BIM在黃金峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

張鵬利 崔超 賈寧霄

摘要：BIM技術(shù)的應(yīng)用為傳統(tǒng)水利水電工程勘察設(shè)計(jì)提供了一種新的思路和方法，然而鑒于水利水電工程的復(fù)雜性，現(xiàn)有的BIM技術(shù)實(shí)踐存在標(biāo)準(zhǔn)化程度低、流程不明確等問(wèn)題。以黃金峽水利樞紐工程為例，基于達(dá)索3DEXPERIENCE平臺(tái)，研究了協(xié)同環(huán)境下的BIM技術(shù)的應(yīng)用流程及方法，并形成了一套基于BIM技術(shù)的水利水電工程設(shè)計(jì)流程體系。在此基礎(chǔ)上，借助于參數(shù)化建模、工程量統(tǒng)計(jì)以及三維出圖等手段，總結(jié)了BIM在應(yīng)用過(guò)程中的創(chuàng)新點(diǎn)以及存在的技術(shù)難點(diǎn);同時(shí)，通過(guò)對(duì)屬性擴(kuò)展、數(shù)字化交付的研究，為工程全生命周期的信息化流轉(zhuǎn)提供了新的思路。工程實(shí)踐表明：研究成果提高了該工程的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，可為今后同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān) 鍵 詞：水利水電工程; 3DEXPERIENCE平臺(tái); BIM; 多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì); 黃金峽水利樞紐

中圖法分類(lèi)號(hào)： TV51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.024

0 引 言

BIM技術(shù)自誕生以來(lái)一直被視為勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一次突破性技術(shù)革新，它帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化、流程化的設(shè)計(jì)理念，打破了傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)模式下各專(zhuān)業(yè)相互獨(dú)立、信息脫節(jié)的狀況，突破了多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中因技術(shù)手段缺乏而帶來(lái)的種種限制，形成了以BIM模型為中心的信息化管理模式。水利水電工程因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，涉及專(zhuān)業(yè)眾多，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)圖集，因此對(duì)三維設(shè)計(jì)和BIM應(yīng)用提出了更高的要求[1]。

得益于信息技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)近年來(lái)在水利水電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和學(xué)者就BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的方法、技術(shù)和手段也開(kāi)展了實(shí)踐和研究，并取得了一定的成果。

許哲峰[2]以深圳市龍崗區(qū)松子坑水庫(kù)為例，研究了BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提出了以激光掃描和傾斜攝影技術(shù)為基礎(chǔ)的BIM設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行技術(shù)路線。

杜九博等[3]在西藏自治區(qū)湘河水利樞紐工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用BIM技術(shù)開(kāi)展了正向設(shè)計(jì)，同時(shí)，也采用多種BIM設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，探索了BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中的軟件協(xié)作問(wèn)題。

許能[4]以巴布亞新幾內(nèi)亞埃德伍水電站為例，研究了水電站設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的BIM應(yīng)用點(diǎn)，并驗(yàn)證了Autodesk平臺(tái)軟件系統(tǒng)之間的應(yīng)用流程和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換路徑，為工程帶來(lái)了明顯的效益。

徐肖峰等[5]研究了BIM技術(shù)在水工程盾構(gòu)井勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，利用Revit平臺(tái)的Dynamo參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)模型和水工結(jié)構(gòu)模型的結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

曾旭東等[6]利用點(diǎn)云技術(shù)高仿真、快速建模的特點(diǎn)，研究了點(diǎn)云技術(shù)和BIM模型的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的感知，提高了設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)成果更加具有可信性。

呂賀[7]以南雄市市區(qū)橫江水庫(kù)工程為例，研究了BIM技術(shù)在水利水電設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，提出了在模型創(chuàng)建過(guò)程中應(yīng)注意模型格式在模型不同平臺(tái)間的通用性問(wèn)題。

