BIM技術在界牌樞紐船閘改建工程設計中的應用

中水珠江規劃勘測設計有限公司 陳冰清 劉博文

隨著新時期我國科學技術突飛猛進，水利水電工程也處在一個飛速發展的階段，BIM技術在水利水電工程中的應用也是十分重要的一部分。依托界牌樞紐船閘改建工程，我司在項目設計前期就開展了BIM應用點的研究工作，本文就本項目設計階段中的三維協同平臺搭建、BIM建模、BIM模型的應用等進行了具體介紹。

BIM（Building Information Modeling）即“建筑信息模型”，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬反映建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點，可以顯著減少設計、施工、管理人員的工作量并提升協同工作效率，便于后期數字化管理，在諸多發達國家已廣泛應用于工程實際[1]。

目前，我國BIM技術在建筑行業推廣發展十分迅速，而水利水電行業應用BIM技術起步較晚，且水利水電工程具有參與方多、涉及專業多、工程結構復雜、建設工期長等特點，推廣較為緩慢，而為實現水利水電工程全生命周期的高效化、精細化設計管理的要求，又對BIM技術的全面深入應用提出了更為迫切的需求[2]。

我司也在多個水利水電工程中，開展了基于BIM技術的三維設計，其中在界牌樞紐船閘改建工程BIM技術的應用就是典型代表。

1 工程概況

界牌航電樞紐位于江西省鷹潭市信江干流，距鷹潭市約12.5公里，距離下游八字嘴航電樞紐工程約51公里，為信江航運工程的第一個梯級，是一座以航運為主，兼顧發電等綜合利用功能的航電樞紐工程。界牌航電樞紐主體已于1997年建成，現有船閘布置在樞紐右岸，由于不能達到設計運行條件，需要對界牌船閘進行改造。改建工程內容包括在原址重建Ⅲ級船閘一座、增設電站一座、增設魚道一座。

2 BIM技術應用

2.1 三維協同平臺搭建

協同設計平臺由Bentley ProjectWise（PW）和Micro-Station組成，ProjectWise采用C/S（客戶端/服務器）架構，主要用于工程信息管理，如資料收集、成品存放等，設計人員通過公司內網登錄服務器進行三維設計；經授權的工地技術人員、業主、監理、施工等參與方，通過短信驗證、SSL VPN技術相結合的方式，連接公司內網后查看權限內的資料，既保障數據安全，也為工程的全生命周期數字化管理奠定基礎。MicroStation是統一的工程信息創建平臺，可查看、編輯所有專業的設計成果，提供參考、連接、打開、導入導出等多種方式，實現不同專業、不同軟件之間的數據共享。

2.2 BIM建模與模型組裝

基于設計公司協同設計標準和流程，首先各專業在PW上根據制定好的模板文件分別建立了測繪模型、地質模型、港航模型、廠房模型、水機模型、電氣模型、金屬結構模型、建筑結構模型8個專業三維模型，在此基礎上以“參考連接”的方式進行專業內、專業間模型總裝（如圖1所示）。

圖1 模型總裝Fig.1 Model assembly

2.3 BIM模型的應用

2.3.1 碰撞檢查

使用Bentley Navigator進行碰撞檢查及三維校審，快速排查設計異常點，對碰撞點進行批注和處理，顯著減少了專業間、專業內的錯漏碰缺等問題，提高了設計質量和設計效率。

2.3.2 工程量統計

通過精確的三維模型，定義鋼筋量、混凝土量等工程量輸出類型，指定鋼筋率、混凝土密度等參數，就可直接統計工程量，將結果導出為Excel表格，極大地提升了設計效率和產品質量。

2.3.3 二維剖切圖及三維出圖

傳統的二維出圖，難以實現聯動修改，遇方案調整可能要全部推倒重來。使用動態切圖方式從三維模型中剖切二維圖紙，將在三維模型中創建保存的視圖，參考到二維圖紙模型中，根據我司的制圖標準導出二維圖紙。當三維模型被修改后，二維圖紙會同步修改、自動更新，這是動態切圖的精髓。

對于一些復雜對象之間的空間關系，傳統二維圖紙難以表達清楚，可以通過配以三維軸測圖（如圖2所示），二三維混合、結構圖疊加效果圖等多種方式，幫助現場施工人員理解設計意圖，為后續施工的開展提供方便。

