BIM技術在H水系工程項目中的應用

陽思樂

【摘 要】隨著打造多樣化城市面貌的理念的推廣，G市秉持自我城市建設特色擬在新區建設時打造一個大型水系工程項目。為探索如何實現多快好省地完成H水系工程建設項目，文章首先分析了H水系項目工程的復雜性、專業性和較高的建設要求，并以此為前提，通過描述利用BIM技術搭建協同合作的虛擬平臺、建立精準的參數化三維模型、對復雜工程進行快速算量、對設計變更進行有效性驗證及對關鍵部位進行模擬檢查等工程應用活動，論述了如何利用BIM技術優勢優化水系工程建設過程，實現該類型工程智能化、信息化的管理，從而證明了BIM技術在復雜的項目管理中應用的科學性和有效性。

【關鍵詞】H水系項目;BIM技術;工程應用

【中圖分類號】TU71 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）12-0098-03

0 引言

2012年G市開啟新城區建設工作，基于其獨特的城市水景觀建設文化和新區雨洪管理的基建需求，G市政府決定依據新區現有的河流湖泊和地貌特點，通過整治和打通現有河道、建設壅水壩與補水渠及完善周邊園林綠化等方式，建立一個集河道整治、凈水蓄水、防洪排澇、景觀園林等多種功用為一體的綜合性水利建設工程——H水系建設項目。H水系工程項目具有以下特點：①建設規模較大，分部分項工程較多，具有相對復雜性和系統性;②對規劃建設的合理性和預見性要求較高，工程建設過程試錯成本較高;③建設投入大、耗時長，建設過程中不確定的風險較多;④專業程度高，不同專業、不同工種需要協調合作共同完成等。利用傳統的CAD技術，其二維的特性導致在參數調整、施工交底及具體應用時存在時滯性高、表達不明等弊端[1]。因此，如何利用新技術幫助從設計到實物的轉化過程加速推進成為亟需解決的現實問題。針對一些規模較大的項目，BIM技術以3D建模為框架構造的建筑信息存儲庫，可以對施工方案進行優化[2]。

BIM即Building Information Modeling的簡稱，是為了優化工程從設計到建造整個過程的數據化技術工具，將工程相關的信息數據通過參數化的模型進行整合，并為建設施工整個生命周期提供信息共享和交流的平臺[3]。BIM不僅是單個的軟件，它是一種新的項目建設實施方法，將施工過程從設計到建模，從管理到運營整個循環都集中到一個技術平臺上。BIM技術所提供的一體化設計、管理、分析平臺更適用于復雜工程，利用三維集成設計實現多專業與學科的聯合應用，使得設計中的各方面信息點的轉遞與轉化更加方便與快捷化[4];利用其仿真模擬特性，能夠花費較少的成本在盡可能地接近實際情況的模擬系統內不斷地進行設計方案的優化。

1 BIM技術在H水系工程項目中的應用

1.1 搭建協同合作的虛擬平臺

由于H水系工程項目參與建設的單位眾多，數量巨大的共享文件的傳遞和修改成為一項煩瑣的工作，而為了讓各參建方可以在整個建設過程中隨時隨地對項目工程實現網絡化、協同化管理，讓所有施工資料能夠集成管理、及時讀取和安全訪問，水系建設業主單位搭建了Project Wise平臺。在工程管理過程中經常使用的MicroStation、AutoCAD、Office等應用程序的文件，在ProjectWise平臺上可以直接打開進行操作，加快了文件處理的速度，提升了辦公效率。利用ProjectWise系統的應用優勢，項目部整體實現了業主監理靈活發布、設計團隊智能共享、施工團隊動態審查等諸多管理優化，滿足了多方信息實時交互的需求，實現了實時動態、集成高效的管理模式。

1.2 建立精準的參數化三維模型

在水系工程中，Civil 3D強大的地形處理能力與Revit建筑模型建立的便捷性得到了有效交互，三維模型是現實場地與設計建筑的真實結合。Civil 3D是土建活動中帶狀工程的建模首選，適用于H水系建設中的河道疏浚、護岸道路建設等帶狀工程的建模工作。利用Civil 3D的原始場地分析和三維地質分析功能，可以在施工前對河道的流向、交匯及護岸的坡度、坡向等進行預先分析，同時還可對現有建設方案進行有效驗證。在進行該項目某渠道岸邊道路建設時，借助Civil 3D的配套軟件構件了包括路面、堤背、護坡、賓格和花池等各類部件，然后導入Civil 3D進行組合使用。只要對部件參數進行調整，就可以得出不同的建模設計，再配合Civil 3D所建立的原始河岸模型，選擇出最適合的方案，減少后期返工。

而Revit軟件可以完成H水系建設項目中渡槽、橋梁、壩體等水工建筑物的三維建模，通過族功能創建出目標物的各個構件再組合成完整的三維模型，提供更直觀的設計呈現，同時能對配筋、鋼骨等組件進行分析，方便后續算量和調整。圖1為H水系項目中大皇山閘壩的三維建模。河道渡槽建設規模不大，但施工工序較繁瑣，渡槽架構包括獨立圓柱槽墩、梯形墩邊和渡槽頂面，每一個構件都分布大量需要人工綁扎的鋼筋，因此需要進行明確的施工交底。為解決書面交底難以說明的弊端，采用了更高效、更直觀的Revit軟件建模，利用建立的3D鋼筋模型對關鍵的槽墩和槽身部位在實地建設前進行模擬施工，確保現場操作人員迅速掌握施工要求。

1.3 實現復雜工程的快速算量

基于三維模型的快速算量是BIM參數化優勢的體現，也是普及最快的應用方向，通過BIM技術傳遞出來的數據信息具備較高的精準性及真實性[5]。在水系建設過程中，無論是河道工程還是水工建筑物工程，都會涉及大量的工程量計算，BIM技術利用現代化的數字信息處理技術，信息處理能力更強，可為工程建設提供更強有力的數據支持[6]。

