BIM技術在水閘建模中的應用

羅春艷 孫惠 盧志偉

1.吉林農業科技學院 2.吉林省航道管理局

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是建筑學、工程學及土木工程的新工具。它以建筑工程項目的各項相關信息為基礎，通過先進的信息化建模手段，創建建筑物各方面完整的三維數字模型[1]。BIM技術在建筑行業應用已經比較成熟，但由于水工建筑物體積龐大、結構復雜、地形地貌也沒有規律，很多BIM技術在建筑領域的研究成果并不完全適用于水利工程設計[2]。不過目前國內涌現出許多水利行業BIM應用的成功案例，且應用的范圍和深度也在逐步擴展，可以說，對于越是結構復雜、多專業協調性弱、施工難度大的工程建設中應用BIM技術，越是能體現BIM的價值。本文應用REVIT 軟件創建了水閘的建筑模型，為REVIT 在水工建筑物的應用研究提供參考。

1 BIM 技術在水利工程應用的特點

1.1 可視化性

水利工程在施工過程中需要有設計圖和施工圖，目前繪制圖紙都是二維圖紙，不同工作人員的三維想象能力差異可能在一定程度上會影響圖紙識讀。通過BIM技術可以構建三維模型，工作人員可依據三維模型更直觀地分析工程，發現設計中存在的問題并及時處理。

1.2 協調性

一個水利工程的順利完成需要設計、施工、監理單位等各單位的共同參與，不同單位在合作過程中會遇到各種問題，協調工作量很大。通過BIM技術可以保證參建各方及時掌握工程信息，減少設計、施工過程中溝通不及時產生的問題。

1.3 優化性與模擬性

與建筑工程相比，水利工程選址地形一般更為復雜，且地質條件更為多變，通過合理使用BIM技術，可以構建水利工程三維模型，利用模型數據的動態關聯，可以實時調整更新數據，并以三維模型體現。通過統計分析功能，可以完成不同方案的分析比較，選擇最優設計、施工方案。此外，可以針對工程進行施工模擬，根據模擬反饋數據，采取相應措施，減少實際施工過程中出現的問題，結合造價控制，實現成本控制。

1.4 參數化建模

雖然水利工程與建筑工程相比，結構更為不規則，但都可以通過REVIT 軟件構建各部分模型。可以通過構建族庫的方法加快模型創建速度。應用時，只需要修改“族”的尺寸參數，就可以快速生成模型，如擋土墻、護坡等。

1.5 快速計算工程量

BIM技術可以快速分類計算不同構件的工程量，并且精準度高，不存在重復計算、漏算的現象[3]。計算機可以根據構件自身參數化數據信息、幾何數據信息、物理數據信息識別構件種類，統計工程量信息。如不同標號混凝土工程量、鋼筋工程量等。同時，可以將不同的設計方案成本反饋給設計單位，方便控制工程造價。若已構建三維模型，發生設計修改、變更時，更改部分的構件工程量隨之變化，有利于設計、施工人員及時掌握變更信息。

2 水閘族庫創建

水閘由上游連接段、閘室、下游連接段組成。上游連接段主要作用是引導水流平順進入閘室，同時具有防沖、防滲的作用，下游連接段的主要作用是消能并將水流與下游河床相連，避免發生不利沖刷[4]。基于REVIT 軟件自帶族樣板，運用拉伸、旋轉、融合、放樣、空心形狀等命令，創建上游護底、護坡、翼墻、閘底板、閘墩、下游翼墻、護底、護坡、護坦、海漫、防沖槽族，創建水閘族庫。

以護坡族為例，講解族繪制方法。（1）族文件創建：首先在應用程序菜單中→新建→族→基于線的公制常規模型→打開。（2）單擊快捷菜單保存→選擇保存位置→新建文件夾，水閘族庫→雙擊水閘族庫→輸入文件名：護坡族→打開“選項”→設置最大備份數→確定→保存→返回族編輯界面。（3）幾何圖形繪制：工作平面創建。創建→“工作平面：設置”→“指定新的各種平面：參照平面左：左”→確定→“轉到視圖：立面”：左→打開視圖。在視圖建立相應參照平面及參照線。參數設置。單擊“注釋→尺寸標注：對齊”，給各標注賦予參數：選擇一個標注→“選項欄：標簽”→添加參數，給標注命名，如坡肩寬度。創建護坡斷面形狀：拉伸→“繪制：直線”→繪制。注意繪制完成后要將各線段與相應參照對齊鎖定。（4）調試。修改→屬性→族類型，調整尺寸參數數值，如各參數均能驅動幾何圖形變化，說明創建成功，如彈出錯誤對話框，則按提示進行修改。（5）長度關聯。轉到參照標高視圖，將繪制的幾何圖形左右兩側分別與左右參照平面對齊鎖定。（6）創建墊層形狀。為避免創建的幾何體對后續操作產生影響，可以將繪制護坡體隱藏。墊層形狀創建步驟與護坡形狀創建步驟類似，在此不再贅述。（7）材質設定。選擇護坡圖形，屬性→材質→添加參數→選擇材質→確定。（8）墊層可見性設置。屬性→“圖形：可見”→“右側按鈕：關聯參數”→添加參數→確定→“參數數據：名稱輸入墊層是否可見”→確定。（9）建立族類型。單擊修改→屬性→族類型，彈出族類型對話框，單擊“新建”，輸入有墊層護坡，點擊“確定”，注意，此時族類型對話框中“其他”選項中“墊層是否可見”為可選擇狀態，單擊應用，即完成一個族類型的創建。其他構建的族創建過程與護坡族類似，完成所有構建族的繪制，即完成水閘族庫創建。

3 BIM 水閘三維模型構建

水閘三維模型構建需要將各構件有序拼接成為一個整體，以閘墩為例，講解閘墩構建參數化模型方法。（1）新建項目。應用程序菜單中→新建→項目，選擇適用樣板文件，進入項目編輯頁面。（2）繪制標高、軸網。由于水閘結構組成多，為方便定位，還需要繪制參照平面。（3）載入族文件。選擇視圖，繪制參照平面所在平面名稱，如，水0.00→插入選項卡，載入族→選擇水閘族庫文件夾中相應的族文件，如閘墩→打開。（4）創建閘墩參數化模型。在項目瀏覽器，常規模型中，選中插入的閘墩族，右鍵→創建實例→修改/放置構件，放置在面上，選擇放置的面，根據具體要求選擇是否放置后旋轉以及旋轉角度，結合平面圖紙中參照面位置，鎖定閘墩放置的位置。創建實體時，一定要注意放置構件在平面和立面的位置，可以結合二維圖紙和三維圖形共同判斷。其他構建參數化建模過程與閘墩類似，如涉及需要修改構建尺寸時，根據標高、軸網、參照平面的定位，在項目中載入族，并拉伸至要求尺寸。可以運用對齊、偏移、鏡像、移動、復制、修改、旋轉、陣列等命令完成水閘三維模型構建。若涉及不同構件連接處的修剪問題，可以通過創建零件、排除零件的方式進行修改，最終完成水閘三維模型構建。

4 結語

利用BIM技術可以構建三維模型，并通過模型可以查詢參數信息。在設計過程中，涉及不同專業設計時，能夠發現設計中的問題，且通過工程量清單可以有效控制造價。在施工過程中，可以幫助確定合理施工方案，優化施工組織設計，控制施工成本，保證工程按時高質量完成。通過建立水閘族庫，可以加快水閘的信息化模型創建，推進我國水利工程的信息化應用進程。