基于《水工建筑物設計與水利工程管理》分析BIM技術在水利工程建筑設計中的應用

于海濤

隨著我國經濟和社會的發(fā)展，水利工程已成為我國內陸沿河城市發(fā)展的重要基礎工程。為了提高水利工程建筑設計水平，相關設計人員可在水利工程建筑設計中運用BIM技術以及模型構建的方式，對水利工程建筑設計效果進行綜合評估，并且在模型中直觀地對各項參數進行修改，以提高水利工程建筑設計的效果。由賈艷霞、樊振華、趙洪志主編，中國石化出版社出版的《水工建筑物設計與水利工程管理》一書，根據水工建筑物設計和水利工程管理的各項政策和規(guī)定，并結合實際工程實踐和管理經驗進行編寫。書中包含大量的實例內容，具有一定實用性和指導性。

賈艷霞，樊振華，趙洪志 主編中國石化出版社出版

《水工建筑物設計與水利工程管理》由十五章組成。第一章介紹了水工建筑物基礎內容。第二章探討了混凝土重力壩的設計。第三章講解了土石壩的設計。第四章介紹了河岸溢洪道設計的相關內容。第五章的主要內容為設計水閘時的注意事項。第六章介紹了水工隧洞的設計。第七章闡述了渠道與渠系建筑物的設計原則。第八章至第十章對水利工程管理的基礎知識進行了詳細解讀，包括水工建筑物的檢查觀測、水庫的運用與管理等。第十一章至第十五章對土石壩、混凝土壩、漿砌石壩、水閘、渠系建筑物、水電站建筑物的養(yǎng)護和修理進行了詳細說明。

水利工程建筑設計過程中對于設計參數要求非常高，如果沒有采取有效的方式提高水利工程建筑設計效果，就會影響水利工程的安全性以及運行穩(wěn)定性。隨著BIM技術的應用和發(fā)展，設計人員可以解決傳統(tǒng)設計中存在的難點問題，以滿足設計參數的要求。BIM技術的優(yōu)勢主要有以下幾點：

首先，BIM技術具有可視性。傳統(tǒng)的水利工程建筑設計圖是二維圖紙，無法達到可視化的要求。雖然當前有很多設計軟件、先進技術應用到實踐中，很多水利工程建筑模型、樣板被人們正常使用，工程人員依然會利用圖樣元素制作成為三維立體模型。這種模型比傳統(tǒng)二維圖紙更加直觀，但不是自動生成的，不同結構之間的聯系也不緊密。在BIM技術研發(fā)和應用后，設計人員可以完整地掌握水利工程建筑的各項數據信息，達到可視化的要求，真正了解各個結構存在的關系，還能夠掌握內部結構組成，讓設計、施工管理等各個環(huán)節(jié)人員可以保持良好溝通，實現可視化建設。

其次，BIM技術具有協(xié)調性。水利工程建筑工程規(guī)模較大，且涉及的專業(yè)較多，協(xié)調性是保證項目順利實施的基礎條件，因此通過BIM技術能夠實現各環(huán)節(jié)、各部門的協(xié)調。傳統(tǒng)水利工程建筑設計在很多情況下會因溝通不良而導致現場施工無法繼續(xù)進行，為了避免發(fā)生這些問題，相關人員需要做好準備工作，保證各專業(yè)人員相互協(xié)作，利用BIM技術即可達協(xié)調處理各個方面的關系，保證數據更具準確性。

最后，BIM技術具有模擬功能。BIM技術具備模擬功能，這是以往水利工程建筑設計技術所不具備的，主要作用是通過該技術進行水利工程建筑結構的模擬分析，可以將水利工程建筑直觀地模擬并顯示出來，展示給各個環(huán)節(jié)的技術人員，保證水利工程建筑設計達到科學性與合理性的要求。同時，設計人員還可應用BIM技術進行5D模擬分析，實現成本管控，避免出現水利工程建設項目超預算的問題。