張慧媛等[8]利用Bentley平臺(tái)，以遵義市余慶兩岔河水庫(kù)泵站廠房設(shè)計(jì)為例，研究了BIM技術(shù)在多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用情況，并提出了創(chuàng)建企業(yè)自主BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的重要性。

國(guó)外研究成果多集中于市政及房建領(lǐng)域，注重BIM與信息技術(shù)的結(jié)合[9]。Hegemann等[10]研究了隧洞TBM施工過(guò)程中的管片排列問(wèn)題，并利用BIM技術(shù)將施工期管片實(shí)際位置與模型相結(jié)合，建立了管片信息與模型信息的關(guān)聯(lián)。Stegnar等[11]則提出了一種漸進(jìn)式的BIM設(shè)計(jì)方法，可以改進(jìn)設(shè)計(jì)，快速響應(yīng)業(yè)主的需求。

BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究雖然取得了較為豐富的成果，但依然存在以下問(wèn)題。

（1） BIM技術(shù)研究多針對(duì)于某一特定場(chǎng)景，缺少工程從開(kāi)始設(shè)計(jì)到交付后的設(shè)計(jì)全生命周期內(nèi)的應(yīng)用流程研究。

（2） 由于BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)的多樣性，BIM技術(shù)應(yīng)用大多采用多平臺(tái)，BIM文件在格式轉(zhuǎn)換過(guò)程中難以保證信息的完整性，而且缺乏相關(guān)研究。

（3） 對(duì)于水利水電工程，缺少大范圍地質(zhì)模型與結(jié)構(gòu)模型的協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)踐與研究。

本文針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合黃金峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)開(kāi)展了研究，提供了一種新的解決思路。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

黃金峽水利樞紐為I等大（一）型工程，多年平均設(shè)計(jì)供水量為9.69億m3，水庫(kù)正常蓄水位為450 m，水庫(kù)總庫(kù)容為2.21億m3，泵站總裝機(jī)容量為12.6萬(wàn)kW（7臺(tái)1.8萬(wàn)kW），電站總裝機(jī)容量為13.5萬(wàn)kW（3臺(tái)4.5萬(wàn)kW）。樞紐位于陜西省漢中市洋縣境內(nèi)，地處漢江干流上游峽谷段[12]，如圖1所示。

工程設(shè)計(jì)模型及效果圖如圖2所示。

1.2 勘察設(shè)計(jì)特點(diǎn)與難點(diǎn)

該工程勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中主要存在以下特點(diǎn)及難點(diǎn)。

（1） 樞紐布置限制條件多，難度大。黃金峽水利樞紐兼具供水、防洪、發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等功能，樞紐由大壩、泄洪沖沙建筑物、泵站、電站、魚(yú)道、升船機(jī)等組成，建筑物種類(lèi)多，布置要求各不相同。樞紐泄洪規(guī)模大，泄洪建筑物受河勢(shì)條件限制，只宜布置在右岸;泵站受引漢濟(jì)渭工程總體格局要求，只能布置在左岸，建筑物布置限制條件多。壩址河谷較狹窄，與樞紐建筑物數(shù)量多的矛盾亦十分突出，樞紐布置難度大。

（2） 兩岸高邊坡問(wèn)題突出。壩址山高坡陡，巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈，邊坡最大開(kāi)挖高度接近300 m，高邊坡是該工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一[13]。因此，需要通過(guò)地勘工作，查明巖體風(fēng)化特點(diǎn)和地質(zhì)構(gòu)造，確定巖體物理力學(xué)參數(shù)，采用數(shù)值分析方法，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行重點(diǎn)研究，并確定邊坡開(kāi)挖支護(hù)措施。

（3） 泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行要求高。黃金峽水利樞紐泵站為高揚(yáng)程、大功率泵站，其規(guī)模位居國(guó)內(nèi)前列[14]。根據(jù)該工程泵站規(guī)模大和技術(shù)難度高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將泵站長(zhǎng)期高效、安全穩(wěn)定運(yùn)行放在首位。

