楊榮海 李芬花 趙萌萌 李 壯

（ 華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院，北京 102206）

BiM是一個(gè)設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識(shí)資源，它可以分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過(guò)程；并在設(shè)施的不同階段，不同利益相關(guān)方通過(guò)在BiM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。文獻(xiàn)[1]介紹了用BiM對(duì)農(nóng)田項(xiàng)目的灌溉以及排水工程進(jìn)行優(yōu)化，建立各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)化族，完成信息關(guān)聯(lián)和驗(yàn)證，研究BiM對(duì)水利工程帶來(lái)的價(jià)值；文獻(xiàn)[2]介紹了運(yùn)用BiM制作水閘虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，對(duì)水閘進(jìn)行調(diào)度管理和仿真實(shí)驗(yàn)，達(dá)到控制、調(diào)度和管理水閘的目的；文獻(xiàn)[3]是基于BiM族和數(shù)字圖形介質(zhì)理論，總結(jié)水閘工程中的族構(gòu)件的種類，并制作成參數(shù)化的族以及族文件；文獻(xiàn)[4]則提出用C語(yǔ)言對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將水閘工程量與概預(yù)算匹配，形成動(dòng)態(tài)工程造價(jià)調(diào)整模型；文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)碾盤山水電站樞紐部分的三維設(shè)計(jì)，介紹了BiM的設(shè)計(jì)平臺(tái)、流程和專業(yè)設(shè)計(jì)成果，為優(yōu)化和推廣BiM提供經(jīng)驗(yàn)；文獻(xiàn)[6]利用BiM在設(shè)計(jì)實(shí)際工作時(shí)的時(shí)效性和集約化，提出全參數(shù)自分析模型的概念，取得了初步的成果；文獻(xiàn)[7]采用了BiM與VB技術(shù)來(lái)對(duì)水閘進(jìn)行族參數(shù)的建模，最終得出BiM與VB技術(shù)相結(jié)合，有利于提高水利工程施工進(jìn)度管理；文獻(xiàn)[8]分析了BiM技術(shù)在水閘規(guī)劃、建設(shè)、施工和運(yùn)行管理階段中的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)[9]利用三維數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)管理，使項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和使用等階段都能夠節(jié)約成本、提高效率；文獻(xiàn)[10]通過(guò)海河口泵站工程項(xiàng)目管理過(guò)程中BiM技術(shù)的成功應(yīng)用闡述了BiM技術(shù)必將引領(lǐng)水利領(lǐng)域新方向；文獻(xiàn)[11]結(jié)合實(shí)例給予系統(tǒng)化的說(shuō)明BiM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用方式。

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，建筑業(yè)蓬勃發(fā)展。近年來(lái)，人們消費(fèi)水平提高，對(duì)居住環(huán)境有了更高的要求，相應(yīng)的建筑公司對(duì)建筑項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等過(guò)程也要求嚴(yán)格。為了更加高效率、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量地完成項(xiàng)目，就要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)或者在以前掌握的技術(shù)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步改善，而BiM技術(shù)無(wú)疑是最好的選擇，也因此BiM技術(shù)在之后的建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。相應(yīng)的水利工程和建筑工程卻有很大的不同，需要從全局考慮，系統(tǒng)地、全面地設(shè)計(jì)，有著規(guī)模大、工作條件復(fù)雜、技術(shù)復(fù)雜、工期長(zhǎng)、各個(gè)專業(yè)的人需協(xié)同作業(yè)等特點(diǎn)[1]。因而，BiM技術(shù)在水利工程中應(yīng)用緩慢，要想得到普及，還需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的一段時(shí)間。由于BiM技術(shù)在水利水電行業(yè)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，全新的設(shè)計(jì)方式，最終必然會(huì)在設(shè)計(jì)行業(yè)中推廣開(kāi)來(lái)，為水利工程的建設(shè)做出巨大的貢獻(xiàn)。