傳統(tǒng)水利工程建筑設計存在效率低、成本高、周期長等一系列問題，制約了水利工程建筑設計水平的提高。該書充分考慮這一情況，對于水工建筑物的設計提出了獨到的見解。作者認為，BIM技術在現代水利工程設計中的應用，標志著水利工程設計理念轉型的開始，合理充分地運用BIM技術，能夠有效提升水利工程設計效率。同時，隨著大數據技術的日益成熟，設計人員可對水利工程建筑工程結構的BIM模型進行實時在線分析，從而準確定位水利工程設計中存在的問題，給出具有可行性的優(yōu)化建議，使水利工程建筑工程結構設計更加智能化、科學化。對于BIM技術在水利工程設計中的應用，具體體現在以下幾點：

第一，設計人員可以使用BIM技術進行前期設計，并對水利工程建筑實現動態(tài)化設計。在水利工程建筑設計的在不同環(huán)節(jié)的作用也會有明顯差異。該書對此用部分章節(jié)進行說明，在概念設計時，BIM技術可以展現出水利工程建筑結構的創(chuàng)新設計方案，實現水利工程建筑面積劃分、體形系數分析、商業(yè)價值分析等各方面數據分析，保證數據達到精度要求；在水利工程建筑方案設計環(huán)節(jié)，通過BIM技術能夠保證水利工程建筑方案設計順利進行，準確處理各項復雜數據，讓水利工程建筑方案更具科學性；在施工圖設計環(huán)節(jié)，BIM技術將復雜的水利工程建筑結構轉變?yōu)楦雍唵蔚慕Y構形式，直接通過設計圖紙進行展示，讓相關人員可以實現可視化分析，進而提高前期設計水平，確保水利工程建筑設計方案符合工程的實際需要。BIM技術應用于水利工程建筑動態(tài)化設計中，可以更好地保證各項基礎信息的準確收集和掌握，進而實現方案的優(yōu)化設計，保證水利工程建筑設計方案達到動態(tài)化監(jiān)控的標準。在具體的施工環(huán)節(jié)，根據工程施工的需要構建動態(tài)化模型，然后將信息輸入到模型內，根據工程施工管理需要做好進度控制，及時發(fā)現存在的問題并作出相應調整，讓項目進度和計劃達到一致性的要求，使項目建設趨于完善，提高水利工程總體運行效果。

第二，設計人員可以使用BIM技術對水利工程建筑結構與現場進行分析，以實現水利工程建筑的可持續(xù)發(fā)展。在BIM技術應用之后，技術人員可以進行現場的環(huán)境、地質條件等多個因素的綜合分析，然后應用3D技術直接反映出來。該書在第五章及第七章對BIM的建模功能進行了詳細介紹，BIM技術可以與其他技術在水利工程建筑結構的設計中綜合應用，這樣可以保證水利工程建筑的結構設計中避免可能出現的隱患和問題，以達到安全標準。同時，BIM技術還可以實現全面的模擬與分析，保證結構設計更具科學性與合理性，以保證建筑結構性能符合要求。設計人員可以在設計過程中以BIM技術為基礎，分析發(fā)現結構設計的問題與不足，并作出相應調整，使整個水利工程建筑結構設計效果得到有效提升。為了進一步提高水利工程的運行效率和使用年限，設計人員在進行水利工程建筑工程項目的設計時，需要將可持續(xù)發(fā)展的理念融入其中。通過BIM技術，可以實現水利工程建筑定位與控制，明確具體的施工方案、具體構造，然后確定合適的立體化模型，進而可以發(fā)現存在的問題，降低能耗與污染，提高水利工程總體運行效果。該書對于水利工程建筑的可持續(xù)發(fā)展提供了多個實際案例供讀者學習，例如倒虹吸管及涵管的多次維護使用、渡槽病害的處理等。

