劉麗華

(江西省鉛山縣水利局，江西 鉛山 34500)

BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用

劉麗華

(江西省鉛山縣水利局，江西 鉛山 34500)

水利水電工程可視化仿真技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的采用文字或表格的形式來(lái)反映工程施工的創(chuàng)新，它是采用動(dòng)畫(huà)的形式，將整個(gè)工程的動(dòng)態(tài)施工過(guò)程形象的演示出來(lái)，可以幫助施工人員準(zhǔn)確掌握施工信息。近年來(lái)，隨著我國(guó)水利事業(yè)額不斷發(fā)展，出現(xiàn)了很多規(guī)模較大、難度較大的工程項(xiàng)目，由此可視化仿真技術(shù)的重要性也越來(lái)越凸顯。建筑信息模型以取得項(xiàng)目中的關(guān)鍵信息為基礎(chǔ)，從而建立建筑模型，然后通過(guò)數(shù)字信息依據(jù)真實(shí)的建筑構(gòu)建出真實(shí)的信息，么么狗對(duì)現(xiàn)在的水利水電水電工程起到很好的幫助作用。文章針對(duì)水利水電行業(yè)的特點(diǎn)，探討了BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用。

BIM技術(shù)；水利水電；可視化仿真；三維數(shù)字模型

0 前 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)步入信息化時(shí)代，而在水利水電行業(yè)，信息化技術(shù)也得到了很大程度的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)也逐漸形成，應(yīng)用在水利水電工程也取得了顯著的成效。傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計(jì)以CAD為主，這不利于水利施工人員了解工程方案，在一定程度上影響了信息的交換與共享。BIM技術(shù)作為可視化三維設(shè)計(jì)技術(shù)，可以有效分析工程的設(shè)計(jì)好管理，可以有效提高水利水電的工程施工質(zhì)量。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)。來(lái)建立建筑模型，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。BIM技術(shù)是一種數(shù)字信息的應(yīng)用，它不是將簡(jiǎn)單的數(shù)字信息進(jìn)行集成，是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，與傳統(tǒng)的二維模式比較，BIM技術(shù)可以減少設(shè)計(jì)變更的次數(shù)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高建筑工程的工作效率，避免風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬優(yōu)化型以及可出圖性等5大特點(diǎn)。從2DCAD過(guò)渡到以BIM技術(shù)為核心的多種建筑3DCAD，這將是未來(lái)計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。BIM技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)是可以建立獨(dú)立的工程數(shù)據(jù)信息，通過(guò)三維技術(shù)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)工程項(xiàng)目之間數(shù)據(jù)的交流和共享[1]。

2 BIM技術(shù)在水利水電工程中的三方優(yōu)勢(shì)

目前BIM技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，不僅在我國(guó)大面積的應(yīng)用，在全球范圍內(nèi)也得到了很大程度的推廣，現(xiàn)在很多的基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)工程也開(kāi)始逐漸應(yīng)用這一技術(shù)，下面探討一下BIM技術(shù)在水利水電工程中的優(yōu)勢(shì)。

2.1 設(shè)計(jì)方優(yōu)勢(shì)

1)可視化交流，依托BIM軟件進(jìn)行三維建模,可以準(zhǔn)確生成壩工程各部分剖面圖,減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中繪制剖面圖的工作量,提高了設(shè)計(jì)工作效率。

2)聯(lián)動(dòng)化設(shè)計(jì)，在利用傳統(tǒng)二維進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),經(jīng)常由于工作人員疏忽大意,會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤現(xiàn)象，BIM建模之后,可以將所有的視圖、剖面以及三維圖聯(lián)動(dòng)起來(lái),無(wú)論是其中哪一處被更改和更新，其他也都會(huì)隨之更改和更新[2]。

3)多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)，水電站設(shè)計(jì)中各專(zhuān)業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM上,錯(cuò)誤碰撞、交叉千擾的問(wèn)題顯而易見(jiàn)。

4)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)對(duì)工程設(shè)計(jì)人員空間想象力會(huì)提出十分嚴(yán)格的要求，而且也沒(méi)有一個(gè)十分統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)工程設(shè)計(jì)人員的空間想象力要求并不是很?chē)?yán)格，可以有效避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.2 施工方優(yōu)勢(shì)

可以進(jìn)行多維施工分析，通過(guò)BM系列軟件建模,進(jìn)行三維施工工況演示,與施工進(jìn)度結(jié)合進(jìn)行四維模擬建設(shè),通過(guò)與概預(yù)算結(jié)合進(jìn)行五維成本核算分析；讀圖的施工人員通過(guò)三維BIM技術(shù)，可以大大提高讀圖效率和讀圖的準(zhǔn)確度，減少讀圖過(guò)程中可能遇到的障礙；應(yīng)用BIM技術(shù)可以提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平，對(duì)于技術(shù)探討和簡(jiǎn)單協(xié)同可以進(jìn)行可視化操作，無(wú)需人工計(jì)算工程量，大大減少了工藝沖突的發(fā)生[3]。

2.3 運(yùn)營(yíng)方優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的技術(shù)中，需要人為進(jìn)行施工竣工圖的整理，這樣很容易由于處理過(guò)程復(fù)雜以及工作冗雜出現(xiàn)錯(cuò)誤，而應(yīng)用BIM技術(shù)，可以自動(dòng)的收集設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)的信息,可以有效提高效率,優(yōu)化管理；通過(guò)BIM技術(shù)，可以更加優(yōu)質(zhì)、高效的管理資產(chǎn)以及空間，可視化進(jìn)程與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,大大節(jié)省人力、物力，實(shí)現(xiàn)成本的最小化。

