基于BIM的堤防工程三维信息模型构建及应用_刘倬昀.pdf

科 技 创 新科 技 创 新收稿日期：2022-12-08作者简介：刘倬昀，男，汉族，河北省水利规划设计研究院有限公司，工程师。基于基于BIMBIM的堤防工程三维信息模型构建及应用的堤防工程三维信息模型构建及应用摘要研究堤防工程三维信息模型构建框架，并以 Bentley系列软件为平台，基于某堤防工程，研究三维建筑模型的构建方法与流程，将 BIM技术理念贯穿于堤防工程建模之中，实现堤防工程三维信息模型构建及成果应用。关键词堤防工程；三维信息；建筑模型刘倬昀水利工程多具有规模大、布置复杂、涉及专业多、开发建设周期长、建筑设施信息量大以及对社会、生态影响大等特点，因此将信息化技术与水利工程深度融合，对提高水利工程建设信息化水平具有重要意义。现以水利工程中的堤防工程为例，应用 BIM 构建工程模型，在此基础上研究 BIM 设计的应用成果，突出信息时代水利工程建设与 BIM技术应用融合的转型升级。1.主要内容对某堤防工程进行 BIM 设计，建立各专业 BIM 设计模型，在工程勘测设计的不同阶段开展方案比选、碰撞检测、工程量统计等应用，提高工程整体设计质量与效率，提供更为优质的设计产品与技术服务。项 目 采 用 Bentley 系 列 软 件 作 为BIM 建模平台进行 BIM 设计，模型格式为 DGN、FBX、DWG 等，实现 BIM 设计目标。1.1 分阶段持续提供带材质的 BIM模型在勘察设计各阶段，按照建设单位要求，分阶段提供带有材质的 BIM 模型。结合工程项目建设内容，勘察设计各阶段的 BIM 设计主要包括：地质、原始地形、堤防、穿堤建筑物、景观绿化及驿站 BIM 模型等。其中，原始地形 BIM模型采用无人机航测技术，通过无人机倾斜摄影获取超高分辨率数字影像，实现测绘数据的高精度表达。这些模型按相应设计阶段要求提供并附带材质。利用 BIM 模型获取模型的各种参数，并从模型中自动统计和获取所需要的模型实物量，同时可实现模型变化与工程量变化同步。1.2满足各阶段模型深度等级及模型规则要求各个阶段模型深度等级及模型规则满足 水利水电工程信息模型设计应用标准 T/CWHIDA0005-2019 中对各阶段 BIM 模型成果要求，BIM 模型中数字化对象尺寸准确、外观真实有效，模型构件附带有常规的信息属性。1.3满足对 BIM模型对象编码要求对 BIM 模型对象进行编码，编码满足 水利水电工程信息模型分类和编码标准 T/CWHIDA0007-2020的要求。1.4满足 BIM模型建设要求在 BIM 模型建设过程中编制工作计划、BIM 模型建设方案、专业协作方式和质量管理办法等，形成的 BIM 模型成果原始文件校审完成后按工作计划提交给建设单位。2.模型创建2.1设计模型创建BIM 工程涉及工程的各个专业，为保障各专业间良好协作，需确定合理的工作流程。具体搭建流程如下：一是编写工作计划、BIM 模型搭建方案、各专业协作方式和成果质量管理办法等。二是设计成果交接，各专业应按照工作时间节点要求及时将设计成果交至BIM 设计专业人员，并协助其完成相应的模型搭建、模型组合。三是模型搭建，各专业设计工程师按照本专业设计内容进行 BIM 模型建立，并交由本专业项目负责人审核，审核通过后将模型上传至协同工作平台，由本专业 BIM 设计工程师进行专业总装，空间位置校正，项目负责人完成 BIM 项目全专业总装。四是碰撞检测，模型总装完毕后，进行整体碰撞检测，排查碰撞原因并及时整改，对最后一次碰撞检测结果进行存档保留。2.2属性挂接模型构建附带有常规的信息属性。模型信息属性是 BIM 信息模型的关键部分，通过对模型进行信息属性的添加，可以对 BIM 整体以及每个构建都有充分的标识，为下一步施工模拟工作以及项目管理打下良好基础。对于模型信息属性的添加，应用MicroStation CONNECT Edition、OpenRoads Designer CONNECT Edition、AECOsimBuildingDesignerCONNECTEdition等软件搭建信息属性框架，并交由相关专业设计人员填写，最后由 BIM工程设计团队进行最后的汇总、修正。在 MicroStation CONNECT Edition中使用项类型功能进行属性挂接，根据水利水电工程信息模型设计应用标准 中 BIM 模型工程属性定义和信息等级参考表创建属性树，项类型属性树见图 1，再通过连接项功能将对应模型挂接相应属性。2.3模型总装在勘察设计各阶段 BIM 模型建立过程中，根据设计阶段的不同，依据 水利水电工程信息模型设计应用标准 要求的各阶段深度等级建立各专业 BIM模型并进行单专业碰撞检查与设计优化，完成各专业模型建立，并按照我院勘察设计过程中规定的校审流程进行各专业校对、审核后形成各专业 BIM 模型。