基于BIM技术在水工结构设计的实际应用研究.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 141 基于 BIM 技术在水工结构设计的实际应用研究 郝梦雅1 陈芝里2 李 扬3 时 曼4 刘 辉1 1.徐州市水利工程运行管理中心，江苏 徐州 221000 2.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 徐州 221000 3.南通市市政工程设计院有限责任公司，江苏 扬州 225000 4.徐州市河湖管理中心，江苏 徐州 221008 摘要：摘要：BIM 技术作为一种先进的数字化设计手段,在建筑、桥梁等工程领域有着广泛的应用。近年来,BIM 技术在水工结构设计的应用也取得了一定的成果。随着 BIM 技术在我国的逐渐普及,其在水工设计方面的研究也日益受到重视。本文主要针对 BIM 技术以及其在水工结构设计中的优势进行了分析,并就基于 BIM 技术的设计应用进行研究,为今后水工结构设计的发展提供借鉴。关键词：关键词：BIM 技术；水工结构；设计应用 中图分类号：中图分类号：TU318 0 引言 随着计算机技术和信息技术的飞速发展,BIM(建筑信息模型)技术已经成为现代工程建设中不可或缺的辅助设计手段之一。近年来,基于 BIM 的水工结构工程的设计方法得到了广泛的应用,取得了良好的效果。但是,在实际的工程设计工作中,由于对 BIM 技术认识不足,导致很多设计人员对于如何利用该技术进行水工结构的设计存在一定的误区。本文结合实际,从理论角度分析并探讨了基于 BIM 的水工结构设计的相关理论和方法,以供同行参考。1 BIM 技术概述 1.1 BIM 技术的含义 BIM 技术是一种建筑信息模型技术，主要在建设计中广泛应用，目前也应用在水利工程相关的设计中。这一技术可以将在建筑工程项目中的单一构件或者物体当做基本的元素，在对这一基本要素的几何数据，物理特点，施工要求以及价格资料等进行描述时，其可以将这些相关信息数据有机的整合起来，形成一个完成详细的数据化的建筑信息模型，在建筑设计中可以将其作为整个工程设计重要的数据资料库。这些以建筑物构建或者物体形成的数据，不仅是对建筑元素的几何体征和物理特点进行的简单反映，其中还保留了作为建筑中的一部分，各元素之间的空间上和逻辑上的关系。这一技术下形成的数字化的建筑物是在虚拟空间中，但这一信息系统依然可以具有完成性和层次性的特点。BIM 技术在对信息的承载上具有很强的能力，其可以将与整个建筑设计有关的信息，以及配套的设计文档都在集成数据库之中进行存储。可以将建筑工程中的所有数据都变成相互关联的数字化信息，在BIM中，可以搭建各个专业协同工作的平台。与其他专业设计软件不同的是，BIM 可以实现相互兼容以及沟通渠道的流畅，方便对各种专业信息的共享和及时管理。由此可见，BIM 技术以三维数字模型为基础,通过数据交换与共享,对工程项目进行规划、分析、设计、施工等各个阶段的模拟,最终实现建筑产品的全生命周期管理的技术。将 BIM 技术应用到水利工程的结构设计信息中，可以有效利用这一技术可视化以及三维操作等特点，完成对水利工程的可视化设计。同时也可以实现对设计进行可视化的查询，从改变了传统设计方式中的复杂性和繁琐性1。1.2 BIM 技术与三维建模的区别 三维建模是传统意义上的 3D 模型,而 BIM 技术则是指用软件建立的三维虚拟空间。三维建模主要针对的是二维图纸,通过手工绘制,将图纸上的内容转化为3D 实体。而 BIM 技术主要是指利用软件建立的虚拟空间,它不仅包括平面图、立面图和剖面图的生成,还包括施工图等,其功能非常强大,几乎包含了所有的工程中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 142 数据。BIM 技术是一种新的设计工具,它的优势在于，可以模拟整个工程的建造过程,能够直观地反映各种复杂情况,从而大大提高了工作效率。同时，能够实现快速出图,减少返修率,缩短施工周期。不仅具有强大的协同能力,使各个专业之间相互配合,提高整体效益，还有较强的可扩展性,可以方便地与其他软件集成;具有很好的开放性和互操作性,容易与其他系统或平台整合。2 BIM 技术在水工结构设计中的优势 2.1 信息内容的可视化 利用 BIM 技术，三维建模的特点，可以在短时间内完成对大坝各部分图纸的准确生成，这样可以有效减少通过二维设计时出现的错误，使设计工作更加简便快捷，减少了繁琐的绘图工作带来的各种问题，不但可以提高设计的效率，还可以保证设计的准确性。