BIM技術(shù)在伊辛巴水電站廠房設(shè)計(jì)施工階段的應(yīng)用與探索

肖 彬，杭旭超

（上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

BIM（Building Information Model）即“建筑信息模型”，是利用數(shù)學(xué)模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的過程，是為適應(yīng)建筑行業(yè)信息化發(fā)展需求而產(chǎn)生的高新技術(shù)，其起源于美國，逐步傳到歐洲、日本、韓國等國。由于BIM技術(shù)利用三維數(shù)字模型的可視化、模擬、協(xié)調(diào)、優(yōu)化、出圖的優(yōu)點(diǎn)，可以大大減少設(shè)計(jì)、施工、管理人員的工作量及失誤率，提升工作效率，便于后期數(shù)字化管理，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，從全球視角來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用已成新時(shí)代的主流。

我國BIM應(yīng)用起步相對(duì)較晚，但由于其本身的巨大優(yōu)勢(shì)，近幾年在國內(nèi)工民建和市政工程等領(lǐng)域推廣十分迅速，但BIM技術(shù)在水利水電行業(yè)的應(yīng)用還不太成熟，大型的水利、水電工程通常結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、形態(tài)各異、專業(yè)配合也較多，局部復(fù)雜部位的設(shè)計(jì)及施工常常是工程能否順利開展的關(guān)鍵，利用BIM技術(shù)進(jìn)行整體和復(fù)雜部位的三維模型展示、專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化顯得尤為重要，不僅可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，還有助于工程后期信息化管理。我公司也在多個(gè)水利、水電工程中，嘗試推行BIM技術(shù)的應(yīng)用，其中在伊辛巴水電站廠房設(shè)計(jì)施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用就是典型代表。

1 工程概況

伊辛巴（Isimba）水電站位于烏干達(dá)南部，處于維多利亞湖和基奧加湖（Kyoga）之間的丘陵區(qū)。維多利亞尼羅河的源頭下游50km處即是所謂的辛巴（Simba）瀑布，水電站就以該瀑布命名。項(xiàng)目位于瀑布下游約4km處，距離項(xiàng)目所在地最近的城鎮(zhèn)——卡永加鎮(zhèn)（Kayunga）約21km，距離金賈鎮(zhèn)（Jinja）約65km。

伊辛巴水電站的開發(fā)任務(wù)是發(fā)電。水庫正常蓄水為1054.50m，死水位為1052.50m，最高洪水水位為1055.00m，總庫容1.7068億m3。電站采用河床式開發(fā)，總裝機(jī)容量183.2MW，多年年平均發(fā)電量1062GW·h。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 三維協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)在推廣和應(yīng)用過程中，工程所涉及的各個(gè)專業(yè)間的協(xié)調(diào)配合一直是難點(diǎn)問題。在伊辛巴電站廠房BIM技術(shù)應(yīng)用中，嘗試?yán)萌S協(xié)同共享平臺(tái)，各個(gè)專業(yè)在同一軸網(wǎng)下，利用Bentley旗下的MicroStation和AECOsim Building Designer軟件進(jìn)行各個(gè)專業(yè)的三維建模，最后相互參照組裝，呈現(xiàn)工程實(shí)際內(nèi)部構(gòu)造。其中，1#～4#機(jī)組整體模型如圖1所示，1#機(jī)組第四層各專業(yè)配合系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖1 1#～4#機(jī)組三維模型

圖2 1#機(jī)組第四層各專業(yè)配合系統(tǒng)圖

2.2 三維模型的應(yīng)用

2.2.1 復(fù)雜部位模型展示

在水電站廠房中，有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或孔洞較多的部位在二維圖紙很難清楚表達(dá)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員也不易形成空間概念，通過BIM技術(shù)三維模型的展示進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，可以幫助現(xiàn)場(chǎng)理解二維圖紙，為后續(xù)施工的開展提供方便。廠房?jī)?nèi)部蝸殼三維模型如圖3所示，機(jī)墩風(fēng)罩模型如圖4所示。

圖3 蝸殼三維模型

圖4 機(jī)墩風(fēng)罩三維模型

2.2.2 分層分塊出圖

在滿足混凝土施工規(guī)范和溫控要求下，進(jìn)行分層分塊出圖。利用Bentley軟件導(dǎo)出U3D格式文件，結(jié)合PDF軟件，展示出可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的三維模型，幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員建立空間概念、理解設(shè)計(jì)意圖，指導(dǎo)施工，同時(shí)，可以精確快速統(tǒng)計(jì)混凝土方量，為現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)校核混凝土方量提供參考，方便管理。伊辛巴水電站廠房1#機(jī)組段第七層（高程1024.00～1028.90m）分層分塊系統(tǒng)圖，如圖5所示；第七層混凝土局部分塊圖，如圖6所示；第七層各個(gè)混凝土塊的方量見表1。

