛擬三維模型的幫助下顯著提升。同時，利用BIM 技術，建筑工程各主體也可以擁有一個平臺，用于共享和交換信息。

在BIM 技術中，典型的特征如下所示：BIM 技術可以應用于建筑工程的全過程，包括前期的設計階段和后期的驗收階段；利用BIM 技術可以完成數字化的設計工作；利用BIM 技術建立的數據庫處于動態變化的過程中，相關單位應當定期或不定期更新數據，保證數據庫隨時可以應用；利用BIM 技術可以建立一個平臺，將建筑工程各方聚集到一起，妥善協商各項事務；BIM技術同樣有標準，但是標準仍在確立的過程中。

1.3 BIM 應用在航道整治工程中出現的問題

目前，BIM 技術平臺作為一種商品，在市場上有較高的熱度。但是這些BIM 平臺在最初研發的過程中并非專門針對航道整治工程，因此，在航道整治工程中不能直接將市場上的BIM 平臺拿來使用，需要配備相應的工具，并且要遵循一定的使用方法，這就需要本地化的樣本文件以及相應模型庫，但是這兩項工具都十分短缺。同時，航道整治工程不同于一般的建筑工程，因此，直接將其他工程中對BIM 技術應用的方法照搬過來必然會產生水土不服的現象，延誤工程的進行。為此，工程負責單位需要充分把握航道整治工程的特點，系統性研究該技術的使用，這樣才能發揮出BIM 技術的最大價值，充分服務于航道整治工程。

2 航道整治工程BIM 應用關鍵技術

2.1 以BIM 為基礎的多源測量數據集成技術

航道整治工程本身較為復雜，在工程中涉及護岸、筑壩以及護灘等多項內容。在航道整治工程中必須從多個源頭測量數據，包括基礎的圖像數據、點數據以及三維場景圖像等。在集成轉換的過程中，由于數據本身的形式不同，會直接導致數據的丟失，也就無法完成相應的數據更新處理，但是在BIM 技術應用之后，上述的問題基本可以克服。

在研究航道整治工程中的BIM 技術應用時，本文綜合考慮了大量的因素，并完成可測試和調查研究工作，最終選擇Autodesk 這一BIM 技術平臺。

地貌的紋理數據和骨架模型數據是三維地貌模型中兩個主要的部分，三維的地貌模型就是將一定空間中的地表元素使用三維方式表現出來。其中，在構建地貌骨架模型的過程中，需要獲得地形高程數據的相關文件，以及地貌相應的電子地形圖，同時，還要借助包括三維激光掃描技術以及航空攝影測量技術在內的多項技術，完成外業的測量工作，之后要完成多源數據的整編工作，當這項工作完成之后，就可以完成地貌骨架模型的構建工作。

在構建地貌紋理模型的過程中，同樣需要獲得相應的地貌數據，包括地表形態、地形橫剖面和總剖面的數據。在獲取必要的紋理數據過程中，可以利用谷歌地球等多個平臺，也可以從DOM 文件中獲取數據，但是需要使用到DOM 文件。在建立地貌紋理模型的過程中，需要結合使用Infraworks 軟件，通過參數的設置，自動化完成識別和配準工作，為三維地貌紋理模型的建立做好最后一步。

2.2 整治建筑物建模技術

在建筑物整治的過程中，每一項環節都與河流地形之間存在密切的關系，包括筑壩、護岸和護灘等。在建筑物改造的過程中，標高和形狀都各不相同，這是由于具體改造方案的以及工程所在區域的不同都會對其產生影響。河流上游不僅會帶來流水，也會攜帶大量的泥沙，尤其是河道周圍植被稀疏，這樣河流的地形就會長期處于被侵蝕的狀態，也會沉積大量的泥沙，進而導致河道地形也在不斷變化的過程中，因此，以往測量得到的數據需要隨時更新，河道地面的模型已經整治建筑物的模型同樣需要更新。在這些模型更新的過程中，離不開整治建筑物建模技術的使用。

2.2.1 護灘和護底模型

在整治建筑物的過程中，護底和護灘兩項工作是重要的內容，在這兩項工作中，主要的工作是排上和排邊拋石。在劃分軟體排的過程中，將劃分標準確定為壓載形式，可以劃分為多種軟體排，包括系結壓載、沙被、散拋壓載等。在表達三維軟體模型的過程中，可以使用三維實體對象與三維曲面。其中，三維曲面可以將排體的參數特性反映出來，并且十分精準，同時，使用這些工具可以大大簡化創建、修改和維護模型的過程。護底和護灘表達模型使用三維實體對象模式可以在顯示的過程中有效提升三維可視化的程度。在實際的河道整治工程中，要基于實際情況靈活運用上述技術。此外，在創建排邊拋石模型的過程中，可以應用Civil3D 軟件，模仿道路模型創建的方法即可。