（4） 施工導(dǎo)流程序復(fù)雜。黃金峽水利樞紐導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量達(dá)10 800 m3/s，壩址河谷狹窄，采用二期導(dǎo)流方案，施工項(xiàng)目多、相互干擾大，施工工期緊張，導(dǎo)流程序復(fù)雜[15]。

2 BIM實(shí)施與組織環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

黃金峽水利樞紐BIM勘察設(shè)計(jì)采用達(dá)索3DEXPERIENCE平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“3DE平臺(tái)”），結(jié)合地質(zhì)、水工、機(jī)電、金結(jié)等專(zhuān)業(yè)，融合傳統(tǒng)勘察設(shè)計(jì)模式[16]，以滿足工程項(xiàng)目三維成果為出發(fā)點(diǎn)，全面推進(jìn)勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)一體化的全生命周期BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了BIM在工程量統(tǒng)計(jì)、三維出圖、計(jì)算分析、可視化表達(dá)等方面的應(yīng)用，滿足設(shè)計(jì)成果交付需求。同時(shí)，為后期的施工期建設(shè)管理和運(yùn)行期運(yùn)維管理等，提供了基于BIM模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)服務(wù)。

2.2 BIM實(shí)施流程

圍繞黃金峽水利樞紐工程特點(diǎn)及難點(diǎn)，開(kāi)展了多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，主要流程包括：

（1） 基于3DE平臺(tái)的項(xiàng)目管理模塊，建立協(xié)同環(huán)境，為設(shè)計(jì)人員及管理人員分配相應(yīng)權(quán)限，并建立項(xiàng)目級(jí)合作區(qū)。

（2） 確定BIM設(shè)計(jì)范圍。設(shè)計(jì)包含的工程項(xiàng)目范圍主要有地質(zhì)專(zhuān)業(yè)模型、主體建筑物（大壩、泵站電站、魚(yú)道、升船機(jī)）的土建結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、施工專(zhuān)業(yè)模型。

（3） 分解項(xiàng)目并確定相互連接界面。項(xiàng)目按空間分布劃分為邊坡、左岸非溢流壩段、泵站、電站、導(dǎo)墻壩段等，從而建立項(xiàng)目總骨架與各專(zhuān)業(yè)子骨架。

（4） 根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)與行業(yè)規(guī)范，定義模型編碼與屬性擴(kuò)展內(nèi)容，建立BIM模型屬性體系。

（5） 多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。以項(xiàng)目骨架為參考依據(jù)，各專(zhuān)業(yè)可在實(shí)際位置開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)工作，在建模的同時(shí)，可以隨時(shí)查證其他專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)成果;通過(guò)相互引用，可及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案中的定位信息，從而避免后期的大規(guī)模調(diào)整。

（6） 建基面開(kāi)挖。在確定各專(zhuān)業(yè)模型無(wú)誤后，根據(jù)地質(zhì)條件，按照基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行建模，確定結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)接觸的下部結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行整體開(kāi)挖。

（7） 基于BIM模型，開(kāi)展BIM應(yīng)用。

（8） 數(shù)字化交付。

BIM實(shí)施流程如圖3所示。

2.3 BIM組織團(tuán)隊(duì)

在項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)的組織下，黃金峽水利樞紐工程勘察設(shè)計(jì)階段設(shè)立BIM總監(jiān)，統(tǒng)籌管理BIM實(shí)施流程與應(yīng)用開(kāi)展工作。成立BIM協(xié)同設(shè)計(jì)小組，成員為具備工程設(shè)計(jì)與BIM應(yīng)用雙重能力的各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員。同時(shí)配置BIM技術(shù)支持小組，隨時(shí)解決設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的BIM軟件應(yīng)用問(wèn)題。