2.2 优化设计 在利用 BIM 技术进行设计的过程中，可以通过将水力与土建或者电气等专业的BIM模型整合在一起,可有效避免由于各专业之间的不协调而导致的返工现象,从而提高整体效率。同时，BIM 技术可以对多种信息进行关联，基于这一技术可以完成对工程项目各个环节的信息整合，包括决策中需要的图形，成本以及工程进度等内容，从而提高项目决策的科学性。2.3 减少变更 采用 BIM 建模,能及时发现图纸中的问题,提前发现问题,从而避免因修改方案带来的费用损失。同时，BIM 技术可以增强设计的联动性，在以往的设计工作中，主要采用的是二维设计的方法，如果出现人工错误等设计问题，更改起来会比较麻烦，涉及的内容比较多。而 BIM 技术则可以有效实现所有视图，剖面图以及三维图之间的联动，也就是说当改变其中任何一项内容时，其他的内容也会随之自动完成修改，相当简单便捷。2.4 节约时间 由于BIM技术的引入,使得整个项目从前期规划到后期实施的全过程都可以进行三维模拟,从而大大减少了方案比选和优化环节,使项目决策更加科学合理2。同时,通过模型建立,可以快速生成各种计算书、图纸等,减少重复劳动,提高工作效率，在最短的时间内完成复杂的水利水电工程的设计工作。同时，也可以利用 BIM 技术,直观地看到项目各部分的结构组成,并可以快速准确地计算出各种材料用量,大大减少了由于错误估计而造成的浪费。因此,采用 BIM 技术的建设模式,可大大缩短项目建设周期,节约建设成本。2.5 降低工程施工的风险 在水工结构的设计过程中，应用 BIM 技术可以有效减少工程施工中的安全隐患。BIM 技术可以全面对工程建设的各个方面进行综合分析，并能及时的发现在设计中存在的安全风险，进而可以在第一时间采取相应的措施，对其进行有针对性的改善和解决。同时 BIM技术还可以模拟施工的过程，并且是动态性的，这样可以发现工程建设中出现的安全问题，并在设计的过程中就做好相应的防范措施，以减少施工事故的发生。2.6 提高工程建设的质量 通过 BIM 技术可以实现对工程进行三维模型的建构，同时工作人员可于结合平面图纸的信息，更加全面清楚的展现工程信息，有效提升整体工程设计的水平，减少质量问题的出现。同时 BIM 技术还可以实现数字模型与实体工程的同时交付，既可以保证工程在使用中的维护工作，也可以实现项目工程的生产和改造，保证整体的工程质量。3 BIM 技术在水工结构设计的实际应用研究 3.1 工程概况 水利水电工程中,主要的水工建筑物包括，闸坝、引(泄)水建筑物等,这些建筑物在建设过程中均需根据不同的要求进行布置,如闸坝需要设置上下游挡水建筑,引(泄)水管线需要设置调压井或压力管道,从而保证其运行安全,满足不同地区的用水需求。因此，本文以某水利工程建设中的闸坝设计为例，包括闸墩，底板以及闸门等内容。3.2 获取数据 在进行设计建设前，还需要建立一个全面的工程模型，在建立模型的过程中，需要以该工程项目的现场实际情况为基础，组建一个全面的项目沙盘。这样可以使该项目的决策人员可以对项目的对象以及项目与地形之间的联系有一个清楚的了解。在进行设计规划的过程中，相关的工作人员可以将其作为一个完善中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 143 全面的数据信息库，利用其中全面的数据信息，使项目中的构建元素参数化，进而实现项目管理的目的3。在一定程度上来说，如果专业和职责建设工程的主体不一样时，就需要地信息进行交换或者实现共享。在BIM 模型中，可以有效将数据信息与档案建立关联，并且使工程项目具有可视化的特点。在设计中，可以通过建立三维模型,获取各参建方提供的原始资料,包括地形地貌图,建筑物位置,建筑物类型,建筑物的性质,建筑物的规模等,并对其进行整理。同时，通过建立数据库,收集工程项目中的各方面数据信息，并对所有数据进行整合,形成数据库。此外，还可以根据实际需要,适当调整或更新部分数据。3.3 应用介绍 基于水工结构工程的特点，其具有造价高，动态性，层次性以及兼容性等特点。因此将 BIM 技术应用在工程项目的造价管理信息化中，有积极的促进作用。通过 BIM 技术，可以有效提高工程造价的工作效率，在 BIM 技术建立三维模型的过程中，可以实现对工程量的计算，并且还可以随时查看随时调用。对结构设计中的动态变化，BIM 技术可以及时的进行记录，同时还可以避免产生漏项的情况，对于计算中出现的错误问题也可以及时解决，提升清单计价的正确性。BIM技术的应用，可以实现模型的碰撞，进而对方案设计进行优化和检查，进而对工艺管线上产生的冲突问题进行解决，在这个过程中，造价工程师可以与其他设计人员协作完成工作，结合对工程造价的控制要求，对设计的方案和工艺进行比较和优化，这样可以减少设计中出现的变更，降低工程建设的成本。