BIM技術在綠水灣濕地公園項目中的應用

徐海峰，胡 錦，包振東

(南京市水利規劃設計院股份有限公司，南京 210022)

0 引 言

近年來，BIM技術正在交通、水利、市政等基礎工程領域快速普及推廣，尤其是國家、地方政府相關政策的出臺，更為BIM技術的廣泛、深度應用創造了良好的發展環境。BIM技術為工程設計帶來標準化、參數化、流程化的設計理念，打破了傳統二維CAD設計模式下各專業相互獨立、信息脫節的狀況，突破了多專業協同設計過程中因技術手段缺乏而帶來的種種限制，形成了以BIM模型為中心的信息化設計模式。同時，GIS、IT、人工智能等技術的快速發展也逐步將工程BIM技術應用推向工程全生命周期，為工程的規劃、設計、施工和運營提供了一系列的技術支撐。

自長江大保護戰略實施以來，濱江水環境治理受到國家和地方政府的高度重視，將其作為水務行業發展的重中之重。但是濱江濕地的設計因為其復雜的地形和水動力條件問題，傳統設計往往在場地布置、淹沒分析以及水動力優化上會遇到設計反復、驗證性差、效率低等諸多問題。文章以綠水灣濕地公園項目設計為例，在水環境工程設計中創新性地采用BIM協同設計技術，實現同一平臺下的協同設計流程，并以此為基礎進行了多項BIM技術應用，可為同類工程開展BIM應用提供參考和借鑒[1-3]。

1 項目概況

1.1 項目簡介

綠水灣濕地公園位于南京市江北新區長江岸線灘面，作為南京市九大城市客廳之一，既是江北新區重要的生態門戶，也是“江——城——山”空間關系中的重要界面。為踐行習總書記提出的長江大保護戰略，南京江北新區啟動長江岸線濕地保護與環境提升工程建設，岸線總長26km，綠水灣濕地公園建設列入三期工程，全長12km，占地面積15.82 km2。

該工程主要設計任務是退漁還濕、水系連通、水陸交通改造等，以實現健康多樣的生態環境，打造特色宜人的風貌。在“最美的岸線、最近的未來”總體目標下，實現水資源、水生態、水環境、水安全、水文化“五水”統籌，打造成長江沿線首屈一指的 “長江洲灘型”國家城市濕地公園。項目整體效果如圖1所示。

1.2 項目特點與難點

綠水灣濕地公園項目是長江岸線建設三期工程的重點之一，同時因其特殊的地理位置，對項目的設計提出了較高的要求。工程項目范圍包括：勘察地質模型、水工建筑模型及其相應的機電設備模型和金屬結構模型。工程勘察設計過程中有以下難點和特點：

1)本項目位于長江岸線灘面，占地面積大，基礎條件差，調查內容多，傳統踏勘難以全面透徹的掌握現場情況。

2)濕地設計對場地布置、水動力、水質、土方平衡等有較高要求，傳統模式的設計存在著工作效率低、驗證性差等諸多問題。

3)“江北生態門戶”的特殊區位對景觀風貌要求高，需要與參建各方做到及時、有效的溝通。

圖1 綠水灣濕地公園整體效果

2 BIM技術在項目中的應用

2.1 BIM技術在場地設計中的應用

利用無人機傾斜攝影技術，對項目區域進行全范圍覆蓋，采集地表數據。通過無人船和人工相結合的方式，對區域內水下地形進行測量。結合基于GIS軟件開發的坐標點加密系統，運用克里金算法，對水下現狀數據進行加密處理，精確還原現狀水下地形。在同一坐標系下，將DOM、DEM和處理過的水下地形數據相融合，還原項目真實場景模型。場地生成原理圖如圖2所示。

圖2 場地生成原理

將模型數據導入Civil 3D中生成現狀地形曲面，在現狀地形上疊加DOM，結合生境營造，合理設計水域的開合變化及洲、島、堤、橋的布局 。基于場地模型，可以快速剖切出設計水陸交通所需要的現狀斷面，分級構建場內道路、水路交通系統。

2.2 BIM正向協同設計

基于在Civil 3D中生成的設計曲面，利用Subassembly軟件進行水網道路參數化設計建模。在設計曲面中進行道路、河道放樣時，部件依據設定參數與設計斷面匹配融合，完成由概念設計至BIM模型的轉化。基于Revit軟件，將水工建筑物拆分成部件，分別創建參數化族，通過參數驅動模型尺寸、樣式的變化，快速建立水工模型。

為保障枯水期綠水灣濕地的生態水位要求，新建一座集行洪、蓄水和景觀功能于一體的蓄水閘。工程設計水工、電氣、金結等專業，為實現各專業高效溝通，基于Vault服務器部署項目協同工作平臺，進行設計人員組織與權限分配，實現了各專業的協同設計。