2.4 BIM協(xié)同環(huán)境

3DE平臺(tái)的組織架構(gòu)包含胖客戶端、Web客戶端以及服務(wù)器，如圖4所示。用戶經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接后端的應(yīng)用服務(wù)器（MCS）進(jìn)行各種操作。3DE平臺(tái)不使用本地存儲(chǔ)模式，所有資源均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（DBS）中，可顯著降低數(shù)據(jù)管理難度，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

3DE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了“同一個(gè)平臺(tái)，同一套數(shù)據(jù)”，各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在同一平臺(tái)下，針對(duì)同一套數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)工作。不同設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)發(fā)布的數(shù)據(jù)及模型，建立自己的設(shè)計(jì)環(huán)境。同時(shí)這個(gè)環(huán)境會(huì)“實(shí)時(shí)”更新，上序?qū)I(yè)對(duì)數(shù)據(jù)及模型的修改，也會(huì)同步反映到設(shè)計(jì)環(huán)境中，便于實(shí)現(xiàn)真正的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3 BIM應(yīng)用亮點(diǎn)

3.1 BIM參數(shù)化建模

在黃金峽水利樞紐工程勘察設(shè)計(jì)階段，結(jié)合3DE平臺(tái)，開(kāi)展了多專(zhuān)業(yè)正向協(xié)同設(shè)計(jì)。利用3DE平臺(tái)參數(shù)化建模準(zhǔn)確、快捷、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，以地質(zhì)、水工、金結(jié)、機(jī)電等專(zhuān)業(yè)為核心，開(kāi)展基于骨架的參數(shù)化建模工作。

（1） 地質(zhì)模型創(chuàng)建。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集地質(zhì)信息，建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，采用自主研發(fā)的地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，將可用于模型構(gòu)建的地質(zhì)數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入3DE平臺(tái)，進(jìn)行參數(shù)化三維地質(zhì)建模，建模完成后，利用航片對(duì)地表進(jìn)行渲染，采用材質(zhì)對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行渲染。流程如圖5所示。

對(duì)于定位面以及定位軸系等組成，由牽頭專(zhuān)業(yè)建立項(xiàng)目總骨架，經(jīng)發(fā)布后由各個(gè)專(zhuān)業(yè)參考建立專(zhuān)業(yè)子骨架，如圖6所示。

（2） 基于部件設(shè)計(jì)建模。

黃金峽水利樞紐通航建筑物多呈線性布置，因此，在設(shè)計(jì)中廣泛采用了3DE平臺(tái)基于部件設(shè)計(jì)（Component Based Design，CBD）的方法。CBD以BIM技術(shù)領(lǐng)域模型精細(xì)度層級(jí)（Level of Design，LOD）概念為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)初期，使用LOD100模型進(jìn)行定位和占位設(shè)計(jì)，快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的初步確定，滿足方案比選的要求。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入，在CBD中開(kāi)展詳細(xì)設(shè)計(jì)，可一鍵升級(jí)原有的低精細(xì)度模型，避免了重復(fù)的定位過(guò)程。采用CBD設(shè)計(jì)方法，既滿足了方案尚未確定時(shí)需要大致模型進(jìn)行方案比選的需求，又解決了長(zhǎng)線性工程中大量重復(fù)模型單元無(wú)法快速更新的問(wèn)題，極大地提升了BIM設(shè)計(jì)效率[17]，如圖7所示。

（3） 系統(tǒng)化機(jī)電模型創(chuàng)建。

機(jī)電專(zhuān)業(yè)利用3DE平臺(tái)機(jī)電設(shè)計(jì)模塊，開(kāi)展水機(jī)、電氣、暖通模型創(chuàng)建工作，通過(guò)參考土建專(zhuān)業(yè)的模型與定位元素，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。以水機(jī)模型為例，建模之前先建立水機(jī)模型屬性庫(kù)，預(yù)先定制水機(jī)設(shè)備的參數(shù)和屬性信息，之后通過(guò)機(jī)電設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)備布置及管路設(shè)計(jì)，如圖8所示。