圖5 1#機(jī)組第七層分層分塊系統(tǒng)圖

圖6 1#機(jī)組第七層分塊編號(hào)②詳圖

表1 1#機(jī)組第七層分塊混凝土方量統(tǒng)計(jì)表

2.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

通過三維模型的建立及分層分塊細(xì)化出圖，可以檢查出二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中未考慮全面的內(nèi)容，如一二期混凝土分隔設(shè)計(jì)不合理、施工過程中有些設(shè)計(jì)難以實(shí)施的狀況等，提前進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，避免在施工過程中臨時(shí)發(fā)現(xiàn)再作調(diào)整而影響施工進(jìn)度。在伊辛巴水電站廠房BIM設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組集水井一期混凝土邊壁厚度不足、4#機(jī)組6#廊道原來的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)蝸殼結(jié)構(gòu)有一定的削弱等問題，經(jīng)各專業(yè)協(xié)商后，及時(shí)對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。

2.2.4 碰撞檢測(cè)

水電工程廠房設(shè)計(jì)往往包含土建、水機(jī)、電氣、金結(jié)、暖通、給排水等各個(gè)專業(yè)，專業(yè)間的配合設(shè)計(jì)問題是工程能否順利開展的關(guān)鍵。在伊辛巴水電站廠房BIM應(yīng)用中，經(jīng)過專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，通過碰撞檢測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)間的配合設(shè)計(jì)問題，如管道穿破止水、管道穿過主要牛腿、不同專業(yè)間的管道之間相互打架或與設(shè)備碰撞等，提前消除這些問題，保證了后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

3 結(jié)語

3.1 收獲

通過BIM技術(shù)在伊辛巴水電站廠房設(shè)計(jì)施工階段的應(yīng)用，進(jìn)行了廠房?jī)?nèi)部各個(gè)專業(yè)間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，再利用三維模型進(jìn)行復(fù)雜部位的模型展示、分層分塊出圖、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、碰撞檢測(cè)等，有效解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中對(duì)工程復(fù)雜部位理解表達(dá)不清楚以及專業(yè)配合經(jīng)常出現(xiàn)碰撞的問題，不僅提升了整體設(shè)計(jì)水平，也為現(xiàn)場(chǎng)工程的施工和管理提供了方便，而且是對(duì)僅局限于模型設(shè)計(jì)階段的一次突破和創(chuàng)新，且取得了很好的效果。

3.2 后續(xù)改進(jìn)

雖然在伊辛巴水電站廠房設(shè)計(jì)施工階段通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，取得了不少成果與新突破，但是也發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)的推行和應(yīng)用依舊存在不少問題：

（1）BIM技術(shù)操作與工程經(jīng)驗(yàn)不匹配問題嚴(yán)重。由于BIM是新時(shí)代的產(chǎn)物，許多工程經(jīng)驗(yàn)豐富的老員工尚不能完全接受和掌握相關(guān)軟件，而掌握BIM技術(shù)的大部分年輕同志又缺乏工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不能依靠自身能力推進(jìn)工程直接由三維到二維的正向設(shè)計(jì)。

（2）BIM技術(shù)在工程中缺乏完善的交付標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于BIM技術(shù)成果的展示，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、形式和流程。

（3）沒有完善的BIM技術(shù)合同模式。對(duì)于投入到某個(gè)BIM項(xiàng)目的人力成本、應(yīng)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益等都沒有完善的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

Randy Deutsch曾經(jīng)說“BIM是10%的技術(shù)問題加上90%的社會(huì)文化問題”。我們不僅要在技術(shù)層面加強(qiáng)學(xué)習(xí)和研究，儲(chǔ)備BIM技術(shù)人才，更應(yīng)該結(jié)合國內(nèi)文化、企業(yè)文化、工程當(dāng)?shù)匚幕?，?duì)BIM技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用模式、合同模式等工程管理學(xué)方面的問題進(jìn)行研究和探索。BIM技術(shù)在大型的空間復(fù)雜、體型奇異項(xiàng)目中的應(yīng)用更能體現(xiàn)其潛在工程價(jià)值，符合水利水電工程項(xiàng)目的特征，BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用可以提高水利水電工程信息化管理程度，未來必定會(huì)帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，前景廣闊。

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