2.2.2 筑壩結構物模型

在河道整治工程的筑壩環節，需要建立筑壩結構的模型，在模型中，主要包括三部分，其一是壩根、其二是壩身、其三是壩頭。在布置壩頭平面時要保證外形為平滑的曲線，同時，要控制河流邊坡的坡度，由于流水本身會對壩頭產生影響，因此，在設置壩根和壩身的過程中，要與壩頭保持距離。筑壩結構物模型的下部曲面可以直接利用地形曲面，上曲面需要參照基準線和放坡規律。

2.2.3 護岸模型

在河道整治工程中，護岸結構主要為斜坡式的斷面，其中包括多個具體的結構，比如，護腳護底以及水上和水下的護坡，其中水上的護坡最為關鍵，因為其中涵蓋了護面、護肩以及反濾層等多項結構。各個部分結構的具體組成和特點將會在護岸模型中顯示出來，在后續統計河道整治工程量、模擬施工的過程中離不開護岸模型。在建立護岸模型的過程中，可以參考建立壩體模型的過程，為了避免出現重復建模的情況，可以簡化建模的整個過程。

2.2.4 模型更新

BIM 模型在建立之后并不是一勞永逸，需要更新，需要維護，尤其是地形數據被更新之后，或者設計方案被調整之后。同時，在河道整治工作中建立起來的模型具有參數化的特點，因此，在修改模型的過程中，必須相應修改目標參數，避免兩者之間產生差異，影響模型使用。

2.3 以BIM+GIS 為基礎的航道整治物維護管理技術

在航道整治工程中，BIM 技術得到越來與廣泛的應用，尤其是當下的航道工程維修工作，已經與BIM 技術密切聯系在一起。在航道整治工作中，目前集成應用了BIM 技術以及GIS 技術，這兩項技術的應用可以大幅提升大型或者長期的區域項目的管理能力。

BIM 技術主要應用在單一的建筑中，而借助GIS 技術可以擴展BIM 技術的應用范圍，將其擴展到航道整治這種區域性的工程項目上。在航道整治工程中，集成應用這兩種技術，可以集成大型的模型與場景的數據，進而實現多管理，包括利用BIM 技術的精細化管理，以及GIS 技術的宏觀層面的管理。目前，大部分GIS 系統都有相應的插件，用于支持BIM 模型，同時，在現有的BIM 平臺中，也有相應的插件，可以支持GIS 平臺，在兩種技術的結合下，集成甚至可以達到數據級。GIS 平臺可以支撐海量的數據，在航道整治工程中可以將BIM 數據導入到GIS 平臺中，方便工程的進行。

3 工程案例

本航道整治工程在京杭大運河與錢塘江的交匯處，該工程的特點包括：一、較長的施工路線、二、較大的工程體量、三、較多的施工管理要求。為此，在該工程的施工中，應用了BIM 技術。

3.1 工程中BIM 技術的方案

在搭建BIM 模型的過程中，需要相應的數據作為支撐，包括對工程地形的測圖數據以及前期設計階段的施工圖。在地形建模的過程中應用了Civil3D 軟件，之后完成了河道整治工程BIM 模型數字資產的集成，詳見表1。

表1 BIM 技術方案

3.2 工程中BIM 技術的應用

在該河道工程中，應用的BIM技術主要分為兩部分，其一是應用BIM 技術的模型，其二是BIM 技術作為平臺的集成應用，詳見表2。在河道整治工程項目中應用BIM 技術模型的主要作用在于精細化建模以及虛擬漫游，在BIM模型應用的過程中要保證足夠的深度和廣度。關于BIM 技術作為一個平臺的集成應用，首先應當將平臺搭建起來，之后完成包括空間、溫度和項目的管理工作，在河道整治工作中遇到的困難可以使用物聯網以及GIS 等技術解決。

表2 BIM 技術應用

4 結束語

在河道整治工程中，BIM 技術的重要性無需贅言，通過BIM 技術，施工平臺可以得到有效管控，施工程序可以被自主研發，同時，在河道整治工程的各個環節都可以實現精細化管理。此外，在河道整治工程中還可以應用GIS 技術和物聯網技術，進一步提升工程施工管理水平。