（4） 模板化金結(jié)模型創(chuàng)建。

金結(jié)專(zhuān)業(yè)模型在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將常用的標(biāo)準(zhǔn)件建立模板庫(kù)，并將常用構(gòu)件做成UDF特征，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。常用標(biāo)準(zhǔn)件有各類(lèi)型鋼，如工字鋼、槽鋼、角鋼等;各種緊固件，如螺栓、螺母、墊圈等;常用構(gòu)件包括各種梁、板、柱等。每一類(lèi)構(gòu)件形成相應(yīng)的UDF特征單元，并設(shè)置主要控制參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在三維建模過(guò)程中的重復(fù)調(diào)用，如圖9所示。

3.2 工程量統(tǒng)計(jì)

針對(duì)包含大量曲面的異形結(jié)構(gòu)實(shí)體，利用3DE平臺(tái)工程量計(jì)算功能，可快速精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)。在黃金峽高邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)塊體邊界，結(jié)合三維投影視圖，建立了三維塊體模型并進(jìn)行了工程量統(tǒng)計(jì)，如圖10所示。

3.3 二三維聯(lián)動(dòng)出圖

該項(xiàng)目工期緊張，供圖任務(wù)繁重。結(jié)合3DE平臺(tái)三維出圖模塊，并自主研發(fā)出了三維出圖線型標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了剖視圖、軸測(cè)圖的一鍵生成功能，如圖11所示。同時(shí)，也滿足在三維設(shè)計(jì)更改的時(shí)候，圖紙可聯(lián)動(dòng)更新。

為了簡(jiǎn)化鋼筋圖生成過(guò)程，將3DE創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型，導(dǎo)入到長(zhǎng)江設(shè)計(jì)公司開(kāi)發(fā)的三維配筋出圖一體化軟件，進(jìn)行施工圖配筋設(shè)計(jì)并一鍵出圖，顯著提高了設(shè)計(jì)效率。實(shí)踐中，已形成“3DE建模+三維配筋出圖”的組合模式，具有良好的示范效應(yīng)，如圖12所示。

3.4 計(jì)算分析

利用3DE軟件格式轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)，將BIM模型導(dǎo)入數(shù)值分析軟件。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并開(kāi)展三維有限元數(shù)值分析，根據(jù)結(jié)果來(lái)優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)的尺寸與形式，如圖13所示。

3.5 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用BIM技術(shù)“所見(jiàn)即所得”的特點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中的隱蔽問(wèn)題，即可提供方案比選的功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。黃金峽水利樞紐導(dǎo)墻壩段由壩工與電站專(zhuān)業(yè)共用，初設(shè)方案結(jié)構(gòu)劃分不合理，利用BIM技術(shù)進(jìn)行方案比選后，對(duì)局部結(jié)構(gòu)分工進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。設(shè)計(jì)方案優(yōu)化情況如圖14所示。

3.6 可視化表達(dá)

在不同的軟件中模型的構(gòu)建邏輯不同。3DE平臺(tái)的模型是為參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的曲面和實(shí)體，其中包含大量的過(guò)程文件，結(jié)構(gòu)樹(shù)層級(jí)較多，不利于輕量化的模型表達(dá)。因此，利用達(dá)索公司的Composer軟件對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，以實(shí)現(xiàn)模型成果展示與交流。Composer的模型是由面片組成的封閉或開(kāi)放式的曲面組成，只需要結(jié)果元素，不需要過(guò)程零件，并且支持交互式操作、移動(dòng)端展示和動(dòng)畫(huà)制作。同時(shí)基于BIM模型，利用3D打印機(jī)，打印出1∶2 000模型，便于現(xiàn)場(chǎng)與參建各方溝通展示。Composer可視化表達(dá)及樞紐3D打印模型分別如圖15～16所示。

