BIM+GIS技術(shù)在水利樞紐工程全生命周期的應(yīng)用

嚴(yán)沾謀，李希龍，王正清，孫正華，張 磊

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概述

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，尤其是BIM+GIS技術(shù)在交通、城市等行業(yè)規(guī)劃中的應(yīng)用[1- 2]，促進(jìn)了BIM技術(shù)在水利水電工程的廣泛應(yīng)用[3- 5]，“BIM+”技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了水利工程的智慧建造[6]，但對(duì)于具有長距離輸水等大場(chǎng)景特征的水利樞紐工程，BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用較少，尤其是貫穿工程全生命周期的應(yīng)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(xiāng)供水及灌溉工程等組成。右岸城市供水工程由兩級(jí)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(jí)提水泵站、三個(gè)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(fù)雜性，涵蓋輸水、供水及發(fā)電，管線特別長，輸水供水干管和支管總長42.27km，在項(xiàng)目建議書、可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段應(yīng)用BIM+GIS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和出圖，并利用已完成的BIM成果進(jìn)行數(shù)字移交系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，使得工程質(zhì)量和工期得到保障。

2 BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用

2.1 GIS技術(shù)應(yīng)用

由于水利樞紐工程覆蓋方圓幾十公里范圍，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)量、規(guī)劃和設(shè)計(jì)，不僅效率低，成本較高，而且質(zhì)量不可控。為保障工程工期，提高工程建設(shè)質(zhì)量，在項(xiàng)目建議書階段，利用無人機(jī)航拍，基于BIM+GIS技術(shù)完成工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，如圖1所示，大大提升了水利樞紐工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

圖1 水利樞紐工程規(guī)劃局部圖

同時(shí)在初步設(shè)計(jì)階段，基于GIS技術(shù)對(duì)40多km長的輸水供水干管和支管進(jìn)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(jié)省了工程投資。

圖2 基于GIS技術(shù)的管線布置

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

水利樞紐工程覆蓋范圍廣，結(jié)構(gòu)和設(shè)備管路布置復(fù)雜。采用傳統(tǒng)平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式，將出現(xiàn)大量錯(cuò)漏碰現(xiàn)象，延誤工程工期，降低工程質(zhì)量，增加工程成本。為了避免采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法帶來的弊端，某水利樞紐工程在項(xiàng)目建議書、可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和出圖。

在可行性研究階段，利用CATIA軟件強(qiáng)大的參數(shù)化及模板設(shè)計(jì)功能，快速進(jìn)行壩型、壩址、廠房的多方案比選，大大提升了方案設(shè)計(jì)效率，并應(yīng)用3DVIA Composer軟件進(jìn)行BIM展示匯報(bào)，提高了工程參建各方對(duì)各種設(shè)計(jì)方案的理解。

該水利樞紐工程以項(xiàng)目WBS為條件，創(chuàng)建設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和樞紐全局骨架及專業(yè)局部骨架，在個(gè)人權(quán)限節(jié)點(diǎn)下，各層級(jí)的骨架將數(shù)十個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)過程和結(jié)構(gòu)有機(jī)整合為一體，在工程全生命階段應(yīng)用ENOVIA VPM協(xié)同平臺(tái)和CATIA軟件進(jìn)行BIM協(xié)同設(shè)計(jì)，完成大體積異形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如圖3所示。同時(shí)，結(jié)合Revit軟件在框架結(jié)構(gòu)和管線設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，采用Revit軟件對(duì)廠房和泵房的框架結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線綜合進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)和出圖，如圖4所示。最后應(yīng)用BIM模型進(jìn)行大壩應(yīng)力應(yīng)變、溫控、穩(wěn)定性三維有限元分析等，并輸出三維圖紙，反映結(jié)構(gòu)空間關(guān)系和相對(duì)尺寸，比傳統(tǒng)的平面圖具有更強(qiáng)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(jié)構(gòu)BIM設(shè)計(jì)

圖4 廠房結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備管線BIM設(shè)計(jì)

圖5 主廠房機(jī)電設(shè)備三維布置圖

圖6 數(shù)字化移交系統(tǒng)工程全貌

圖7 數(shù)字化移交系統(tǒng)機(jī)電管線綜合

2.3 數(shù)字化移交技術(shù)應(yīng)用

為了將BIM設(shè)計(jì)模型和各類施工、建設(shè)管理和運(yùn)維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，有效消除信息孤島，充分挖掘BIM成果的應(yīng)用價(jià)值，該水利樞紐工程基于B/S構(gòu)架，并集成監(jiān)測(cè)、監(jiān)控等功能，完成水利樞紐工程數(shù)字化移交系統(tǒng)的開發(fā)，如圖6和7所示，并應(yīng)用于工程建設(shè)。該數(shù)字化移交系統(tǒng)采用瀏覽器直接打開，避免了BIM軟件的安裝，同時(shí)將三維模型與模型信息、圖紙、報(bào)告等進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目信息化集成。數(shù)字化移交技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了BIM成果的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交付，建立了參建各方的會(huì)商平臺(tái)，提高了工程參建各方對(duì)項(xiàng)目的理解，充分實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目信息管理與共享，更好的用于指導(dǎo)工程施工建造，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度和成本的有效管控。

2.4 擬開展的BIM應(yīng)用

該水利樞紐工程目前處于施工階段，正在進(jìn)行拱壩虛擬建造工作，下階段擬開展數(shù)字化運(yùn)維、數(shù)字化資產(chǎn)管理、安全事故應(yīng)急管理等BIM技術(shù)應(yīng)用工作，提高BIM模型的附加值，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的價(jià)值最大化。

3 結(jié)語

鑒于水利樞紐工程結(jié)構(gòu)布置復(fù)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(yīng)用BIM+GIS技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖，并利用BIM成果完成數(shù)字移交系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高了工程質(zhì)量，節(jié)省了工程投資，保障了工程工期，為BIM+GIS技術(shù)在具有大場(chǎng)景特點(diǎn)的水利、電力、交通、市政等項(xiàng)目的應(yīng)用提供了有價(jià)值的參考。