周濟華，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)計院股份有限公司，深圳518022）

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是指創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建設(shè)工程項目的設(shè)計、建造和運營全過程進行管理和優(yōu)化的過程、方法及技術(shù)［1］。自BIM技術(shù)產(chǎn)生以來，相關(guān)研究和應(yīng)用也越來越廣泛［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BIM和BIM相關(guān)軟件進行了闡述和比較；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)進行了結(jié)合；李建成等［5］對BIM在全生命周期的應(yīng)用做了概述；趙繼偉［6］對水利工程信息模型理論及應(yīng)用進行了研究；劉輝［7］對水利工程BIM數(shù)據(jù)管理及BIM生態(tài)進行了探討；蘭立偉等［8］將BIM技術(shù)應(yīng)用在了水利工程地形設(shè)計中；黃勇等［9］在德爾西水電站設(shè)計階段應(yīng)用了BIM技術(shù)；孫少楠等［10］以水電站項目為例研究了BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用點。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月份頒布全國首個《政府公共工程BIM應(yīng)用實施綱要、BIM實施管理標(biāo)準(zhǔn)》。在水利行業(yè)中，中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會也于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，通常是重點解決城市水問題的系統(tǒng)工程，帶來了水務(wù)工程涉及專業(yè)多、專業(yè)交叉復(fù)雜、地形及邊界條件多變的特點。故現(xiàn)階段水務(wù)工程的BIM應(yīng)用較少，以少數(shù)專業(yè)或單個節(jié)點翻模為主，但這種方式常會增加項目設(shè)計工作量，且難以達到圖模一致的要求，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)計方法。本文將以大空港截流河水環(huán)境綜合治理工程等項目為例，介紹并探討B(tài)IM技術(shù)在水務(wù)工程設(shè)計中的應(yīng)用情況。

1 BIM設(shè)計技術(shù)路線

1.1 BIM設(shè)計準(zhǔn)備

BIM設(shè)計是指采用BIM技術(shù)，并根據(jù)建設(shè)工程的要求，在項目設(shè)計前期進行介入，以前期基本設(shè)計資料為依據(jù)，編制出包含BIM模型及應(yīng)用內(nèi)容的建設(shè)工程設(shè)計文件的活動。BIM設(shè)計過程與傳統(tǒng)二維設(shè)計過程類似，但需要編制與BIM設(shè)計手段相適應(yīng)的工作流程。

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

1.2 BIM設(shè)計流程

大空港截流河項目位于深圳市寶安區(qū)空港新城片區(qū)，新建截流河長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)分別達到50，100，200年一遇。在大空港截流河項目中，BIM設(shè)計采用如下工作流程。

（1）通過衛(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)模型進行設(shè)計定位、方案比選，確定河道的平縱定位。

（3）各專業(yè)根據(jù)河道定位進行子項的BIM設(shè)計，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行匯總形成總體模型。

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

2 BIM設(shè)計應(yīng)用方法

2.1 創(chuàng)建地形、地質(zhì)模型

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

通過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，同時對相關(guān)構(gòu)筑物進行分析匯總，輔助確定項目方案。

2.2 河道建模

對于河道、箱涵等帶狀分布的設(shè)計內(nèi)容，采用Civil3D進行主要的設(shè)計工作，輔以Revit進行節(jié)點細化、支護建模。

河道治理中的巖土支護，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。對于此問題，利用Civil3D和Revit提供的接口，通過Visual Studio C#及Dynamo進行二次開發(fā)，解決了河道堤岸支護的快速建模問題。

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軟件進行結(jié)構(gòu)、巖土、建筑、電氣、給排水專業(yè)的設(shè)計及建模，應(yīng)用Inventor軟件進行金結(jié)、水機專業(yè)的建模及設(shè)計。模型間可直接通過Revit鏈接的方式進行協(xié)同設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的錯漏碰缺問題。

模型分區(qū)、命名及精度規(guī)則參考LOD300的要求。對于相對簡單的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，直接做成參數(shù)化的模型和族類，方便項目內(nèi)的相互應(yīng)用，并作為后期實施的資源庫。

2.4 模型匯總

截流河項目采用Navisworks軟件對各BIM正向設(shè)計成果進行匯總，由于項目子項多，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)實施，對模型進行合理的分級和分區(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)計應(yīng)用價值

BIM設(shè)計應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在設(shè)計制圖、設(shè)計計算、碰撞檢查、漫游模擬4個方面。

3.1 基于BIM的設(shè)計制圖

設(shè)計制圖的聯(lián)動性是BIM設(shè)計的一大優(yōu)勢。傳統(tǒng)繪圖方式平縱橫間并無實際的相關(guān)關(guān)系，采用BIM設(shè)計方法后，通過調(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，各專業(yè)間由于采用BIM技術(shù)，實現(xiàn)了更加直觀的提資和對接。截流河項目施工圖3個月即全部完成，總出圖量約4000張，相比傳統(tǒng)方式減少了40%的出圖時間。

3.2 基于BIM設(shè)計

3.2.1 BIM結(jié)構(gòu)計算

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

3.2.2 工程量計算

采用BIM設(shè)計可根據(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表，并可通過BIM模型直接導(dǎo)出，工程量表與模型聯(lián)動。尤其對復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如流道，可通過明細表直接求出實際工程量，實現(xiàn)工程量的所見即所得。

3.3 碰撞檢查應(yīng)用

在各專業(yè)采用BIM設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，運用Revit和Navisworks運行碰撞檢查，找出各個專業(yè)之間及專業(yè)內(nèi)部之間設(shè)計上發(fā)生沖突的構(gòu)件，并在協(xié)同設(shè)計過程中修改解決。在截流河項目中，主要解決了與片區(qū)綜合管廊的碰撞問題、項目內(nèi)部水暖電結(jié)構(gòu)等專業(yè)內(nèi)容的碰撞沖突問題，切實減少了工程變更。

3.4 漫游模擬應(yīng)用

將BIM模型通過建模軟件導(dǎo)出指定格式文件，導(dǎo)入Infraworks及Lumion進行處理，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（VR）等技術(shù)進行結(jié)合，帶來對BIM模型交互式、沉浸式的體驗，使項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

實例研究證明，水務(wù)工程采用BIM設(shè)計可實現(xiàn)以下幾點突破：

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

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

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