3.7 BIM屬性擴(kuò)展

目前，主流BIM軟件僅針對(duì)建筑、機(jī)械、市政專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化屬性定制，水利水電專(zhuān)業(yè)雖已有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但在軟件層面仍缺乏成熟的屬性定義體系，因此在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，需要針對(duì)性地開(kāi)展屬性擴(kuò)展工作，確保滿足BIM模型信息化應(yīng)用需求。

該項(xiàng)目考慮運(yùn)維期模型應(yīng)用需要，屬性擴(kuò)展與數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。采用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行字段設(shè)計(jì)，同時(shí)在3DE后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行屬性集擴(kuò)展，擴(kuò)展后的屬性可以在結(jié)構(gòu)樹(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行添加，并滿足IFC標(biāo)準(zhǔn)要求，流程如圖17所示。

擴(kuò)展后的屬性可以導(dǎo)出，同時(shí)，可以直接與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，從而建立黃金峽BIM模型屬性擴(kuò)展體系。圖18為屬性擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。

3.8 數(shù)字化交付

為了發(fā)揮BIM模型全生命周期管理優(yōu)勢(shì)，將設(shè)計(jì)BIM模型的成果延伸至施工和運(yùn)維階段。該項(xiàng)目從功能需求出發(fā)，提出了黃金峽水利樞紐工程BIM模型數(shù)字化交付的方法。

（1） 針對(duì)業(yè)內(nèi)已有的BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面的調(diào)研分析，確定該項(xiàng)目設(shè)計(jì)交付的內(nèi)容、交付方式及其包含的成果。

（2） 針對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)主流BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行BIM模型數(shù)據(jù)格式對(duì)比，分析不同設(shè)計(jì)平臺(tái)BIM模型格式轉(zhuǎn)換的方法及其存在的問(wèn)題，確定了該項(xiàng)目模型交付格式，即采用通用的*.ifc、*.obj和*.fbx格式。其中，*.ifc格式包含幾何和屬性數(shù)據(jù)，但難以進(jìn)行輕量化處理，后兩者雖然不包含屬性信息，但可方便地進(jìn)行模型輕量化。

（3） 通過(guò)BIM模型輕量化等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合黃金峽水利樞紐運(yùn)維管理系統(tǒng)具體需求，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化交付，滿足設(shè)計(jì)BIM模型向運(yùn)維期轉(zhuǎn)化的需求。

4 應(yīng)用成效

基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與三維協(xié)同環(huán)境，在黃金峽水利樞紐工程勘察設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)加強(qiáng)多專(zhuān)業(yè)的三維協(xié)同技術(shù)研究與應(yīng)用，提高了專(zhuān)業(yè)間相互參照、協(xié)同會(huì)商的工作效率;三維參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的加入，顯著提高了設(shè)計(jì)效率，與計(jì)算分析軟件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)計(jì)算一體化;三維出圖技術(shù)的使用，提高了設(shè)計(jì)效率，在供圖任務(wù)繁重的施工期，滿足了現(xiàn)場(chǎng)的圖紙需求;基于工程輕量化數(shù)據(jù)的三維交互式表達(dá)技術(shù)在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行宣貫與示范推廣，起到了輔助指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，提升現(xiàn)場(chǎng)三維應(yīng)用水平的效果;屬性擴(kuò)展和數(shù)字化交付，實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)從設(shè)計(jì)到運(yùn)維的轉(zhuǎn)換，提高了BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié) 語(yǔ)

BIM技術(shù)在黃金峽水利樞紐工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的研究及其應(yīng)用實(shí)踐，有效地促進(jìn)了設(shè)計(jì)過(guò)程中技術(shù)方法、技術(shù)流程與工作模式的優(yōu)化與改進(jìn)，基本上形成了以BIM模型為中心的協(xié)同設(shè)計(jì)建模、計(jì)算分析和模型出圖一體化協(xié)同技術(shù)和流程，使得三維協(xié)同技術(shù)更加融合于傳統(tǒng)的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中?；邳S金峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)過(guò)程所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)成果已在行業(yè)內(nèi)得以分享、交流、推廣與示范，可為其他同類(lèi)項(xiàng)目開(kāi)展三維協(xié)同設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮敏，杜華冬，黃博豪.旭龍水電站三維設(shè)計(jì)及BIM應(yīng)用[J].中國(guó)水利，2020（9）：66.

