基于BIM技術(shù)的水利工程三維設(shè)計(jì)路徑

◎李海圣 廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司

BIM全稱為Building Information Modeling，指的是建筑信息模型，該技術(shù)以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，并將建筑工程項(xiàng)目各相關(guān)信息融入其中，以立體化方式呈現(xiàn)建筑施工各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)建筑施工各個(gè)部門的信息共享和整合。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)了工程信息在施工、設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、規(guī)劃等個(gè)環(huán)節(jié)中的高效利用，相比較傳統(tǒng)施工方式更具協(xié)同性、模擬性、可視性。水利工程作為我國(guó)民生工程的重要組成部分，施工建設(shè)包含諸多環(huán)節(jié)，既需要對(duì)地形、地質(zhì)、水文予以勘測(cè)，又需要結(jié)合具體情況進(jìn)行施工環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，借助BIM技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)各部門的良好配合，將其應(yīng)用到水利工程設(shè)計(jì)之中能夠達(dá)到水利工程更好建設(shè)的推進(jìn)。

1.BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

截止到目前為止，我國(guó)就BIM標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)實(shí)施四部標(biāo)準(zhǔn)，即：《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》，這都為BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供了強(qiáng)有力支撐。依照此標(biāo)準(zhǔn)框架，BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以分為三個(gè)層次，第一層次是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，主要就BIM技術(shù)應(yīng)用中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)予以規(guī)范；第二個(gè)層次為編碼標(biāo)準(zhǔn)和模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，主要是就BIMI技術(shù)中的編碼格式、存儲(chǔ)方式、相應(yīng)數(shù)據(jù)等進(jìn)行規(guī)定。第三層次為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，也是就BIM技術(shù)執(zhí)行過(guò)程中設(shè)計(jì)到的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

2.三維協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

借助BIM技術(shù)進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用，具有其他技術(shù)所不具有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。首先，通過(guò)BIM技術(shù)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用，解決了溝通的瓶頸和障礙，讓信息孤島不再存在，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)部門之間的協(xié)同合作，達(dá)到了互相促進(jìn)、互相監(jiān)督的良性循環(huán)溝通效果。

其次，通過(guò)BIM技術(shù)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用，讓傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)向著三維化、立體化、數(shù)字化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了信息的同步更新和遞進(jìn)，有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員工作量的節(jié)省，極大程度提升工程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，也讓設(shè)計(jì)人員擁有更多時(shí)間進(jìn)行高層次設(shè)計(jì)優(yōu)化和創(chuàng)新。

第三，通過(guò)BIM技術(shù)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用，讓諸多與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料放置于系統(tǒng)之中，這都讓資料有了可追溯性和溯源性，保證工程施工建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠就原始數(shù)據(jù)予以調(diào)取和使用，這都極大程度保證了工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的可累計(jì)性。

3.基于BIM技術(shù)的水利工程三維設(shè)計(jì)路徑

3.1 水工三維模型及工程量統(tǒng)計(jì)

水工三維模型構(gòu)建過(guò)程中，需要注意對(duì)結(jié)構(gòu)予以劃分，并結(jié)合結(jié)構(gòu)的共性進(jìn)行參數(shù)化草圖的構(gòu)建，同時(shí)進(jìn)行族庫(kù)模板設(shè)計(jì)，模板設(shè)計(jì)是模型設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，可以通過(guò)模板參數(shù)的修改進(jìn)行模型參數(shù)的調(diào)整。模板構(gòu)建之后可以應(yīng)用到不同水利工程設(shè)計(jì)之中，能夠減少模型設(shè)計(jì)所需要花費(fèi)的時(shí)間。Inventor、Revi都是進(jìn)行模型構(gòu)建的重要軟件，并可以將實(shí)體數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，所構(gòu)建的模型就是工程未來(lái)建成之型，且可以直接查詢模型屬性信息。利用Civil 3D可以對(duì)放坡和道路裝配功能進(jìn)行圖形繪制，在基礎(chǔ)開挖、回填以及渠道、道路等設(shè)計(jì)方面具有突出表現(xiàn)，并能夠計(jì)算土方開挖量和回填量。

3.2 二維工程圖

水利工程從可行性研究到施工階段均需要出具大量二維工程圖，傳統(tǒng)工程圖都是通過(guò)CAD繪制，這讓二維圖之間的關(guān)聯(lián)性難以直觀看出，工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題不易察覺，并可能因?yàn)楣こ塘康淖兓枰S時(shí)進(jìn)行重新繪圖。通過(guò)BIM技術(shù)則可以直接剖切生成二維圖，二維圖之間的聯(lián)系都能夠通過(guò)直觀方式看到，在進(jìn)行三維模型修改之后，二維模型也能夠隨之進(jìn)行改變和調(diào)整，不需重新進(jìn)行二維圖的繪制。