BiM技術(shù)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中普及程度很高，如歐美國(guó)家中美國(guó)是率先使用BiM技術(shù)的國(guó)家，使得BiM技術(shù)在美國(guó)建筑業(yè)中的使用率達(dá)到了80%以上，同時(shí)還發(fā)布了各種BiM標(biāo)準(zhǔn)[12]；韓國(guó)多部門制訂規(guī)范化的BiM標(biāo)準(zhǔn)，在建筑開(kāi)發(fā)公司廣泛應(yīng)用BiM并進(jìn)行BiM的相關(guān)科研項(xiàng)目，最重要的是在高校中普及和推廣BiM教育[13]；英國(guó)是BiM技術(shù)應(yīng)用程度最快的國(guó)家，在5年的時(shí)間內(nèi)從剛開(kāi)始的13%到50%再到最終的95%，都得益于英國(guó)政府政策的支持、民間團(tuán)體BiM活動(dòng)的繁多、設(shè)計(jì)公司的先天優(yōu)勢(shì)以及對(duì)學(xué)習(xí)BiM的高度重視[3]。目前，我國(guó)越來(lái)越多的基礎(chǔ)設(shè)施類工程中也開(kāi)始逐漸應(yīng)用BiM技術(shù)，取得了很好的成績(jī)，如北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)場(chǎng)館、上海迪士尼樂(lè)園、南京青奧會(huì)議中心等都引用了BiM技術(shù)。在水利工程方面相對(duì)于建筑業(yè)來(lái)說(shuō)更為滯后，但也做出了一定的成績(jī)。如，長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院將BiM技術(shù)應(yīng)用到南水北調(diào)工程中，中水顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院將BiM技術(shù)應(yīng)用到水電設(shè)計(jì)中[14]；天津大學(xué)在水利水電工程可視化仿真中應(yīng)用了BiM技術(shù)，中水顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院將BiM技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)處理上[15]。

2 BIM介紹

建筑信息模型 （Building information Modeling，BiM）是以三維數(shù)字信息為媒介來(lái)仿真模擬建筑工程的各項(xiàng)相關(guān)信息而建立起來(lái)的建筑模型，通過(guò)該模型實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目從策劃、運(yùn)行直至完結(jié)的全壽命周期的共享和傳遞。BiM技術(shù)的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下三個(gè)方面[9]：（1） 設(shè)計(jì)的最終模型是以系統(tǒng)族、可載入族和內(nèi)建族為基本元素，將建筑項(xiàng)目的各相關(guān)信息以數(shù)字化的形式存入模型，組成協(xié)同數(shù)據(jù)庫(kù)，最終將真實(shí)世界的建筑以模擬的形式呈現(xiàn)；（2） 模型構(gòu)件間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，對(duì)于建筑師、工程師、繪圖人員以及項(xiàng)目的其他相關(guān)人員能夠即時(shí)共享數(shù)據(jù)和協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提高了項(xiàng)目精確度和質(zhì)量；（3） 除了可以出立面圖、平面圖、剖面圖等普通的二維圖紙外，在對(duì)建筑模型進(jìn)行了可視化、協(xié)調(diào)、優(yōu)化后，可以出經(jīng)過(guò)碰撞檢查和修改后的綜合管線圖、預(yù)埋套管圖，還有檢查報(bào)告跟修改意見(jiàn)方案，更進(jìn)一步完善模型。這三方面中最重要的就是建筑項(xiàng)目的“信息”，信息的準(zhǔn)確，信息的實(shí)時(shí)溝通共享，在提高生產(chǎn)效率、降低造價(jià)、縮短工期等方面發(fā)揮著十分重要的作用。

3 水閘建模

3.1 閘室段

閘室段是通過(guò)內(nèi)建族來(lái)完成的。首先，通過(guò)內(nèi)建構(gòu)建中的拉伸選項(xiàng)來(lái)繪制邊墩和中墩平面圖，然后在立面視圖中將其拉伸到所需要的高度 （提前設(shè)定好的標(biāo)高），這樣中墩和邊墩就拉伸出來(lái)了；第二步，通過(guò)內(nèi)建族來(lái)分別繪制支墩族和支座族族并載入到項(xiàng)目中，放好它們的位置，可以通過(guò)對(duì)齊選項(xiàng)，將它們對(duì)齊；第三步，繪制閘室的底板，這一步驟可以通過(guò)Revit中結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的板功能實(shí)現(xiàn)，而且通過(guò)編輯類型可以編輯出自己想要的樓板厚度；第四步，繪制齒墻，用revit中墻功能實(shí)現(xiàn)，同樣可以通過(guò)編輯類型設(shè)定自己想要的參數(shù)；第五步，繪制閘門槽族，閘門槽族是用空心拉伸來(lái)完成的，載入到閘墩中后需要剪切掉門槽族；第六步，用revit中樓板和梁的功能分別繪制交通橋和梁，然后將它們分別連接到閘墩中，通過(guò)切換連接順序切掉多余部分；第七步，通過(guò)revit中墻、欄桿扶手和樓梯功能繪制防浪墻、欄桿和樓梯；第八步，繪制啟閉機(jī)房，首先確定啟閉機(jī)房的頂部標(biāo)高以及底部標(biāo)高，然后通過(guò)revit中梁、板、柱、墻、門、窗、屋頂?shù)戎苯訉?shí)現(xiàn)啟閉機(jī)房的各部分繪制，這樣就完成了閘室段的設(shè)計(jì)。圖1～9為設(shè)計(jì)步驟圖。