[2] 許哲峰.BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究[J].黑龍江水利科技，2021，49（9）：189-191.

[3] 杜九博，李玉瑩，常倩倩，等.BIM正向設(shè)計(jì)在湘河水利樞紐工程中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2019（9）：87-90.

[4] 許能.BIM技術(shù)在巴布亞新幾內(nèi)亞埃德伍水電站的應(yīng)用[J].湖南水利水電，2021（2）：61-63.

[5] 徐肖峰，曹正璇，李健民，等.BIM技術(shù)在供水工程盾構(gòu)井勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].浙江水利科技，2021，49（3）：66-70.

[6] 曾旭東，耿藝曼.基于真實(shí)建筑環(huán)境創(chuàng)作：點(diǎn)云技術(shù)在BIM正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].建筑技藝，2021，27（6）：124-125.

[7] 呂賀.BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].陜西水利，2021（7）：40-42.

[8] 張慧媛，曾凡誠(chéng)，王兵.關(guān)于Bentley三維設(shè)計(jì)軟件在水利水電工程中應(yīng)用與研究[J].內(nèi)蒙古水利，2021（7）：46-47.

[9] 竇存杰，董錦坤，賈君.BIM技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，41（4）：245-249.

[10] HEGEMANN F，STASCHEIT J，MAIDL U.As-built documentation of segmental lining rings in the BIM representation of tunnels[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2020，106：103582.

[11] STEGNAR G，CERDVSEK T.Information needs for progressive BIM methodology supporting the holistic energy renovation of office buildings[J].Energy，2019（15）：317-331.

[12] 胡中平.黃金峽水利樞紐技術(shù)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[J].中國(guó)水利，2015（14）：82-85.

[13] 馬光明.淺談GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在引漢濟(jì)渭黃金峽水利樞紐工程中的應(yīng)用[J].陜西水利，2020（7）：130-131.

[14] 鄭湘文，毛擁政，黨力.黃金峽水利樞紐泵站、電站聯(lián)合布置方案研究[J].人民黃河，2018，40（11）：115-118.

[15] 馬光明.引漢濟(jì)渭黃金峽水利樞紐導(dǎo)流設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)淺析[J].陜西水利，2020（1）：164-165.

[16] 徐俊，李小帥，韓旭，等.巴基斯坦Karot水電站工程多專(zhuān)業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2017，9（6）：1-6.

[17] 張靜纓，包騰飛.基于3DEXPERIENCE平臺(tái)的水利工程BIM應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2020，51（增2）：108-111.

（編輯：趙秋云）

Application of BIM technology in design of Huangjinxia Hydro-complex Project

ZHANG Pengli1，CUI Chao1，JIA Ningxiao2

（1.Hanjiang-to-Weihe River Water Diversion Project Construction Co.，Ltd.，Xi’an 710024，China; 2.Changjiang Survey，Planning，Design & Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

Facing the complexity of hydropower projects，the present BIM technology has disadvantages of low standard level and fuzzy process.In the survey and design stage of Huangjinxia Hydro-complex project，based on Dassault 3DEXPERIENCE platform，the online collaborative application process and methodology is studied，and a set of BIM based design process system for hydropower projects is formed.Combined with the BIM design process，the parametric modelling，statistic of project quantity，3D drawing，we summarize the difficulties and innovations in the application process of BIM.Finally，we study the attribute extension and digital delivery，providing new ideas for information transmission during the whole project cycle.The project practice shows that the research results have improved the design efficiency and quality.

Key words：

water conservancy and hydropower engineering;3D EXPERIENCE platform;BIM;co-design in multiple departments;Huangjinxia Hydro-complex Project