第三，設計人員可以將BIM技術應用于圖紙設計，并用于各專業(yè)間的協(xié)調設計。從上文的論述中可以發(fā)現，設計人員可以運用BIM技術來創(chuàng)建水利工程建筑的三維模型。這一技術不僅可以讓設計人員隨時掌握和了解水利工程建筑結構的特點，也可以通過建模更加生動形象地展示在設計人員和施工等技術人員面前，如果存在不合理的部分，可以在經過探討和協(xié)商之后及時作出調整。同時，BIM技術能夠消除傳統(tǒng)圖紙設計的問題，達到可視化的要求，明確技術要點，使項目建設順利進行。根據當前水利工程建筑領域具體狀況分析發(fā)現，設計方、施工方、監(jiān)理方之間的協(xié)調采用的主要是傳統(tǒng)模式，即多方圍繞紙質圖紙進行探討，然后才能確定水利工程建筑設計圖紙的成版藍圖。將BIM應用于這一過程中，可以通過三維模型方式展示出設計方案，進而準確地進行設計方案的調整和控制，保證各個環(huán)節(jié)達到協(xié)調性的要求。此外，設計方、施工方、監(jiān)理方還可以采用預先協(xié)調的方式進行討論。在實際工作中，設計人員通常利用BIM技術將水利工程建筑設計進行建模，在內部和外部共同審校完畢、確認無誤之后，再輸出二維圖紙，可以一次性完成整個結構設計，保證水利工程建筑設計的質量滿足要求。通過專業(yè)協(xié)調功能的使用，讓水利工程建筑施工各個環(huán)節(jié)的工作順利開展，提高施工效率與質量。

第四，BIM技術可以用于對水利環(huán)境的模擬，例如室外風環(huán)境模擬、室內自然通風模擬、室內采光模擬等。水利工程建筑方案的節(jié)能設計環(huán)節(jié)，需要盡量使用自然風進行室內環(huán)境的降溫，此時可以通過BIM技術實現對水利工程建筑設計方案的確定。水利工程建筑通常規(guī)模較大，其內部的通風系統(tǒng)的能耗非常大，所以目前水利工程建筑設計人員非常重視水利建筑的節(jié)能技術。在水利工程建筑的室內自然通風系統(tǒng)中，其運行狀況將給室內環(huán)境產生直接的影響。從這個角度出發(fā)，設計人員在水利工程建筑通風系統(tǒng)的設計方案確定環(huán)節(jié)，可以運用BIM技術對水利工程建筑室內通風及逆行進行模擬分析，并根據模擬結果更好地實現優(yōu)化設計，盡可能保證自然風可以發(fā)揮應有的作用，降低水利工程建筑能耗，提高運行效果。如果自然風循環(huán)系統(tǒng)對于建筑內部的通風性能幫助較小，還需要設立新風系統(tǒng)。同理，不僅是通風系統(tǒng)設計可以運用BIM技術，傳統(tǒng)水利工程建筑進行室內采光設計時同樣可以運用BIM技術進行建模。設計人員在設計時通常需要綜合分析周邊水利工程建筑結構、朝向等方面的因素，工序復雜性較高，計算工作量也很大。在BIM技術應用中，設計人員可以按照要求進行采光設計。在該功能滿足要求的基礎上，設計人員將周邊環(huán)境數據信息輸入模型中，考慮當地的日照、氣候等因素，確定最佳的窗墻比參數。按照這一設計理念，能夠保證室內的采光性能符合要求，提高自然光的利用率，符合水利工程建筑的節(jié)能標準。

綜合該書內容可知，將BIM技術應用于水利工程建筑設計中具有良好的前景。經過多年的探索和應用，已經證實了BIM技術在水利工程建筑設計中有著非常好的效果，不僅可以提高水利工程的效益與質量，還能夠保證水工建筑物室內空間更加舒適、安全，滿足節(jié)能降耗的要求。隨著現代社會經濟的不斷發(fā)展，水利建設作為經濟發(fā)展的重要組成部分，其重要程度也在不斷提升，社會對于水利工程建筑質量的要求也在不斷提高，BIM技術的應用可以滿足多方面的需要，符合現代水利工程建筑設計理念要求。