BIM技术在关门嘴子水库主体工程中的应用.pdf

水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2关荣财,董军,马忠彬,等.BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):231-235.GUAN Rongcai,DONG Jun,MA Zhongbin,et al.Application of BIM technology in the main project of Guanmenzuizi ReservoirJ.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,54(S2):231-235.BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用关荣财,董 军,马忠彬,陈士超,刘凯鹏,梁嘉斌,赵所琦,王福伟(黑龙江省水利水电集团,黑龙江 哈尔滨 150028)收稿日期:2023-06-29作者简介:关荣财(1970),男,教授级高级工程师,黑龙江水利水电集团副总工程师,学士,主要从事寒区大体积混凝土施工工艺研究。E-mail:3584849947 摘 要:在水利工程中,合理应用 BIM 技术,不仅可以全面提升工程设计质量,还可以提升安全管理水平,利用 BIM 技术可以及时更新设计理念、提高设计效率、提高施工管理质量,同时 BIM 技术还可以有效地优化材料核算和运维管,为水利工程全生命周期提供技术支持与数字依据。本文以 BIM技术在关门嘴子水库主体工程施工的应用为例,阐述了 BIM 技术在关门嘴子水库建设过程中的实施方法、构筑物建模、施工交底、施工模拟、参数化设计、水利水电族库的构建应用,为 BIM 技术在水利工程中的应用推广提供技术借鉴。关键词:BIM 技术;水利工程;实施方法;三维建模;水利族库DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.038中图分类号:TV213.4文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)S2-0231-05Application of BIM technology in the main project of Guanmenzuizi ReservoirGUAN Rongcai,DONG Jun,MA Zhongbin,CHEN Shichao,LIU Kaipeng,LIANG Jiabin,ZHAO Suoqi,WANG Fuwei(Heilongjiang Provincial Water Resources and Hydropower Group,Harbin 150028,Heilongjiang,China)Abstract:In water conservancy engineering,the rational application of BIM technology can comprehensively improve the quality of engineering design and safety management level.The use of BIM technology can timely update design concepts,improve de-sign efficiency and construction management quality,while effectively optimizing material accounting and operation management,providing technical support and digital basis for the entire lifecycle of water conservancy projects.This article takes the applica-tion of BIM technology in the construction of the main project of Guanmenzuizi Reservoir as an example,and elaborates on the implementation method,structure modeling,construction disclosure,construction simulation,parameterized design,and con-struction application of BIM technology in the construction process of Guanmenzuizi Reservoir.This provides technical reference for the application and promotion of BIM technology in water conservancy engineering.Keywords:BIM technology;water conservancy project;implementation method;3D modeling;water conservancy family library0 引 言0 引 言 BIM 以三维数字技术作为支撑,是一种集合各种建筑工程项目有关信息的工程数据化模型,是对工程项目有关设施实体和功能特性的数字化彰显。针对水库项目规模较大、工期较紧张、项目的系统复杂、跨越阶段较多、专业涵盖面广、数据信息量大的特点1-2,为提升水库的施工质量,可采用 BIM 技术对其实现数字化的建设与管理。