圖2 三維軸測圖Fig.2 Three-dimensional axonometric drawing

2.3.4 三維配筋出圖

對于復雜結構采用ReStation進行三維配筋設計，抽取二維鋼筋圖并自動標注、生成鋼筋表、智能調整與更新等，減輕了設、校、審人員的勞動強度，縮短了設計周期，效率明顯提高。

2.3.5 三維效果

三維效果包括整體布置三維效果圖、漫游動畫（如圖3所示）兩類成果，前者用于展示工程整體布置情況，后者是將模型導入LumenRT軟件，加入水流、植物等環境元素，補充汽車、船舶、人物、魚類等動態元素，更加生動地展現設計方案。

圖3 船閘過船動畫Fig.3 Animation of ship lock passing

3 創造性成果

3.1 三維協同設計企業標準

為實現后續三維協同設計標準化，基于本項目的應用經驗，進一步提升制定了三本企業標準：

（1）《三維協同設計平臺管理規定（V1.0）》，用于規范三維協同設計平臺的目錄劃分、文件命名、權限管理，統一模型固化、碰撞檢查、圖紙剖切等設計行為，明確各專業設計人員的職責。

（2）《三維數字化設計操作規程（V1.0）》，用于規范各專業協同設計流程，提高專業間協同設計生產效率，保證產品質量。

（3）《水利水電工程三維數字化設計模型技術標準（V1.0）》，規定了水利水電工程信息模型建設的技術要求，包括信息模型的分類原則、建模范圍、深度等級要求、圖元屬性定義，以及三維設計特征信息和編碼等方面的內容。

3.2 BIM三維協同設計軟件二次開發

當前水利水電工程行業所采用的三維設計平臺大多數僅能滿足設計過程中的基本需求，想要更好地利用及推廣三維設計技術，需要對功能進行二次開發補充。我司基于BIM設計平臺開發專業的設計工具，提升設計工具的接受度、提升生產工具應用效率。旨在加快新技術與傳統業務的融合，賦能傳統設計業務。

目前，我司自主研發的軟件主要有：三維地形處理軟件、三維開挖輔助設計軟件、三維樞紐輔助設計軟件、三維模型信息輔助軟件（如圖4所示）。通過本案例及其他多個生產項目的實際應用表明，二次開發軟件在三維設計中能夠顯著提高產品質量、提升設計效率，得到設計人員及業主的廣泛認可，對推動三維正向設計的落地有積極意義[3]。

圖4 軟件著作權登記證書Fig.4 Software copyright registration certificate

3.3 開發施工監管平臺

基于WebGL技術，開發了界牌樞紐船閘改建工程BIM施工監管平臺（如圖5所示）。在平臺建設中，以先進實用、安全可靠為建設原則，通過融合物聯網、大數據可視化、BIM、3S、三維仿真等多種先進技術，集基礎性、全局性的施工過程信息資源于一體，實現項目施工信息的集約化管理與檢索，實現基于BIM的項目施工質量、安全、進度、費用、檔案全過程的可視化、集成化、協同化綜合管理和分析，從而全面提升界牌樞紐船閘改建工程建設品質[4]。

圖5 平臺登錄界面展示Fig.5 Platform login interface display

平臺主要功能包括：BIM+GIS綜合展示、工程進度管理、質量和安全管理、工程投資管理、施工資料管理、數據分析技術等多個模塊內容。

4 應用體會

（1）根據工程特點和參建各方的需求有針對性地研發軟件，可讓BIM技術應用工作更加高效精準的開展。（2）BIM技術是一種全新的設計思維和精益求精的設計和管理態度，只有實現各專業間數據的共享與互通，才能較大程度提升工作質量和效率。（3）三維可視化的效果直觀形象，可為各階段各方參建人員的交流溝通帶來極大的方便。（4）BIM施工監管平臺的應用對保證工程質量，提高現場服務水平，把控工程進度、降低項目成本起到了重要作用。

引用

[1]何清華,錢麗麗,段運峰,等.BIM在國內外應用的現在及障礙研究[J].工程管理學報,2012,26(2):12-16.

[2]樊少鵬,劉會波,熊澤斌,等.BIM協同設計在海外大型水電工程中的應用及技術研究[J].人民珠江,2022,43(2):7-16+23.

[3]呂彬,傅志浩.基于Microstation平臺的水利水電工程三維開挖設計軟件開發與應用[J].人民珠江,2021,42(11):16-23+52.

[4]楊楚驊,饒凡威,傅志浩,等.基于BIM的水利工程施工監管平臺設計與實現[J].人民珠江,2022,43(2):17-23.