各专业完成本专业 BIM 模型后，需进行模型组装整合，BIM 总装模型及三维倾斜摄影成果按照 CGCS2000 国家大地坐标系、高斯正形投影、116 度中图 1项类型属性树44科 技 创 新科 技 创 新央经线，1985 国家高程基准进行模型组装，并保证组装后的模型几何信息和属性信息准确。各专业将本专业模型上传至协同管理平台，由 BIM 应用工程师将模型各部分参考至空文件中，将模型位置放置在相应现状地形中，形成整体模型。由于各专业建模软件不同，各专业BIM 应用工程师建立的模型需要统一格式和版本类型，对于不同的文件格式，在组装之间要进行模型整理，转换或导出成为统一格式再进行组装，保证专业间模型的可用性，保障各专业模型最终能够整合为一体。由于各专业模型之间体量大小存在差异，模型建造时各专业应用的坐标位置存在差异，BIM 应用工程师需要预先确定控点坐标及高程，保证模型控制位置与平面图位置相关联。具体组装应从大到小、从整体到局部，在确保前一部分模型组装正确的前提下，后一部分模型依据前一部分模型组装形成，将所有模型安放到正确位置。2.4模型审查按照勘察设计过程中的过程控制程序进行校对、审核和评审后，建成满足发包人要求的包含全部设计数据信息带材质的 BIM 模型。对各专业建立的 BIM 模型以及模型信息完整性和精度进行校审，确保符合要求的信息已全部提供并输入 BIM 模型中，包括所有过程变更信息。BIM 模型除与基础资料进行核对外，还应对不同参建方信息进行相互验证。2.5设计段模型变更管理建设设计过程中，根据工程变更、现场实际情况，对 BIM 模型进行调整，使其与设计保持一致。由专人负责整个项目 BIM 数据的归档及维护，并定期向项目负责人汇报数据汇总情况，数据归档格式及内容应严格遵循项目初期与建设单位商定的格式。BIM 小组成员权限和其他成员访问权限，由项目负责人负责设定并及时维护更新。数据维护及归档工作透明化，实时反映工程设计实际。3.成果应用3.1各设计阶段应用成果BIM 应用成果涉及阶段包括前期（可研）BIM 设计、初步 BIM 设计、施工图 BIM设计 3部分。3.1.1前期（可研）阶段 BIM设计前期（可研）阶段 BIM 设计工作已基本完成，建模深度及建模内容符合相关规范及标准要求。主要完成内容包括各主要涉及专业模型，成果主要用于方案展示、方案比选、分析计算、统计工程量等。3.1.2初设阶段 BIM设计本阶段 BIM 设计主要内容包括所涉及的全部专业模型，BIM 成果主要用于统计工程量、漫游渲染、工程制图以及数字化交付等方面。3.1.3施工图阶段 BIM设计本阶段 BIM 设计要求在初设 BIM模型基础上进一步深化，模型分类及编码要满足规范标准，BIM 成果应用增加碰撞检测、施工仿真等。3.2模型碰撞检查及图纸反馈3.2.1模型碰撞检查设计人员在各个阶段设计过程中，由于对现场具体了解不够深入或各专业之间沟通不够默契，很可能存在设计构件碰撞的问题，尤其在施工图纸之前要做碰撞检测，能够对建筑物的整体和各部分特征进行直观观察描述，各建筑物之间时间空间上的联系各专业间的空间碰撞关系，使工程建设各方更快更全面把握工程的情况。在模型构建组装过程中，专业间往往存在模型交叉碰撞的问题。这就需要各专业 BIM 应用工程师进行分析讨论，查找模型交叉碰撞原因予以解决，以保证各专业间模型组装正确性。模型碰撞检测可以使用 MicroStation 自带的 Clash Detection功能实现。部分检测结果见图 3、图 4。3.2.2图纸反馈将各专业 BIM 模型进行合并，在施工前进行各专业设计图纸检查，提前发现图纸问题，查找各专业间冲突点，及时发现可能存在的问题并在施工前调整设计，减少设计图纸自身错误或冲突导致的工程变更、现场签证。参照初步施工方案进行模拟施工，分析和优化施工方案，以及重点难点可行性进行研讨，从而发现施工中可能出现的问题，在施工前就采取预防措施，直至获得最佳施工方案，从而大大降低返工成本，减少资源浪费、施工冲突以及安全问题。3.3工程量统计在开展设计的各阶段，按照发包人要求，分时段持续提供带有材质的 BIM模型与满足工程计量的工程量清单。基于 BIM 的工程管理，将工程量信息和模型相结合，实现模型变化与工程量变化同步，充分利用模型进行工程量管理。BIM 模型的实物量统计在技术上有较大优势，一旦模型建立即可从模型中自动统计和获取到所需要的模型实物量，配合造价部门的计算在实现性上有 较 大 优 势。可 通 过 MicroStationCONNECT Edition 软件中的报表功能实现 BIM模型工程量统计计算。按照统计工程量的项目类别建立项类型属性树，并对应相应模型挂接属性，再通过报表功能统计各类模型体积从而统计工程量，生成工程量清单见图3。4.结语以相对完整的思路把 BIM 技术融入堤防工程建设之中，阐述了堤防工程BIM 设计的主要工作内容，以及模型构建的详细过程，论述了水利行业设计各阶段的主要应用成果，为水利工程的三维信息模型构建及应用提供了路径和方法。图 2碰撞检测结果界面图 3工程量统计结果45