Vault平臺在服務器中集中存儲所有工程設計數據和相關文檔，用戶可通過PC端或WEB端訪問文件，進行查看和修改。各專業的成果按照各自專業的命名規則實時保存到Vault平臺上，并在平臺中進行模型總裝，達到協同設計和實時更新實時共享的要求。Vault平臺結構示意圖如圖3所示[4]。

圖3 Vault平臺結構示意圖

2.3 水動力、水質分析

該項目利用Civil 3D曲面疊加的方式來尋求不同水位高程對應的水陸邊界，通過從設計曲面中提取點的方式，獲得用于MIKE 21分析軟件的地形數據。將點文件導入MIKE 21后根據項目范圍，設置邊界，生成三角網格。將城南河、七里河和長江作為開邊界，邊界水位及流量參照水文局監測數據。同時在模型中設置各類建筑物的位置、高程、流量等信息。模型邊界示意圖如圖4所示。

圖4 模型邊界示意圖

項目區內的設計島嶼眾多，水網縱橫交錯，深槽淺灘密布，不同水位會產生不同水陸邊界，傳統水動力模型邊界處理工作量繁瑣且準確性不高。利用Civil 3D曲面疊加的方式可快速準確的獲得不同方案的地形、邊界數據。通過對水位、水深、流速、水質的動態分析結果，進一步優化航道路線、島嶼、垛田及涵閘建筑物的布置方案。MIKE 21水動力、水質分析結果如圖5所示。

圖5 MIKE 21水動力、水質分析結果

2.4 淹沒分析

將點云數據導入Civil 3D中生成地形，通過高程分析，模擬水深變化，推演出淹沒情況。根據分析結果，劃分出旱生生境、半干半濕生境和濕生生境。在Mars軟件中加載傾斜攝影、BIM模型等數據，快速還原場景。根據生境類型、季相、色彩以及層次等因素，搭配合理的植物群落，在PC端進行三維可視化種植，直觀展示景觀設計方案。不同水深下淹沒情況如圖6所示。

根據Civil 3D中淹沒分析結果，將綠水灣濕地公園按功能劃分為濕地保護示范區、濕地生境區和濕地先導區。濕地保護示范區內旱生區集中，水路交錯，后續將增添公共、娛樂設施，為游客提供觀賞、游覽服務。濕地生境區中包含河道生境區、河灣生境區和淺水生境區等五個區域，區域中淹沒區與半淹沒區密集，濕地中河流底高程錯落，為確保行船時不受水深變化影響，根據淹沒分析結果，將濕生區受水位影響最小的聯通區域設計為游船、畫舫航道。綠水灣濕地公園作為長江流域重要的濕地區域，也是重要的水禽繁殖、越冬地，濕地生境區和濕地先導區中水生、濕生植物眾多，水面率高，為濕地內生物提供豐富多樣的食物來源。綠水灣濕地公園區域劃分如圖7所示[5]。

2.5 土方平衡

完成場地布置后，在Civil 3D中以原始地形曲面為基準曲面，設計地形曲面作為參照曲面，生成體積曲面，利用體積面板中的工具計算挖填方量及挖填方量的凈值。在綠水灣濕地公園項目中，采用分區域計算挖填方量的方式，通過調整各區域設計方案，最終達到項目總體土方平衡，降低施工難度和工程投資，優化土方外運。各區域土方量及總體土方量如圖8、圖9所示

圖6 不同水位下淹沒情況

圖7 綠水灣濕地公園區域劃分

圖8 各區域土方量

圖9 總體土方量

3 應用成效

綠水灣濕地公園項目在勘察設計階段采用數字化測量技術，BIM、GIS、傾斜攝影的綜合應用，有利于設計前期對現場情況的全面把握和分析，與業主的溝通也更加高效直觀。設計階段基于Vault部署協同設計平臺，使得各專業基于統一的數據進行協同設計，有效地提高了設計質量和溝通效率。基于Revit平臺對標準化成果進行集成開發的水利工程涵閘三維智能設計系統，使得設計效率和設計質量得到了大幅提高。水動力、結構、場地設計分析軟件各不相同，綠水灣濕地公園項目打通各分析軟件與BIM模型的接口，使得設計方案的合理性得到了保證，做到了設計與分析實時交互。三維實景可視化的種植設計為景觀方案帶來了直觀高效的解決方案，與業主對接時，可模擬建成后的效果，還原業主真實空間感受，降低溝通過程中的信息衰減，減少匯報次數。

4 結 論

通過數字化技術在綠水灣濕地公園項目中的應用，有效提高現場踏勘和前期對接的工作效率，減少了因方案調整帶來的設計工作量，采用多視角、多維度展現設計成果，為參建各方提供一個快捷、高效的溝通平臺。該項目的實施也探尋出一條河湖岸線類水環境項目的BIM應用技術路線，對類似項目的實施具有參考意義。