牟燕妮，常倩倩，劉 潔，楊士瑞

(山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟(jì)南 250014)

1 工程概況

山東省某調(diào)水工程由加壓泵站和輸水管道組成。加壓泵站裝機(jī)容量14.4MW，設(shè)計流量為15m3/s；輸水管道為2根直徑2.4m的螺旋鋼管和玻璃鋼管，長48.7km。工程估算總投資38億元，是山東省重點建設(shè)工程。

2 應(yīng)用軟件

工程設(shè)計中，利用AutoDesk系列的Inventor和Bentley系列的Context Capture、GeoStation、AECOsim Building Designer、OpenRoads Designer、Substation、LumenRt等專業(yè)軟件，完成實景建模、建筑物和管線的三維地質(zhì)建模、建筑物三維建模、金屬和電氣建模及長距離輸水管線建模等；采用ProjectWise進(jìn)行設(shè)計項目管理和設(shè)計過程中的專業(yè)協(xié)同；通過BIM模型剖切二維圖紙，實現(xiàn)三維模型與二維圖紙的聯(lián)動；利用Restation進(jìn)行水工建筑配筋，圓滿完成各項設(shè)計任務(wù)，驗證BIM設(shè)計周期在水利工程勘測設(shè)計領(lǐng)域里的可行性、可操作性以及優(yōu)勢和特點，取得了令人滿意的效果。

3 項目設(shè)計

本項目主要設(shè)計過程包括：建立統(tǒng)一的工作環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行任務(wù)分解，各專業(yè)在項目信息協(xié)同管理平臺上協(xié)同設(shè)計，創(chuàng)建BIM設(shè)計模型，基于工程模型進(jìn)行必要的分析、計算、優(yōu)化，組裝、檢查等，最終將固化的BIM模型剖切二維圖紙、生成三維圖冊等，為后續(xù)的施工和運維提供數(shù)據(jù)支持。

3.1 項目協(xié)同設(shè)計

ProjectWise為工程項目管理提供了集成平臺，利用其強(qiáng)大的流程管理、權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)共享和協(xié)同方式，并基于統(tǒng)一的BIM模型，各專業(yè)設(shè)計工作在統(tǒng)一的協(xié)同設(shè)計平臺上實時進(jìn)行，實現(xiàn)對信息的充分利用和數(shù)據(jù)共享，避免重復(fù)建模過程，實現(xiàn)項目集中存儲與訪問，提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性、一致性、及時性；各專業(yè)基于統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，減少了錯漏碰缺，提高了工作效率，對保證產(chǎn)品質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。其設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 本項目協(xié)同設(shè)計工作流程示意圖

3.2 BIM建模過程

3.2.1 實景建模

為獲取多樣的實驗數(shù)據(jù)以驗證采用不同來源數(shù)據(jù)構(gòu)建實景模型的可行性，在數(shù)據(jù)采集階段確定了實景建模區(qū)域，數(shù)據(jù)源的獲取方式均采用無人機(jī)傾斜攝影測量，不同測區(qū)采用了不同的飛行設(shè)置和組合方式。

后期的數(shù)據(jù)處理過程中，根據(jù)各個測區(qū)的原始數(shù)據(jù)采集情況，對單機(jī)實景建模、計算機(jī)集群建模、分區(qū)塊建模等方式進(jìn)行了深入探索，驗證其可行性。同時獲取了許多經(jīng)驗值，如：控制點布設(shè)的技巧、飛行高度的設(shè)置技巧，集群處理過程中路徑設(shè)置和任務(wù)分配等經(jīng)驗和技巧，用以指導(dǎo)后續(xù)大規(guī)模建模工作。在空中三角形解算這個建模的關(guān)鍵技術(shù)步驟上，摸索出了一套快速且行之有效的工作技巧：以低采樣率的設(shè)置進(jìn)行第一次空三解算，既能排查錯誤，又能減少后續(xù)批量刺點和高精度空三解算的時間。

