周濟(jì)華，吳鈺川

（1.深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，深圳518048；2.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，深圳518022）

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）是指創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)全過(guò)程進(jìn)行管理和優(yōu)化的過(guò)程、方法及技術(shù)［1］。自BIM技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)，相關(guān)研究和應(yīng)用也越來(lái)越廣泛［2］。目前，在建筑工程及水利工程領(lǐng)域，BIM技術(shù)已獲得大量應(yīng)用并取得相當(dāng)效益。何關(guān)培［3］對(duì)BIM和BIM相關(guān)軟件進(jìn)行了闡述和比較；張建平等［4］提出了建筑工程施工BIM應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)并和4D技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合；李建成等［5］對(duì)BIM在全生命周期的應(yīng)用做了概述；趙繼偉［6］對(duì)水利工程信息模型理論及應(yīng)用進(jìn)行了研究；劉輝［7］對(duì)水利工程BIM數(shù)據(jù)管理及BIM生態(tài)進(jìn)行了探討；蘭立偉等［8］將BIM技術(shù)應(yīng)用在了水利工程地形設(shè)計(jì)中；黃勇等［9］在德?tīng)栁魉娬驹O(shè)計(jì)階段應(yīng)用了BIM技術(shù)；孫少楠等［10］以水電站項(xiàng)目為例研究了BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用點(diǎn)。在BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，深圳市建筑工務(wù)署于2015年5月份頒布全國(guó)首個(gè)《政府公共工程BIM應(yīng)用實(shí)施綱要、BIM實(shí)施管理標(biāo)準(zhǔn)》。在水利行業(yè)中，中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)也于2017年12月發(fā)布了 《水利水電BIM標(biāo)準(zhǔn)體系》。

但河道治理等水務(wù)工程，區(qū)別于建筑工程和傳統(tǒng)水利工程，通常是重點(diǎn)解決城市水問(wèn)題的系統(tǒng)工程，帶來(lái)了水務(wù)工程涉及專(zhuān)業(yè)多、專(zhuān)業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊界條件多變的特點(diǎn)。故現(xiàn)階段水務(wù)工程的BIM應(yīng)用較少，以少數(shù)專(zhuān)業(yè)或單個(gè)節(jié)點(diǎn)翻模為主，但這種方式常會(huì)增加項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作量，且難以達(dá)到圖模一致的要求，限制了BIM在水務(wù)工程全生命周期的應(yīng)用。因此，需要研究適合水務(wù)工程的BIM設(shè)計(jì)方法。本文將以大空港截流河水環(huán)境綜合治理工程等項(xiàng)目為例，介紹并探討B(tài)IM技術(shù)在水務(wù)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況。

1 BIM設(shè)計(jì)技術(shù)路線

1.1 BIM設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

BIM設(shè)計(jì)是指采用BIM技術(shù)，并根據(jù)建設(shè)工程的要求，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期進(jìn)行介入，以前期基本設(shè)計(jì)資料為依據(jù)，編制出包含BIM模型及應(yīng)用內(nèi)容的建設(shè)工程設(shè)計(jì)文件的活動(dòng)。BIM設(shè)計(jì)過(guò)程與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)過(guò)程類(lèi)似，但需要編制與BIM設(shè)計(jì)手段相適應(yīng)的工作流程。

在河道治理等水務(wù)工程的BIM設(shè)計(jì)中，針對(duì)涉及專(zhuān)業(yè)多、專(zhuān)業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊界條件多變的特點(diǎn)，首先把河道各工程系統(tǒng)進(jìn)行歸并劃分，按照地形地質(zhì)模型、河道模型、水工建筑物模型的分類(lèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，最后進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)模型的校審及匯總。