Inventor和Revit軟件就工程圖設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行設(shè)置，“樣式和標(biāo)準(zhǔn)編輯器”的應(yīng)用則可以設(shè)計(jì)符合要求的工程圖樣式，錄入相應(yīng)信息之后則能夠快速生成符合標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖。BIM技術(shù)的應(yīng)用在二維剖面圖基礎(chǔ)上增加三維軸測(cè)圖，這都能夠讓人更為直觀地看到設(shè)計(jì)成圖。

3.3 樞紐整合布置

水利工程施工前需要進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，并就不同方案進(jìn)行比較，在比較基礎(chǔ)上選定更好的施工方式。比如壩線比較、正常蓄水位比較、計(jì)組臺(tái)數(shù)比較、壩型比較、樞紐布置比較等都是其中重要組成部分。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用則能夠讓不同施工方案進(jìn)行綜合對(duì)比，以盡可能直觀的方式呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，以實(shí)現(xiàn)更好對(duì)比效果。

骨架搭建作為樞紐布置設(shè)計(jì)精髓，在樞紐整合之前先由牽頭專業(yè)進(jìn)行整體骨架設(shè)計(jì)，骨架設(shè)計(jì)沿樞紐軸線建立而成，為三維設(shè)計(jì)整合建立骨架基礎(chǔ)。為了更快、更好完成三維設(shè)計(jì)整合，需要各部門結(jié)合各部門專業(yè)進(jìn)行BIM模型設(shè)計(jì)，并由負(fù)責(zé)牽頭專業(yè)將模型與整體骨架裝配起來(lái)，再與地質(zhì)三維模型共同導(dǎo)入到Navisworks軟件 進(jìn)行樞紐整合，并就整合之后的三維模型進(jìn)行校準(zhǔn)、檢測(cè)。導(dǎo)入到Navisworks軟件的整合裝配模型，包括了審閱、測(cè)量、標(biāo)注等多參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)，各個(gè)部門都能夠結(jié)合需要進(jìn)行使用。

3.4 數(shù)值計(jì)算仿真

依照當(dāng)前所使用的主流BIM軟件來(lái)看，都與ANSYS、ABAQUS等大型有限元軟件進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)接，通過(guò)Inventor軟件進(jìn)行建模，可以實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)入到ANSYS Workbench軟件，并進(jìn)行有限元網(wǎng)格和計(jì)算。得到計(jì)算結(jié)果之后再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到《水工三維配筋軟件》中進(jìn)行配筋，所得結(jié)果可以直接進(jìn)行CAD圖紙轉(zhuǎn)化，這樣便實(shí)現(xiàn)了一鍵建模，使用一套模型便能夠完成配筋、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、分析等多工作，無(wú)需在其他軟件中重新進(jìn)行有限元計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)流程的簡(jiǎn)化。

3.5 三維鋼筋圖

三維鋼筋圖是水利工程三維設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并要求較高精準(zhǔn)度。在進(jìn)行鋼筋圖設(shè)計(jì)時(shí)候，則可以采用《水工三維配筋軟件》導(dǎo)入到BIM軟件，并生成 .sat格式文件，在三維結(jié)構(gòu)上直接進(jìn)行鋼筋模型的創(chuàng)建。同時(shí)可以借助剖面的切取直接生成鋼筋詳圖和信息表，簡(jiǎn)化三維設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)量的同時(shí)，也讓鋼筋圖設(shè)計(jì)更為直觀。后續(xù)模型結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不會(huì)影響已經(jīng)布設(shè)的鋼筋，則只需要在模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)變動(dòng)即可。如果涉及到三維圖的編輯調(diào)整，二維圖也能夠直接進(jìn)行調(diào)整位置的記錄。

3.6 虛擬展示

水利工程三維設(shè)計(jì)完成之后，則可以通過(guò)BIM技術(shù)將周邊建筑、樹木綠植、場(chǎng)地信息等進(jìn)行信息錄入或提取，在InfraWorks軟件中就真實(shí)場(chǎng)景予以還原，并將整合后的整體樞紐導(dǎo)入InfraWorks，與場(chǎng)地模型融合在一起，這樣便能夠就成圖進(jìn)行對(duì)比。此過(guò)程借助VR技術(shù)的應(yīng)用，還能夠直接進(jìn)行三維可視化瀏覽，并通過(guò)不同天氣、場(chǎng)景的切換實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景三維瀏覽效果，更為逼真還原完建場(chǎng)景。

4.結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展推動(dòng)水利工程設(shè)計(jì)和施工向著更高層次邁進(jìn)，將先進(jìn)技術(shù)引入到水利工程設(shè)計(jì)中來(lái)，才能真正讓水利工程實(shí)現(xiàn)民生之保障，才能為水利工程施工建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。BIM技術(shù)與水利工程的結(jié)合，需要做好三維模型和工程量統(tǒng)計(jì)，不可忽視二維工程圖的繪制，做好樞紐整合布置，提升數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確度，做好虛擬展示，讓水利工程設(shè)計(jì)在BIM技術(shù)應(yīng)用下達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果。