對Bentley不同版本軟件環(huán)境下實景模型的使用方法進(jìn)行了探索，選用其最新的CE版本軟件，對實景模型的斷面剖切和正射、局部側(cè)射影像與mesh面的提取以及實景模型中坐標(biāo)展繪與提取、實景模型分類顯示等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了諸多有益的探索，初步掌握了實景模型的應(yīng)用及與設(shè)計模型的融合技術(shù)。

3.2.2 三維地質(zhì)建模

三維地質(zhì)模型能夠全方位呈現(xiàn)地層環(huán)境和巖性分布情況，為工程的設(shè)計優(yōu)化提供更加科學(xué)的判斷依據(jù)。本項目地質(zhì)勘查的主要目的是基本查明泵站、連通閘、輸水管道等工程的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對選定線路及主要建筑物進(jìn)行工程地質(zhì)評價，為可行性研究設(shè)計提供工程地質(zhì)資料及計算參數(shù)。

本項目在GeoDataManage地質(zhì)定義中完成標(biāo)準(zhǔn)地層定義，按堆積成因確定3大類，每一大類包含3至5層；勘探線布置按照建筑物位置、管線走向等要求布置10余條；地質(zhì)勘探中鉆孔數(shù)據(jù)編錄139個，進(jìn)尺2392m。建模過程主要包括數(shù)據(jù)庫端的地質(zhì)勘探鉆孔信息數(shù)據(jù)錄入管理和圖形端的三維地質(zhì)模型建立兩大部分。

首先，根據(jù)地勘資料在GeoDataManage系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫端依次對地質(zhì)定義、勘探布置和地質(zhì)勘探等信息進(jìn)行錄入和設(shè)置。待所有信息核對無誤后，在GeoStation for City中導(dǎo)入鉆孔和勘探剖面巖性分布信息，并依據(jù)上述信息建立工程三維地質(zhì)模型。

最后對模型整理，進(jìn)行地質(zhì)編繪出圖。通過與建筑總裝結(jié)合，進(jìn)行剖切出圖；根據(jù)勘探線的數(shù)據(jù)信息出圖。

運用GeoStation建立的模型能夠較好的全面展現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境等相關(guān)信息，通過模型分析，實現(xiàn)查明泵站、連通閘、輸水管道等工程的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對選定線路及主要建筑物進(jìn)行工程地質(zhì)評價，為可行性研究設(shè)計提供工程地質(zhì)資料及計算參數(shù)等勘察要求，所取得的結(jié)果能夠滿足設(shè)計所需的要求，并且更立體直觀，能有效的解決工程地質(zhì)上的問題。

3.2.3 建筑物三維建模

3.2.3.1 水工建筑模型

項目實施前建立統(tǒng)一的工作環(huán)境，如：配備標(biāo)準(zhǔn)化的圖層、色表、構(gòu)件屬性，以及項目統(tǒng)一的坐標(biāo)系、軸網(wǎng)和樓層標(biāo)高等，并將此信息在PW平臺上共享。利用AECOsim Building Designer軟件，基于線框、表面、實體、參數(shù)化構(gòu)件等一系列的三維建模方式，完成建筑物水工、建筑等土建專業(yè)的BIM模型構(gòu)建。

由于水工建筑物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要首先將建筑物按照部位和構(gòu)件名稱進(jìn)行分解，分別建模，并賦予不同的屬性(構(gòu)件名稱、材料、剖切圖案、渲染特性等)，再利用參考功能組裝。建筑物模型組裝并檢查修改完成后，對BIM模型進(jìn)行固化，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行二維圖紙的抽取和工程量的自動統(tǒng)計，且所有視圖、剖面以及三維階梯剖圖具備聯(lián)動功能，一處更改之后，其他自動更新，方便設(shè)計修改。選用GeoPak軟件建立建筑物基坑開挖回填模型，與地質(zhì)三維模型組裝后，可按照地層屬性分層計算開挖回填方量，計算更加簡單、結(jié)果更加準(zhǔn)確。

利用Restation進(jìn)行水工建筑三維配筋，剖圖生成二維鋼筋圖、鋼筋表，并打印成能3D展示的PDF格式文件，可視化、立體展示三維配筋，指導(dǎo)施工。