BIM 设计成果在项目进度、造价管理方面、以及产品的运营、施工管理和后132关荣财,等/BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期期维护等各个阶段均可参与其中,实现信息的传递与共享3。依托 BIM 应用技术与数字交付技术以及实景建模技术建立三维模型可视化和信息化的关门嘴子水库数字化模型,为之后的项目运行和管理给予技术支持和数据保证。1 项目概况1 项目概况 关门嘴子水库枢纽工程由常态混凝土拦河重力坝、溢流坝、电站、供水、灌溉及环境进水口、取水泵站、供水管线、鱼道以及交通建筑物等组成。拦河坝、溢流坝采用常态混凝土重力坝,坝轴线全长596 m,共分31 个坝段,其中非溢流坝段总长540 m,两岸均设有回车场。溢流坝段布置在主河槽,位于6#、7#及 8#坝段,桩号为 0+096 至 0+152。溢流坝工作门采用弧形闸门,堰顶下游堰面采用 WES 型幂曲线,下游采用挑流消能。发电引水建筑物布置在重力坝 15#、16#、18#坝段内,由坝式进水口和输水管道组成。电站型式采用坝后式电站,电站厂房由主厂房、安装间、副厂房三部分组成,灌溉管布置在安装间下。环境流量管布置在顺水流方向灌溉管右侧。取水泵站位于电站右侧,由进水口从库区内取水,经输水管道进入泵站,泵站加压后由管道输送至下游细鳞河水库。鱼道全长约 1617 m,整体布置在右岸边坡上,进口部署在电站尾部水渠出口的附近,出口部署在水库上游右岸的位置。交通建筑物包括进场路、上坝路、厂区路、检修路及跨河桥等。进场路位于下游左岸;上坝路连接进场路与左岸坝段;厂区路在下游左、右岸均有分布,连接右岸坝段与泵站、电站厂房及其他厂内交通。检修路在下游右岸输水管路沿线,分布在细鳞河左岸。交通工程主要包括上坝路、厂区内 1 号 2 号 3 号路、检修路、检修路路下涵、检修路交通桥、坝下交通桥。上坝路连接进场路与左坝端,厂区路在下游左、右岸均有分布,连接右坝端与泵站、电站厂房及其它厂内交通。检修路、检修路路下涵及交通桥位于检修路上,坝下跨河交通桥位于坝轴线下游约 450 m 处。2 BIM 背景与意义2 BIM 背景与意义 由于 BIM 技术能够体现建筑项目不同阶段生命期的数据、过程及资源配置情况,并且可以完善的表达工程对象,因此可被普遍应用于建设项目各参与方。BIM 凭借其单一工程数据源功能,可以对分布式、异构工程数据间的共同性和全域性问题加以解决,并对建设项目生命期中出现的动态工程信息加以创建和管理。同时 BIM 模型也是一种可以提供设计、建造和管理的数字化工作方式,通过将相关数据集成到统一的 BIM 平台,能够显著提高建筑工程的建设效率,降低风险。对于设施(建设项目)物理及功能特性方面可依托于 BIM 技术进行数字表达;它是一个可以分享相关设施信息的共享知识资源,并且可以为工程建设的诸多决策提供依据;为了共享项目数据的信息,不同参与方可以在项目的不同时期在 BIM 中插入、提取、更新和修改相关信息,来实现协同作业的各自职责2。3 BIM 实施过程与方3 BIM 实施过程与方法法3.1 软件硬件配置 在关门嘴子水库主体工程施工中,依托 Autodesk Revit 2021 建模软件,应用统一的 BIM 模型,在统一的平台上协同进行各专业的建模工作,可使信息利用更加充分,保证数据达成共享,防止建模过程的重复出现。通过对项目进行集中存储与访问,使得数据信息更加准确、一致和及时。通过广联达 BIM 协同平台对关门嘴子水库主体工程项目进行三维协同建模工作目录的建立,制定可视化的三维建模标准。标准含有:文件的命名规则,模型的层级划分和组织规则,基准点、轴网的确立,颜色、图层的统一规定,三维模型的材质、属性、工程量信息,二维切图的图框图签、文字、线型、符号的统一规定,总装规则等。通过对整个项目定制实施方案,定义参与人员的角色和管理权限,分类设置项目内的工作文件夹。赋予项目参与人员一定的角色管理权限和文件及文档操作权限,对于分散的工作内容可实现唯一性、安全性和可控性1。3.2 实施过程 施工人员在传统施工组织设计中利用二维模式思维进行想象,无法精准实现对空间位置关系的预判。大型水利、水电工程拥有较为复杂的结构,并且形态各异,各专业配合也较多,工程是否可以顺利进行,关键就在于局部相对复杂部位的建模和理解。通过 Revit 建模软件创立的模型具有可视化、协调性、模拟性和参数化等特点,BIM 技术依托其强大的数据支撑和技术支持,为关门嘴子水库 BIM 应用以可视化的方式提供充足的信息服务,施工人员利用自身优势和施工经验投入到水利工程构筑物模型的创建之中,可助力于项目各参与方的协同工作,并完善设计方案的合理性3。232关荣财,等/BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期3.2.1 构筑物模型的创建要实现水利工程重力坝 BIM 三维模型的创建,需要创建地形曲面、确定坝轴线、按坝体强度等级分区体量建模、进行模型组装整合和各装配部件4,三维建模思路及步骤如图 1 所示。3.2.2 地形曲面的创建通过预处理(.dwg)格式的地形图高程点,并对这些点的“三角剖分”进行计算,依照相互之间最近的距离把文件中的点进行连接而成为很多个不规则三角形,从而形成三角网曲面。定义曲面中任意一点的高程需要通过对该点所在三角形顶点的高程进行内插,并且要实现对现状地形的模拟需要调整三角网边长对曲面进行平滑处理4,地形曲面模型如图 2 所示。3.2.3 重力坝模型分区建模以设计图纸为依托,以 Autodesk Revit2021 族中体量模型的建立,以重力坝混凝土强度等级分区。依次创建分区坝块和项目文件,将建好的体量模型载入到项目中,进行重力坝模型的组装,实现重力坝完整坝体的构建,重力坝模型如图 3所示。