BIM 技術在京杭運河大清河航道工程中的應用

楊忠儉，董思遠

（1.泰安市交通運輸局 港航鐵路機場服務中心，山東 泰安 271000；2.山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250101）

引言

BIM 技術是指在工程全生命周期內，對其物理及功能特性進行數字化表達，并以此進行設計、施工、運營的過程。最初只應用在建筑專業，隨著數字化技術的發展，BIM 技術已經深入到各個工程領域。近幾年，BIM 技術在水運航道工程設計中逐漸得到應用。王飛等［1］將Civil 3D 應用到航道疏浚工程中，通過二次開發實現航道BIM 正向設計。袁麗莎等［2］結合長江南京下游12.5 m 深水航道工程，研究了BIM 技術在航道整治工程中的應用。關于BIM技術在航道工程中的研究相對單一，未解決多項工程內容的綜合應用問題。

1 工程概況

京杭運河大清河航道位于泰安市東平縣境內，其東連大汶河，西接東平湖，是東平縣最大的排洪河道。大清河航道規劃等級三級，為山東省區域性重要航道。工程航道起點為彭集作業區，依次經過G105 流澤大橋、G35 濟廣高速大橋、S250 王臺大橋后，大致沿正西向與東平湖湖區航道銜接，航道全長32.86 km。工程主要設計內容包括航道總體設計、疏浚工程、航標工程、配套工程、專項工程等［3］。

2 設計階段BIM 技術的應用

2.1 技術路線

本工程BIM 主要用到Autodesk 平臺的Civil 3D、Infraworks、Revit 等軟件。主要設計內容：（1）建立工程范圍內實測地形模型（Civil 3D、Infraworks）。（2）航道橫斷面、縱斷面設計，護岸工程量、疏浚工程量統計，航道斷面圖批量出圖（Civil 3D）。（3）碼頭場地建模，場地土方工程量統計，港池開挖圖紙出圖（Civil 3D），碼頭建模，碼頭主要尺寸圖紙出圖（Revit）。（4）管理區房建（Revit、Infraworks）。（5）最終成果展示（Infraworks）。主要技術路線見圖1。

圖1 本工程設計技術路線

2.2 地形模型建立

利用工程范圍內實測電子地形圖，通過Civil 3D 軟件生成地形曲面。Civil 3D 軟件對于線性工程，如道路工程、航道工程有獨特的優勢，可以對曲面進行掃略及放坡，生成帶狀的設計斷面。通過Infraworks 與衛星圖片無縫結合后，可以獲取整個工程范圍的地形地貌、高程及坐標，見圖2。

圖2 Infraworks 中的三維真實地形模型

2.3 疏浚工程

疏浚工程是航道工程的重要內容，關系到是否能精確統計出土方量以及批量生成圖紙，是疏浚工程的核心內容。主要設計流程：（1）首先用Civil 3D 軟件將CAD 中繪制的航道中心線直接進行調用。（2）確定并繪制航道縱斷面。（3）根據橫斷面邊線與地形曲面的邏輯關系設計航道橫斷面。（4）沿航道中心線形成航道設計曲面。（5）土方量計算，Civil 3D 軟件可以識別不同曲面的直接關系，通過運算準確獲取航道土方的工程量，并且可以分析每一段航道土方疏浚情況。通過輸入不同的地層土質，軟件可以得到不同土體類型的開挖量。（6）航道出圖，Civil 3D 還支持用戶根據自身專業定制出圖格式，方便批量出圖，見圖3。

圖3 Civil 3D 生成的疏浚斷面/m

2.4 護岸工程

護岸工程的設計與灘地高程密切相關，在非規則斷面位置往往難以統計準確的工程量。利用Civil 3D 中的“部件”功能進行設計，可以有效地解決這個問題。“部件”指的是組成橫斷面的基本設計元素，Civil 3D 自帶的Subassembly Composer（部件編輯器）功能，通過可視化的編程界面和交互方式，不需要專業的編程語言便可設計各種復雜的橫斷面，很大程度上解決了設計人員不懂編程的難題。對于非規則斷面或灘地高程變化的航段設計，其優勢尤其凸顯。護岸結構部件設計過程見圖4。

圖4 護岸設計流程

將設計好的部件導入到Civil 3D 中后，可以為護岸定義材質，從而準確得到護岸各分項工程量，也可以在Civil 3D 中進行批量出圖。

2.5 碼頭工程

常規的碼頭設計存在方案可視化較差，多專業協調工作繁瑣，方案修改后帶來的圖紙變更工作量大等問題。利用Revit 開展碼頭正向設計可以有效解決上述設計問題。（1）Revit 采用三維建模的設計理念，所有設計工作在三維模型上開展，使得設計變得更加直觀，碼頭Revit 模型見圖5。（2）Revit 的核心是可以定義參數化的構件，當修改其中一個構件時，所有同類型的構件可以實現全部自動更新。（3）Revit 提供多專業協同設計平臺，所有專業可以在同一個模型上進行方案設計，方案修改及時高效、專業協調方便快捷。Revit 所創建的模型不僅是三維的幾何模型，還是有效的參數化信息載體，可以方便傳遞到工程全周期的施工及運維階段，模型建成后展示效果見圖6。

圖5 Revit 建立的碼頭模型

圖6 碼頭模型BIM 展示效果

2.6 配套工程

本工程管理區需配建辦公樓、倉庫等建筑物，建筑采用Revit 建模。首先是建立建筑標高軸網，然后進行墻窗等系統族的建立，后面對細部結構采用可載入族建模，最后進行細表統計及出圖設置，管理區Revit 建模見圖7。模型建立完成后導入到Infraworks 軟件里進行三維展示。Infraworks 里自帶一些常規模型，例如植物、車輛、道路設施等，直接調用不需要再通過Revit 建模，提高了設計效率，并且有很好的展示效果，見圖8。

圖7 維護基地管理區Revit 建模

圖8 維護基地管理區效果

3 結語

（1）結合京杭運河大清河航道工程對BIM 技術在航道工程中的應用進行了介紹，根據BIM 技術的可視化、參數化、協調化及一體化的特點，應用BIM 軟件在航道疏浚工程、護岸工程、碼頭工程及配套工程進行設計，解決了傳統設計中可視化較差、工程量統計易出錯、多專業協調工作繁瑣及方案出圖工作量大等問題，在設計階段可以提高設計效率及設計質量，有廣泛的工程應用價值。（2）BIM 技術在內河航道工程中的應用還處于探索階段，目前尚未有標準化的設計流程和應用規范，軟件及設計平臺在水運工程專業仍需優化完善。（3）隨著BIM技術的發展和進步，在水運工程領域的應用將會越來越廣泛，最終實現水運工程全生命周期的BIM應用。