3.2.3.2 金屬結(jié)構(gòu)模型

利用Inventor進(jìn)行閘門、清污機(jī)、啟閉機(jī)的三維參數(shù)化模型建立，并根據(jù)模型相對位置關(guān)系進(jìn)行裝配，將裝配完成后的總裝文件通過中間數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出。

將總裝文件通過MicroStation或AECOsim Building Designer導(dǎo)入Bentley平臺，參考水工等相關(guān)專業(yè)模型，將金屬結(jié)構(gòu)模型調(diào)整到準(zhǔn)確位置，通過保存視圖導(dǎo)出可視邊等方法，完成金屬結(jié)構(gòu)布置出圖。

3.2.3.3 水機(jī)模型

利用AECOsim Building Designer機(jī)電模塊參數(shù)化構(gòu)件建立水機(jī)三維模型，并參考土建建筑物模型，調(diào)整相對位置關(guān)系，通過保存視圖導(dǎo)出可視邊等方法，完成水機(jī)模型出圖。

3.2.3.4 電氣模型

通過Substation電氣設(shè)備族庫的建立，可以在快速建模的同時精準(zhǔn)統(tǒng)計各模型產(chǎn)品信息及構(gòu)件個數(shù)，減少傳統(tǒng)設(shè)計過程人工統(tǒng)計工程量容易出現(xiàn)的錯誤。建立電氣設(shè)備族庫，應(yīng)基于設(shè)備模型的基本參數(shù)，設(shè)備包含的各部分構(gòu)件，整體組裝后再進(jìn)行其他屬性的添加(如電壓等級、類型、單位等)。之后可以通過設(shè)備布置，測試參數(shù)化設(shè)置是否有效。

通過本次工程更新、添加的電氣設(shè)備族庫，可以為類似工程提供更多的設(shè)備模型選擇，避免重復(fù)建模，極大地提高工作效率。

3.2.3.5 模型組裝及檢查

各專業(yè)分部位組裝后各專業(yè)組裝，形成各專業(yè)獨立的BIM模型，各專業(yè)以參考方式嵌入其他專業(yè)的模型，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計以及模型總裝，建立建筑物整體BIM模型，通過三維的視角，精確地展現(xiàn)復(fù)雜的建筑物結(jié)構(gòu)以及各專業(yè)的相互關(guān)系，通過其功能模塊進(jìn)行模型校審、碰撞檢測，查漏補(bǔ)缺，優(yōu)化設(shè)計，提前做好施工準(zhǔn)備。

3.3 渲染及漫游展示

將以上各專業(yè)固化的BIM模型組裝后，利用MS(CE)、ABD(CE)實景網(wǎng)格工具連接，并導(dǎo)入LumenRt，進(jìn)行后期渲染并制作漫游動畫，可以很直觀的反應(yīng)項目建成后的三維整體效果，展示效果直接明了?？梢酝ㄟ^漫游動畫從不同的視角，展現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)部及建筑物隱藏部位的布置情況，顛覆傳統(tǒng)二維設(shè)計的表達(dá)形式和效果。BIM模型建模期間賦予的構(gòu)件信息可以隨時查看并實時更新，為后期施工和運行維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，將BIM設(shè)計應(yīng)用于工程全生命周期。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的應(yīng)用打破了常規(guī)設(shè)計的空間局限性，其高效的協(xié)同設(shè)計模式、先進(jìn)的三維設(shè)計手段、快捷的成果統(tǒng)計輸出、與其他軟件的數(shù)據(jù)流通，是設(shè)計理念流程的全面更新，更是行業(yè)未來發(fā)展的趨勢，并將引領(lǐng)一場工程設(shè)計行業(yè)的革命浪潮。

目前各行業(yè)的三維數(shù)字化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系、規(guī)范尚有待進(jìn)一步完善，要制定符合生產(chǎn)實際、行之有效、豐富各專業(yè)基礎(chǔ)族庫，探索不同軟件在三維協(xié)同設(shè)計平臺結(jié)合方式；將BIM技術(shù)緊密結(jié)合工程全生命周期，為施工單位和業(yè)主提供更多的管理信息，打造工程數(shù)字信息一體化，為工程全生命周期管理提供信息支持和技術(shù)服務(wù)。