蔡 慶， 黃 志 澎， 文 伏 靈

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

水電站設(shè)計樞紐布置錯綜復(fù)雜，水工隧洞、交通隧洞縱橫交錯。各個專業(yè)之間交叉較多，容易出現(xiàn)錯、漏、碰、缺等現(xiàn)象。BIM設(shè)計多用于前期設(shè)計階段，主要表現(xiàn)建筑物之間的相互關(guān)系，以及整體樞紐布置方案的整體性[1]。

但設(shè)計至技施階段，為清楚表達建筑物結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的設(shè)計成果大多以平面、剖面圖紙表達，尤其塔體鋼筋圖，配筋復(fù)雜，鋼筋圖繪制費工費時。且塔體結(jié)構(gòu)多背靠基巖，后邊坡與側(cè)向邊坡經(jīng)常存在超欠挖現(xiàn)象。優(yōu)化回填混凝土體型，實現(xiàn)根據(jù)開挖地形實時更新，也將是決定電站建設(shè)經(jīng)濟性的重要因素。本文基于CAITA三維設(shè)計軟件，重點研究施工圖階段水工模型的三維建模及出圖方式，為設(shè)計人員提高工作效率、節(jié)省時間最終實現(xiàn)設(shè)計方案實時動態(tài)調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

2 模型建立

結(jié)構(gòu)模型建立主要依靠CAITA三維建模的基本功能，以點、線、面體分別控制，形成規(guī)則的建模體系。

2.1 尾水出口總體模型

猴子巖尾水閘室位于尾水隧洞出口，主要由1#閘室、2#閘室、出口底板、出口護坡以及回填混凝土幾大部分組成。建模時要求規(guī)范模型樹，做到隨時可查可改。

2.2 單體閘室結(jié)構(gòu)模型

兩座閘室結(jié)構(gòu)形式基本相同，在單個閘室體系中，可將二期混凝土，檢修T型梁、通氣孔、電纜溝等細部結(jié)構(gòu)建立清晰，在和機電起閘專業(yè)對接交叉時，表達直觀簡單，有效提高了工作效率。

圖1 猴子巖尾水出口閘室模型

圖2 單體尾水閘室模型

2.3 單體閘室鋼筋模型

鋼筋模型采用由成勘院基于CAITA平臺2次開發(fā)的HydroRebar程序[2]，該程序主要依據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(DL-T 5057-2009)，對不同結(jié)構(gòu)的配筋要求，如保護層厚度、錨固長度、鋼筋等級、鋼筋直徑、以及鋼筋彎起等做了充分考慮，實現(xiàn)鋼筋模型建模立體化，可視化。

同結(jié)構(gòu)模型一樣，需做好鋼筋模型樹的整理，對不同高程、不同方向的鋼筋按照配筋序號進行整理，最終形成可查可改的動態(tài)鋼筋模型。

圖3 鋼筋模型示意圖

準確建模后，可在catia界面中直接量取結(jié)構(gòu)工程量以及鋼筋工程量，同時可生成鋼筋表，供后續(xù)出圖使用。

3 三維出圖

3.1 三維軸測圖出圖方式

由于現(xiàn)場施工情況還不具備模型交付的外部條件，因此設(shè)計成果的表達仍然要依靠圖紙。

傳統(tǒng)的出圖方式主要是依賴平剖面，步驟繁瑣，尤其是鋼筋圖，設(shè)計人員容易出現(xiàn)平剖面鋼筋無法對應(yīng)，鋼筋表數(shù)漏鋼筋的情況，往往需反復(fù)校審修改，影響設(shè)計進度。

CATIA三維出圖方式主要依靠已建立的鋼筋模型，將已有的閘室結(jié)構(gòu)分為若干部分，并按照不同的鋼筋配布方向，直接以清晰簡單的軸測圖形式表達，利用cad中的ucs局部坐標命令，可清晰的指定文字和尺寸的標注方向。

對比較復(fù)雜的斷面，可考慮用剖視圖進行補充。其余的圖簽、說明等要素按相關(guān)制圖標準執(zhí)行。

圖4 三維鋼筋軸測圖出圖方式示意

3.2 鋼筋表生成

鋼筋表可由CAITA直接生成，只要對字體及表格大小稍作調(diào)整，即可形成完整的鋼筋表。

4 建筑物優(yōu)化及調(diào)整

由于洞室出口基巖邊坡開挖難以準確控制，普遍存在超挖及欠挖現(xiàn)象，因此根據(jù)實際開挖地形對模型進行動態(tài)調(diào)整，從而優(yōu)化回填混凝土工程量，也是BIM技術(shù)的重大優(yōu)勢。

由圖6和圖7可見，將實際開挖測量地形導(dǎo)入catia中，形成簡單的局部GIS系統(tǒng)，可清楚的反應(yīng)超欠挖現(xiàn)象，以此為依據(jù)，對兩閘室之間的回填混凝土體型進行了優(yōu)化，且有效的增大了閘室頂部的作業(yè)面積。最終優(yōu)化混凝土2 700 m3。

圖5 鋼筋表示意

圖6 閘室出口原設(shè)計方案

圖7 根據(jù)實際開挖地形優(yōu)化后

5 結(jié) 語

水電站樞紐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖過程中超挖現(xiàn)象普遍，因此，在猴子巖尾水閘室設(shè)計中，采用BIM正向設(shè)計，進行三維出圖，直觀表達了塔體結(jié)構(gòu)及配筋布置，有效提高了工作效率；同時結(jié)合GIS系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場開挖情況動態(tài)更新設(shè)計方案，優(yōu)化塔體兩側(cè)回填混凝土工程量。通過CATIA平臺對猴子巖尾水出口閘室進行三維正向設(shè)計，形成了完整的BIM模型設(shè)計鏈條，模型中涵蓋了結(jié)構(gòu)尺寸、材料、工程量的重要信息；同時，探索了三維出圖的全新方式，為提高設(shè)計人員生產(chǎn)效率，實現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)動態(tài)調(diào)整優(yōu)化，節(jié)省了工程投資造價。