BIM技術在渡槽設計中的應用

陳獻友，李芬花，趙萌萌，李 壯，杜 柏

(華北電力大學水利與水電工程學院，北京 102206)

1 概述

BIM技術在渡槽項目中的應用涉及了各個階段和多個方面。鄂北地區水資源配置工程中，采用BIM技術對大型現澆渡槽進行了結構的優化設計[4]；在太平河渡槽工程中，技術人員結合BIM技術提出了優化方案，并根據優化方案制定施工方案，與原方案對比提高了施工效率和質量[7]；韓莎莎等人建立了基于BIM技術的渡槽全生命周期信息模型，并將BIM模型與外部數據庫結合，實現了渡槽整個生命周期信息的有效管理[5]。本文將在已有研究和應用的基礎上，對BIM技術在渡槽項目中的應用進行補充和拓展，詳細闡述建立渡槽BIM模型的過程以及圖紙布置、工程量統計和碰撞檢測，為工程后續的智能化管理提供依據，對相關工程具有一定的借鑒意義。

2 創建渡槽的BIM模型

采用BIM技術建?？梢酝ㄟ^多個平臺實現，這里選取使用最為廣泛的Revit軟件，Revit是專門面向建筑結構設計的強大工具，所建立的信息模型除了幾何信息，還儲存了物理屬性、材質信息、力學參數等信息，集項目全生命周期的信息于一體，滿足用戶智能化建模的需求，這些信息還能通過二次開發與外部數據庫對接，應用于結構分析、施工模擬和運行管理等方面。Revit目前只提供了建筑、構件、結構、機械的四大類建模功能，要建立水工模型，只能通過自定義“族”文件建立各個部件的模型，再載入到“項目”文件中進行整合。

2.1 渡槽雙排架建模

使用“拉伸“和”空心拉伸“命令建立雙排架模型?？招睦炷茉趯嵭捏w中刪除一部分，可以先建立實心三維體作為輪廓，再用空心拉伸刪除不需要的部分，得到我們想要的模型，如圖1所示。

圖1 渡槽雙排架建模步驟示意圖

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規模型”樣板；

(2)使用“拉伸“命令建立實心長方體作為雙排架的輪廓；

(3)使用“空心拉伸“命令刪除長方體內部相應的一些部分得到雙排架模型。

2.2 渡槽漸變段翼墻建模

使用“放樣融合“命令建立翼墻模型。放樣融合可以把兩個二維平面沿指定的路徑連接到一起生成三維體，如圖2所示。

圖2 渡槽漸變段翼墻建模示意圖

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規模型”樣板；

(2)選擇“放樣融合“命令；

(3)繪制一條指定路徑以及兩端的平面，生成翼墻模型。

2.3 其余部分的建模

渡槽其余部分包括槽身、槽身拉桿、單排架、排架基礎、漸變段底板，這些部分都是結構比較簡單的常規模型，都可以通過“拉伸“命令完成建模，如圖3—8所示。

圖3 槽臺槽身接頭

圖4 單排架

圖5 槽身

圖6 槽身拉桿

圖7 漸變段底板

圖8 排架基礎

建模步驟如下：

(1)新建“族”，選擇“公制常規模型”樣板；

(2)選擇“拉伸“命令，按照各個部件的尺寸和形狀繪制截面，再拉伸到相應的長度，即可完成建模。

2.4 生成整體模型

渡槽各個部件的模型完成后，載入到項目中進行整合。先在項目中繪制標高和軸網，以便于各個部件模型的定位，然后切換不同的平面視圖，利用對齊、平移、復制、旋轉、鏡像等一系列命令，把構件放置到相應的位置，完成整體模型的搭建，如圖9所示。

圖9 渡槽三維模型

3 碰撞檢測

“碰撞檢測”是對已建成的模型進行檢查，檢查項目中的圖元是否存在沖突。在傳統的二維設計中，工程人員很難通過平面圖紙把各專業的模型完整、準確地整合到一起，檢測結果經常出現錯、漏、碰、缺等現象。Revit自帶的碰撞檢測功能，不僅可以把不同專業的模型通過“鏈接”命令自動整合為一個項目，還能自動檢測并生成沖突報告，在報告中點擊詞條就能在模型中高亮顯示發生碰撞沖突的部位，便于查找和修改，這大大減少了二維設計中出現的問題，提高了工程建設的效率。在Revit界面，按照“協作—碰撞檢查—運行碰撞檢查”的步驟就能完成該項操作，本文渡槽工程的沖突報告如圖10所示。

圖10 渡槽工程的沖突報告

4 工程量統計

隨著技術的發展，水工建筑物的形式越來越復雜，工程造價管理的難度也越來越大，其核心內容是工程量管理，直接影響到工程造價的準確性。傳統的工程量統計一般都是工程人員通過設計圖紙提取出項目的信息，然后整理出有價值的工程量信息，手工計算和利用各類辦公軟件輔助計算，這種方式往往受到一些主觀因素的影響，比如讀圖水平、計算能力、工作經驗等，準確性難以得到保證[2]。在工程造價領域，BIM技術作為一項新興的應用技術，提供了多種工程量統計軟件，為了實現一模多用，提高模型信息的傳遞效率和完整性、準確性，在使用Revit完成建模之后，可以直接使用Revit中的明細表功能對模型的工程量進行統計[6]，如圖11所示。

圖11 工程量統計明細表

5 BIM出圖

現場施工以設計圖紙為依據，設計圖紙的質量關乎到施工質量，傳統的圖紙繪制繁瑣，需要在多張圖紙上同時修改，效率低下，容易出錯。運用BIM技術出圖，可以很好的解決上述問題，在Revit中完成三維建模后，項目中會提供各個方位的立面視圖和平面視圖，項目中的“剖面框”功能可以截取任意想要的剖面視圖，“圖例”功能可以繪制小尺寸部位的詳圖，如果發生改動，只需要在三維模型中進行修改，所有的視圖都會自動修改。把指定的視圖復制到圖紙框中，就能完成圖紙的布置，本文渡槽工程的設計圖紙如圖12—13所示。

圖12 渡槽工程設計圖紙(1)

6 結語

本文借助Revit軟件，實現了BIM技術在某渡槽工程設計階段建模、碰撞檢測、工程量統計、圖紙布置的應用，可以作為BIM技術在水利工程項目深入開發使用的基礎。通過以上的探索，可以得出以下結論：

(1)Revit的“族”文件是構成“項目”文件的基礎，項目中的模型都是由族組成的，水工建筑物通常都設有一些非常規結構，比如某些進出水口的漸變段，以及本文渡槽工程中的翼墻，需要熟練掌握自定義族的使用，才能完成復雜模型的建立。

(2)BIM技術在設計階段的應用，可以彌補傳統二維設計的缺陷，本文借助Revit軟件完成渡槽BIM三維模型的同時，利用軟件中自帶的功能，完成了渡槽的圖紙布置、工程量統計以及碰撞檢測，結果由軟件自動計算得出，可以減少人為主觀因素的影響，降低返工的幾率，提高了工程建設的效率。

圖13 渡槽工程設計圖紙(2)

(3)BIM技術在水利工程項目中的使用可以繼續深入，在設計階段的基礎上，通過二次開發或者與外部數據庫結合，實現不同工程階段軟件之間的信息傳遞和協同工作。例如可以將該渡槽工程的數據導入有限元軟件中，進行結構分析和結構優化等工作。