圖1 邊墩

圖2 中墩

圖3 支墩族

圖4 支座族

圖5 閘門槽族

圖6 閘墩三維圖

圖7 交通橋

圖8 啟閉機(jī)房

圖9 閘室段

3.2 內(nèi)消力池

首先確定擋土墻的底部和頂部標(biāo)高；然后通過(guò)revit中的墻族來(lái)繪制擋土墻，擋土墻的數(shù)據(jù)依然可以通過(guò)編輯類型自己定義，底板用Revit中板族實(shí)現(xiàn)；最后，消力池的異形底板可以用內(nèi)質(zhì)構(gòu)建中的拉伸來(lái)繪制并載入到項(xiàng)目中。圖10～13為設(shè)計(jì)步驟圖。

圖10 擋土墻

圖11 異形底板

圖12 內(nèi)消力池平面圖

圖13 內(nèi)消力池三維圖

3.3 內(nèi)引港

首先繪制左右岸擋墻中心線，然后創(chuàng)建埋石砼擋墻輪廓族并載入到項(xiàng)目中，通過(guò)放樣功能拾取擋墻中心線來(lái)繪制左右岸擋墻輪廓。注意到左右岸擋墻不同，可以通過(guò)修改族來(lái)改變左右岸的擋墻。最后，用Revit中的板族來(lái)繪制內(nèi)引港的底板。圖14～17為設(shè)計(jì)步驟圖。

圖14 埋石砼擋墻輪廓

圖15 擋墻左岸

圖16 擋墻右岸

圖17 內(nèi)引港

3.4 外消力池

首先繪制軸網(wǎng)用來(lái)控制消力池的尺寸，然后用Revit中板族繪制擋墻底板，用墻族繪制扶壁，最后通過(guò)內(nèi)建族來(lái)繪制異形底板，再通過(guò)空心拉伸去掉兩側(cè)多余的部分。圖18～20為設(shè)計(jì)步驟圖。

圖18 擋墻底板和扶壁

圖19 異形底板

圖20 外消力池

4 水閘三維模型圖

完成水閘各個(gè)部件之后，通過(guò)鏈接Revit將它們分別導(dǎo)入新建的項(xiàng)目文件，將它們的位置對(duì)齊，然后通過(guò)共享位置來(lái)修正項(xiàng)目文件中的定位，修正之后就可以根據(jù)閘室的尺寸位置來(lái)對(duì)其他部位進(jìn)行修改。打需要修改的文件，通過(guò)鏈接Revit載入閘室，載入閘室時(shí)候選擇通過(guò)共享坐標(biāo)，這樣就可以保證它們是對(duì)齊的狀態(tài)，方便修改尺寸。內(nèi)引港的標(biāo)高與其他部件的標(biāo)高是不統(tǒng)一的，修改時(shí)可以將其基點(diǎn)標(biāo)高修改為零，然后調(diào)整其他標(biāo)高的數(shù)值。都修改完成后，水閘的設(shè)計(jì)完成。圖21為水閘三維模型圖。

圖21 水閘三維模型圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用BiM軟件中的Revit來(lái)設(shè)計(jì)水閘，詳細(xì)闡述了水閘各個(gè)部件的建模過(guò)程，通過(guò)上面的設(shè)計(jì)可以得出以下結(jié)論：

（1） Revit軟件中“族”很重要，幾乎所有的設(shè)計(jì)都需要通過(guò)創(chuàng)建族或者利用軟件中已有的族來(lái)完成；

（2） 在精確建模的基礎(chǔ)上，Revit建模生成的平面圖與立圖完全對(duì)得起來(lái)，圖面的質(zhì)量受人為影響的因素影響很小，而利用CAD繪圖或其他繪圖工具畫出的平面圖和立圖受人為因素影響較大，很可能有很多地方不交接；

（3） Revit具有強(qiáng)大的聯(lián)動(dòng)功能，平、立、剖面、明細(xì)表雙向關(guān)聯(lián)，一處修改，處處更新，自動(dòng)避免低級(jí)錯(cuò)誤，而且可以通過(guò)平鋪視圖來(lái)同時(shí)觀察多個(gè)視圖，本文中最后三維模型圖，就是根據(jù)共享位置來(lái)實(shí)現(xiàn)水閘各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)；

（4） Revit是使用一個(gè)圖形化的“族群編輯器”創(chuàng)建參數(shù)化構(gòu)件，而非使用程序語(yǔ)言的方式，設(shè)計(jì)會(huì)節(jié)省成本，節(jié)省設(shè)計(jì)變更，加快工程周期。