1.2 BIM設(shè)計(jì)流程

大空港截流河項(xiàng)目位于深圳市寶安區(qū)空港新城片區(qū)，新建截流河長(zhǎng)6.37km，南聯(lián)通渠1.19km，拓寬加深北連通渠1.19km，新建截污箱涵5.12km，排污鋼管2.18km；主要構(gòu)筑物包括5座節(jié)制閘、8座截污閘、1座排澇泵站、2座污水提升泵站； 治澇標(biāo)準(zhǔn)、防洪標(biāo)準(zhǔn)、防潮標(biāo)準(zhǔn)分別達(dá)到50，100，200年一遇。在大空港截流河項(xiàng)目中，BIM設(shè)計(jì)采用如下工作流程。

（1）通過(guò)衛(wèi)星地圖或航拍數(shù)據(jù)，創(chuàng)建初步地形模型；再依據(jù)地勘測(cè)量獲取數(shù)據(jù)資料，創(chuàng)建地形地質(zhì)模型。

（2）根據(jù)地形地質(zhì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)定位、方案比選，確定河道的平縱定位。

（3）各專(zhuān)業(yè)根據(jù)河道定位進(jìn)行子項(xiàng)的BIM設(shè)計(jì)，并形成河道模型和水工建筑物模型。

（4）將河道模型及水工建筑物模型進(jìn)行匯總形成總體模型。

（5）設(shè)計(jì)成果（包括圖紙、模型、計(jì)算分析結(jié)果）經(jīng)校審后修改完善，形成完整的BIM設(shè)計(jì)成果。

2 BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用方法

2.1 創(chuàng)建地形、地質(zhì)模型

地形、地質(zhì)建模利用測(cè)量、勘察的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照Civil3D建模軟件的要求進(jìn)行有關(guān)前處理后，形成三維地形曲面及地質(zhì)模型。

通過(guò)Infraworks軟件可將衛(wèi)星影像等GIS數(shù)據(jù)與BIM模型相結(jié)合，形成片區(qū)方案模型，同時(shí)對(duì)相關(guān)構(gòu)筑物進(jìn)行分析匯總，輔助確定項(xiàng)目方案。

2.2 河道建模

對(duì)于河道、箱涵等帶狀分布的設(shè)計(jì)內(nèi)容，采用Civil3D進(jìn)行主要的設(shè)計(jì)工作，輔以Revit進(jìn)行節(jié)點(diǎn)細(xì)化、支護(hù)建模。

河道治理中的巖土支護(hù)，由于河道治理邊界及河岸邊界的不規(guī)則性，分布非常不規(guī)則，建模難度高。對(duì)于此問(wèn)題，利用Civil3D和Revit提供的接口，通過(guò)Visual Studio C#及Dynamo進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，解決了河道堤岸支護(hù)的快速建模問(wèn)題。

2.3 水工建（構(gòu)）筑物建模

水閘、泵站、截流井、配電房等建（構(gòu)）筑物，采用Revit軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、巖土、建筑、電氣、給排水專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)及建模，應(yīng)用Inventor軟件進(jìn)行金結(jié)、水機(jī)專(zhuān)業(yè)的建模及設(shè)計(jì)。模型間可直接通過(guò)Revit鏈接的方式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)間的錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題。

模型分區(qū)、命名及精度規(guī)則參考LOD300的要求。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，直接做成參數(shù)化的模型和族類(lèi)，方便項(xiàng)目?jī)?nèi)的相互應(yīng)用，并作為后期實(shí)施的資源庫(kù)。

2.4 模型匯總

截流河項(xiàng)目采用Navisworks軟件對(duì)各BIM正向設(shè)計(jì)成果進(jìn)行匯總，由于項(xiàng)目子項(xiàng)多，內(nèi)容銜接復(fù)雜，故需嚴(yán)格按照預(yù)定的命名規(guī)則及統(tǒng)一的建模單位及坐標(biāo)實(shí)施，對(duì)模型進(jìn)行合理的分級(jí)和分區(qū)。匯總后模型如圖1。

圖1 截流河片區(qū)匯總模型

3 BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用價(jià)值

BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)制圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、碰撞檢查、漫游模擬4個(gè)方面。