3.2.4 三维可视化技术交底通过 Revit 建模软件进行三维建模,可直观表达混凝土坝体分区及生态鱼道的设计形式,可以提前发现设计过程中存在的问题,进行设计方案优化,避免在施工过程中5进行不必要的调整。相比于传统技术交底,三维可视化交底可有效减少开会沟通次数,降低质量安全风险,交底效率显著提高,时间成本 显 著 降 低,实 现 动 态化、集成化和可视化的施工管理。图 4 为鱼道上游出口模型。图 1 三维建模思路及步骤图 2 地形曲面模型图 3 重力坝模型图 4 鱼道上游出口模型332关荣财,等/BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期3.2.5 后期设计优化与改正BIM 虚拟模型可实现在泵房、发电站施工建设过程前对工程项目进行一些潜在问题的预测,涵盖施工方法实验、模拟涡轮发电机安装过程及优化施工方案,避免在实际施工过程中出现问题。图 5 为电站尾水管模型。图 5 电站尾水管模型利用 Revit 软件,建立泵房和发电站三维模型,由 Navisworks 进行管线机电设备碰撞检查,根据碰撞报告6优化 BIM 模型,解决问题。管线优化后,在结构模型中精准定位机电安装设备位置,做到提前发现问题,减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工,节约成本。针对 Navisworks 碰撞报告中问题进行设计优化后,图纸可用于指导施工,相比传统二维CAD 图纸增加三维轴测图及机电设备安装图,既满足施工图纸要求,同时也便于施工人员理解,简单直观、一目了然。4 创建水利工程施工 BIM 族库4 创建水利工程施工 BIM 族库 建立关门嘴子水库水电站 BIM 模型,为实现快速建立水电站模型,可对水电站进行拆分并建立族构件模型,将其归类成库,并调取来自于族库中的族构件。依托模型拆分原则进行编制、分类族构件和编码标准拆分水电站,并详细阐述命名构件族以及编码。根据设计好的图纸,基于 Revit 平台实现对族构件模型的建立。对族构件进行标准化研究的主要方法是建立 BIM族构件信息模型,想要建立族构件信息模型,前面命名水利水电工程模型文件和分类编码族构件就成为必要条件,也成为实现标准化族构件的条件。如若不对族构件的功能与使用产生影响,必须按照统一原则建立 BIM 族构件。本项目建立水电站族构件模型主要是以 Revit 软件进行创建。系统族、可载入族、内建族三种族类型是 Autodesk Revit 中自带的族类型。可载入族为经常应用的族类型,由于可载入族自定义性极高,不仅在项目外可用族样板建立 RFA 文件,而且在项目中载入。本项目为一个水电站,包括种类繁多的构件,参数信息为系统自带,并在建立水电站族构件模型的同时,在原始基础之上使计算精度得到极大提高。核心方法步骤包括:(1)依据一定标准针对水利水电工程的特殊性对其进行分类(如按专业和建筑物类型)确定水工建筑信息模型的各个专业的“总-分-子类”模型。如尾水管、压力钢管等建筑物。(2)将子模型分解成为构件,确认模型构件的特征参数以及合理的建模顺序。(3)基于参数化设计软件 Revit,可对分解后的族构件进行创建,而后创立参数化数据库。依照构件的组成,可调取所需的来自于族库中的构件模型,依托族的嵌套装配技术进而组装生成子模型。(4)在参数化设计软件中将参数化的子模型和一些没有参数化的子模型(如地质模型)进行组合建立,最终生成水电站信息模型。在所有的族模型建立完成之后,需按专业、功能等对族进行归类并创建为族库,并统一命名基于一定的规则,方便不同项目之间对于族的调取和利用,使得族构件的复用性和共享性加以提高。如图 6 为水电站厂房模型,其对构成水电站不同的族构件模型进行了简单的展示。图 6 水电站厂房模型5 结 语5 结 语 目前 BIM 技术在水利行业虽然仍处于探索时期,且这一次技术变革将成为继 CAD 技术之后,又一次改变建筑行业发展趋势的重要技术革新。BIM 技术在国家大力推广和出台的支持政策下,极大推进了在水利行业中的应用和发展。随着 BIM 技术的应用要求越来越完善,开始试点了大批重点工程项目7。BIM技术不仅能在水利工程施工中有效提高工作效率,而且可以对施工中的各个过程及阶段更加细致、更加精确地加以控制,彻底打破以往施工企业重经验、轻技术的现象,不断推动水利工程施工技术在未来更高速432关荣财,等/BIM 技术在关门嘴子水库主体工程中的应用水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期的发展和完善。本文通过介绍关门嘴子水库工程在 BIM 技术上的应用,展现了 BIM 技术在提高施工水平、优化施工方案、降低沟通成本、提高生产效率方面的积极作用。智慧水库的建设依托于 BIM 技术,实现了对于工程标准化、科学化、智慧化的运行管理。BIM 技术强有力的为项目全生命周期的运行管理提供了支撑,为 BIM 技术在同类水利工程的应用积累了充足的经验1。参考文献:1 罗果,詹双桥.BIM 技术在涔天河水库扩建工程中的应用J.水利技术监督,2021(8):49-53.2 李宝仁,任彦华,刘秀凤,等.BIM 技术在深基坑设计项目中的应用J.中国水运(下半月),2018,18(1):229-231.3 郭涛.BIM 技术在航道建设中的作用J.水运工程,2018(12):21-25.4 刘江川,刘鑫,陈旭尧.基于 BIM 技术的重力坝三维建模方法研究J.长春工程学院学报(自然科学版),2021,22(2):91-95.5 肖彬,杭旭超.BIM 技术在伊辛巴水电站厂房设计施工阶段的应用与探索J.水利规划与设计,2018(2):74-76.6 魏绍鹏.BIM-5D 技术在大型垃圾焚烧发电工程中的应用J.安装,2021(3):59-62.7 魏锐,张广辉.浅析 BIM 技术在水利工程施工中的应用J.人民黄河,2020,42(S2):173-174.(责任编辑 康 健)532