通过 BIM技术，可以有效解决工程建设中的问题，基于 BIM 技术可以构建一个项目建设各环节的协同工作平台。在实际的设计工作中，设计人员不需要改变自己原有的设计途径，只需要改变二维设计，就可以利用 BIM 技术自动形成三维建筑模型，此外还可以的为大坝的下游工程建设的单位，提供详细的 BIM 信息内容的条件布置图，提高工程建设中沟通的专业性，达到共享工程信息的目的。在 BIM 技术的应用中，可以使设计极端的工作实现进一步的细化，可以在项目的前期规划中，以及设计工程的施工图的各个环节中，并且可以实现方案的比较和优化，提高对工程量进行估算的准确性，使工程建设的前后工作可以实现有效的衔接，减少错误问题的出现。最重要的是可以实现工程项目的可视化，通过各种类型的三维模型4。可以完成进一步的效果设计以及三维动画设计。3.4 闸室的设计 在这一工程项目的建设中，可以采用公制常规模型族的方式完成创建。通过模型族的方式进行创建，可以更方便的对多个项目进行调用，并且可以根据项目建设的实际需求，对模型族的参数进行修改，就可以完成参数化的驱动设计需求。在通过 BIM 技术，设计闸室的过程中主要包括以下步骤。首先是模型轮廓的建立，需要以底板，以及闸墩的尺寸形状为基础设计轮廓模型，对于轮廓的设计需要通过相应的尺寸参数进行约束。其次需要创建对应的实体，可以通过族的方式，利用其中的创建工具，采用拉伸，融合，放样等方式完成性创建。同时需要对实体完成相应的剪切和修改，将需要修剪以及打孔的地方，采用创建空心形状的方式完成修改。此外，还要对各部件的材料进行设定。对于闸室中的底板，闸墩以及其他链接的部件，都可以采用模型族的方式进行设计。完成设计后，需要在闸室族中，将各部分的组件载入，并通过平移以及对齐等功能，完成对闸室整体模型的拼接。3.5 闸门的设计 在 BIM 技术影响下，水工结构闸门设计得到进一步优化，在以往设计的过程中，经常会出现零件与装配结构不一致的现象，比如闸门尺寸设计尺寸较差，出现视图尺寸不协调的现象，对施工人员产生较大的疑惑。因此需要通过对 BIM 技术应用，通过模型建立完成对闸门内部结构的制作，进一步安装效率。对于闸门尺寸设计需要进一步优化，结合实际情况进行尺寸设计，通常宽度设置为 6.92m，高度设置为 4.5m，厚度设置为 0.78m。具体建模设计过程需要从三个方面来完成，首先是对闸门悬臂轮进行建模，需要根据闸门尺寸展开设计。建模过程中需要寻找出悬臂轮的主轴部分，并对主轴部分进行切割，以此保证良好的独立性。根据不用部分的尺寸设计出不同的控制参数，保证控制参数能够与闸门尺寸相符合，通过对尺寸的控制完成对驱动模型的设计，将各种参数填入到驱动模型中，以此中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 144 完成对尺寸数值的修改，在 BIM 技术影响下，模型尺寸数值户自动生成，保证尺寸能够满足闸门设计要求。同时对悬臂轮外部轮廓完成绘制后，经过不断旋转最终产生出主轴三维模型，并完成对材质的选择。其次是对闸门门体、水封以及吊耳进行建模，闸门门体面板与构架都是由钢板所构成，为保证连接的稳定性，需要对所有零件展开设计，确定其零件尺寸，采用拉伸的安装方式进行模拟实验。此外，在闸门整体模型设计中，需要建立一个新的模型，将悬臂轮与面板结构直接并入到项目设计中，将吊耳与水封结构直接插入到项目中，在后续设计过程中，需要改变闸门零件的尺寸，完成对尺寸的设计。完成模型整体设计后，需要对 BIM 模型产生的二维视图进行标注，经过不断处理后生成出相关文件。通过对 BIM 技术的应用，可在模型处发现闸门设计存在的错误不合理现象，能够及时进行修整，实现成本的节约，同时也极大提升了闸门设计的可视化效果，将设计成果更加直观的呈现在业主面前5。4 结论 综上所述，BIM 技术的应用对水工结构的设计应用产生了深远的影响概念股，不仅可以完成对结构设计中的相关数据的分析和就散，还可以完成对结构设计的建模设计。通过 BIM 技术，可以使整个工程建设的质量和效率得到有效提高。参考文献 1赵春龙,王正中,李岗.水工金属结构 BIM 技术研究与应用J.人民黄河,2022,44(09):155-160.2潘传旭.基于 BIM 工况模拟条件下的水工结构性能分析研究D.郑州:华北水利水电大学,2022.3苏本谦.基于BIM+GIS的水工结构管理系统研究D.青岛:青岛理工大学,2021.4郝楠楠,韩刚,卢新杰.BIM 技术在水工金属结构全寿 命 周 期 管 理 中 的 应 用 研 究 J.机 电 信息,2020,(33):108-109.5周俊波,黄亚栋,谭慧.BIM 技术在汉江雅口航运枢纽工程设计中的应用J.中华建设,2020(1):118-120.