3.1 基于BIM的設(shè)計(jì)制圖

設(shè)計(jì)制圖的聯(lián)動(dòng)性是BIM設(shè)計(jì)的一大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)繪圖方式平縱橫間并無(wú)實(shí)際的相關(guān)關(guān)系，采用BIM設(shè)計(jì)方法后，通過(guò)調(diào)整模型即可調(diào)整相關(guān)圖紙，提高了效率和準(zhǔn)確率。本項(xiàng)目的河道出圖主要采用Civil3D，水工建筑物采用Revit，金結(jié)采用Inventor，各專(zhuān)業(yè)間由于采用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更加直觀的提資和對(duì)接。截流河項(xiàng)目施工圖3個(gè)月即全部完成，總出圖量約4000張，相比傳統(tǒng)方式減少了40%的出圖時(shí)間。

3.2 基于BIM設(shè)計(jì)

3.2.1 BIM結(jié)構(gòu)計(jì)算

通過(guò)BIM模型提供的信息可極大地減少設(shè)計(jì)計(jì)算中手動(dòng)計(jì)算的工作量，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算中，泵站模型1001個(gè)構(gòu)件的總重量數(shù)據(jù)僅需5min操作時(shí)間即可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)獲得。實(shí)踐表明，BIM模型的結(jié)構(gòu)計(jì)算與以往計(jì)算相比具有準(zhǔn)確、快速的特點(diǎn)。

3.2.2 工程量計(jì)算

采用BIM設(shè)計(jì)可根據(jù)自身需要從模型中提取任意信息并生成帶有工程量的明細(xì)表，并可通過(guò)BIM模型直接導(dǎo)出，工程量表與模型聯(lián)動(dòng)。尤其對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如流道，可通過(guò)明細(xì)表直接求出實(shí)際工程量，實(shí)現(xiàn)工程量的所見(jiàn)即所得。

3.3 碰撞檢查應(yīng)用

在各專(zhuān)業(yè)采用BIM設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Revit和Navisworks運(yùn)行碰撞檢查，找出各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間及專(zhuān)業(yè)內(nèi)部之間設(shè)計(jì)上發(fā)生沖突的構(gòu)件，并在協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中修改解決。在截流河項(xiàng)目中，主要解決了與片區(qū)綜合管廊的碰撞問(wèn)題、項(xiàng)目?jī)?nèi)部水暖電結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的碰撞沖突問(wèn)題，切實(shí)減少了工程變更。

3.4 漫游模擬應(yīng)用

將BIM模型通過(guò)建模軟件導(dǎo)出指定格式文件，導(dǎo)入Infraworks及Lumion進(jìn)行處理，創(chuàng)建虛擬環(huán)境，即可生成符合要求的漫游模擬視頻。利用建好的建筑信息模型，與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，帶來(lái)對(duì)BIM模型交互式、沉浸式的體驗(yàn)，使項(xiàng)目的各參與方在未建成前也能夠有身臨其境的感受。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)例研究證明，水務(wù)工程采用BIM設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)突破：

（1）通過(guò)BIM技術(shù)設(shè)計(jì)可以保證圖紙與模型一致、工程量與圖紙的一致，避免人為錯(cuò)漏碰缺；BIM模型三維可視化的可讀性和互動(dòng)性可提高協(xié)作效率。

（2）采用面向?qū)ο蟮腂IM設(shè)計(jì)方式，改變傳統(tǒng)的面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方式，特別是與圖紙、工程量的關(guān)聯(lián)性和快速的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，大幅提高設(shè)計(jì)效率，并通過(guò)碰撞檢查等方法，減少后期設(shè)計(jì)變更。

（3）與VR等技術(shù)結(jié)合，給項(xiàng)目各參與方帶來(lái)了設(shè)計(jì)成果交互式、沉浸式的良好體驗(yàn)。