3 可視化仿真中的三維數(shù)字模型構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)水利水電工程在施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)模擬以及仿真信息等的功能，必須要建立一個(gè)三維數(shù)字模型。其中包括數(shù)字化地球模型、地形動(dòng)態(tài)填挖、構(gòu)建混凝土壩實(shí)體動(dòng)態(tài)模型等等，為順利實(shí)施水利水電工程提供很好的前提條件。

3.1 數(shù)字化地球模型

在三維數(shù)字模型中，數(shù)字地球模型是一個(gè)非常重要的組成部分，在水利水電施工過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，通常情況下是利用Civil3D的軟件進(jìn)行建立的。通過(guò)利用不規(guī)則的三角網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地形表面的表達(dá)，三角網(wǎng)絡(luò)模型通過(guò)各個(gè)分散的地形點(diǎn)，按照一定的規(guī)則來(lái)形成三角網(wǎng)，從而繪制高低起伏的地形見(jiàn)圖1[4]。

圖1 數(shù)字地球模型

3.2 地形動(dòng)態(tài)填挖

地形動(dòng)態(tài)填挖是水利水電施工中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在施工過(guò)程中，除了要考慮地形開(kāi)挖，還要考慮到對(duì)局部地形的填筑。如果只有一個(gè)比較精確的原始地形曲面，這不足以演示實(shí)際施工過(guò)程。地形作為建筑物布置和施工活動(dòng)的受體，一定要按照相關(guān)規(guī)定的步驟進(jìn)行修改。首先要確定開(kāi)挖建筑的設(shè)計(jì)曲面，然后利用放坡把設(shè)計(jì)曲面延伸到原始地形曲面，從而可以獲得兩個(gè)曲面的交線，最后利用原始地形曲面，沿相交線進(jìn)行剪切，切除多余的填筑邊坡交線，從而將原始地形與挖填設(shè)計(jì)曲面完美結(jié)合，形成一個(gè)新的地形曲面。

3.3 混凝土壩建模

土石壩分區(qū)示意圖見(jiàn)圖2。由于土壩壩體地面是不規(guī)則的曲面，因此可以采用Rhino實(shí)體建模技術(shù)來(lái)進(jìn)行混凝土壩三維實(shí)體的可視化建模。首先要根據(jù)材料的不同以及功能的不同來(lái)區(qū)別不同的壩體，然后再進(jìn)行土石壩分區(qū)的三維實(shí)體模型的繪制，然后組合起來(lái)形成整個(gè)大壩的模型。初次之外，還要注意每個(gè)分區(qū)要根據(jù)填料的供給情況和施工進(jìn)度情況來(lái)劃分填筑層，從而實(shí)現(xiàn)可視化仿真系統(tǒng)土壩的動(dòng)態(tài)施工演示，從而得到土壩的最終效果圖如圖3所示。

4 BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用

1)地形處理仿真應(yīng)用，BIM系統(tǒng)地形處理仿真可以利用特殊軟件進(jìn)行處理，創(chuàng)建出三維的地形曲面，可以清楚的繪制出地形地質(zhì)的特征，將植被、河流等的數(shù)據(jù)整合變?yōu)閷?shí)體模型。

2)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真與施工進(jìn)度管理，BIM系統(tǒng)中還有Navisworks軟件，它可以導(dǎo)入各個(gè)模型設(shè)備，然后進(jìn)行渲染和動(dòng)態(tài)模擬分析。除此之外，還可以導(dǎo)入力學(xué)分析數(shù)據(jù)以及土方計(jì)算數(shù)據(jù)等等，從而來(lái)查詢水利工程的施工情況以及地形道路的作業(yè)情況。

3)水利工程CAD建模應(yīng)用，它尅為施工進(jìn)度仿真、地形仿真、施工動(dòng)畫(huà)模擬提供實(shí)體模型，導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)軟件建立的模型。

在CAD建模應(yīng)用中還要注意以下兩點(diǎn)：要保證圖紙與模型的實(shí)效性，因?yàn)樵谒こ淘O(shè)計(jì)中圖紙的變更次數(shù)比較多，因此必須做到明確圖紙的實(shí)效性。除此之外，為了提高設(shè)計(jì)效率，工程項(xiàng)目部還要做到統(tǒng)一三維建模標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 土石壩分區(qū)示意圖

圖3 土石壩最終效果圖

5 總 結(jié)

在建筑工程行業(yè)發(fā)展中，BIM三維建筑信息模型是一項(xiàng)非常關(guān)鍵而且核心的技術(shù)，在數(shù)據(jù)模型化、信息數(shù)據(jù)化中起著直觀重要的作用，它打破了常規(guī)二維設(shè)計(jì)空間上的局限，為工程的數(shù)字化發(fā)展提供了技術(shù)支撐。水利事業(yè)不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高難度工程項(xiàng)目，因此，必須明確可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中的運(yùn)用，從而提升水利水電工程的施工質(zhì)量。

[1]馮旭.水利水電工程可視化仿真中 BIM 技術(shù)的應(yīng)用分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2016(03):214-215.

[2]寇豫吉.基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工的研究[J].科技尚品,2016(08):38.

[3]苗倩.基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工可視化仿真研究[D].天津：天津大學(xué),2011.

[4]趙繼偉,魏群,張國(guó)新，等.水利工程信息模型的構(gòu)建及其應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2016,47(04):29-33.

[5]姜少偉,滕愛(ài)軍,蔡兆虎，等.BIM技術(shù)在海洋工程可視化仿真中的應(yīng)用[J].電腦迷,2017(01):131.

1007-7596(2017)10-0133-03

TP391.9；TV51

B

2017-09-18

劉麗華(1971-)，女，江西上饒人，工程師，研究方向?yàn)樗姽こ獭?/p>