（1）使用BIM技術進行土方量計算。技術人員結合原始設計圖和放線測量所得出的數據，建立與實際地形吻合的三維模型。在河道工程施工前，利用Civil 3D曲面模型的建立功能，可以先由技術人員結合原始設計圖與放線測量所提供的原始地形數據，建立原始地形模型與設計模型，兩個不同模型結合在一起后就可以清晰地表現出需要進行填挖處理的土石方區域。基于BIM模型的參數化動態關聯特性，工程部可以以模型為基礎進行挖掘和填筑實驗，從而選出最佳方案，并準確、快速地計算出土（石）方的開挖和回填量。

（2）使用BIM技術進行工程材料量的計算。以往的水利建設工程量計算常常采用人工統計的方式，二次復核耗時且費工。例如，水系建設中壩體、護坡、渡槽等異形結構體，鋼筋圖紙復雜，人工算量容易出現錯項和漏項。在H水系建設工程引入BIM后，就可以在完成目標物的三維建模后，直接從Revit軟件中獲取鋼筋等材料的工程量統計，再和原有數據進行比對，就可以大大提高計量效率和準確度。

1.4 針對設計變更的有效驗證

設計變更是建設過程中難以避免的問題，一旦變更就需要對新舊方案進行對比，同時對新的設計的可行性進行驗證。以H水系項目為例，某河段原本設計為渡槽與人行道分離的形式，該渡槽長度較長又位于河道轉彎處，但原方案對行洪泄洪會產生不利影響。加之該河段后續河道岸線發生了變更，原有渡槽的設計長度不再適合現有河道寬度，因此需要進行設計變更。在修改討論時，設計人員曾提出直接增加渡槽跨數的方案，利用Revit模擬建設后發現該方案中橋臺會直接壓于親水步道上方隔斷親水平臺，為避免重新設計花費過長時間，設計單位與施工方在BIM建模的基礎上對原方案進行了修改驗證，設計出結構更緊湊的“下通水、上行人”的新型渡槽，通過Revit設計出來的圓柱形獨立墩，不僅美觀度有所提高，水流通過情況也更好，更好地滿足了業主的需要。

在項目河道岸線設計變更時，項目部引入了基于真實環境數據進行基礎設施設計的InfraWorks 360軟件，利用Civil 3D制作的三維河道模型導入到InfraWorks 360進行數據交互，可執行洪水位模擬和分析，明確顯示修改過后的河道在不同降雨量的情況下，一段時間內水面高程、水深和洪水淹沒區域的變化，以在真實的數字場地環境模擬洪水淹沒區域的過程。這種詳實的數據分析，有效地驗證了河道設計變更后能否滿足既定的防洪要求，既提高了設計變更的效率，也為水系后續防洪排澇運行管理提供重要依據。

1.5 對關鍵部位進行模擬檢查

在水系工程建設過程中，技術人員可根據施工圖紙在Civil 3D應用上建立高精度的地形、環境及水工建筑主體結構三維信息模型，用以清晰地展示建設場地與設計構造物之間的微妙關系。以該項目某河道堤防與渡槽連接處的設計為例，通過BIM建模發現新渡槽進出口的漸變段位于河岸堤防的上方，但堤防可能出現不規則的沉降導致與其交匯的渡槽結構出現裂縫，因此決定在交匯處設置搭板用以承載渠道。但這一關鍵部位變更會調整渡槽進出口的位置，導致與原有渠道無法平順連接。為解決這一問題，在BIM模型中對該接口采用漸變處理和圓弧形連接的手段進行處理，并通過了設計驗證。這一模擬檢查避免了施工過程中變更渡槽走向而造成的工期拖延和成本增加。

2 結語

本文以H水系工程項目為例，說明了BIM技術在河道工程、渡槽工程中應用的科學性，主要結論如下。

（1）參數化的建模為河道工程及各類水工建筑提供了便于調整的智能設計方式，無論是復雜部件的分部處理，還是關鍵部位的施工模擬，其三維可視化和動態鏈接性的特點都為設計方和施工方提供了極大的便利。

（2）與傳統二維施工圖相比，BIM建模圖元之間的關系更清晰、信息承載更豐富，為設計審查和施工交底提供了更為直觀易懂的展示方法。同時，對于目標物與環境之間的關系顯示得更為真實，所有的沖突點一目了然，為方案驗證提供了可靠的技術支持。

（3）BIM自帶的統計功能和信息輸入輸出功能，極大地減少了統計分析的工作量，更利于項目成本和進度管理。同時，通過三維模型的參數化自動調整，確保跟隨施工進度實時更新。

（4）在設計和建設過程中對水系各個部位進行全生命周期的數字化處理，在后期資產管理和運營階段打造一個基于BIM數據的資產信息管理平臺的難度將大大降低，為后期管理與維護提供了堅實保障。

參 考 文 獻

[1]余軍，田永生，胡燚，等.拱壩三維設計技術應用與研究[J].人民黃河，2013，35（3）：79-81.

[2]付永建.論BIM技術如何更高效指導工程施工[J].中國標準化，2019（10）：49-50.

[3]葉建科，耿茜，鄭易，等.BIM建模技術在海事碼頭結構設計中的應用[J].水運工程，2018（10）：172-176.

[4]李莉.BIM技術在建筑設計、項目施工及管理中的應用[J].山東工業技術，2019（18）：116.

[5]曾曉真.BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢分析[J].中國標準化，2019（10）：63-64.

[6]任一希.BIM技術在建筑施工現場管理上的應用[J].中華建設，2019（1）：64-65.