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        BIM技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)全壽命周期管理中的應(yīng)用研究

        2020-11-29 14:06:04郝楠楠盧新杰
        機(jī)電信息 2020年33期
        關(guān)鍵詞:金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)維壽命

        郝楠楠 韓 剛 盧新杰

        (1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州311122;2.浙江省發(fā)展規(guī)劃研究院,浙江杭州310012)

        0 引言

        水工金屬結(jié)構(gòu)是水利水電機(jī)電工程的核心設(shè)備之一,具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需求定制等特點,其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要[1]。但由于受水頭、工況及不同功能定位等因素影響,水工金屬結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化和普適化設(shè)計、生產(chǎn)制造、施工建造以及運(yùn)維檢修等全壽命周期管理難度較大[2-4]。而建筑信息模型(BIM,Building Information Modeling)是采用三維數(shù)字模型技術(shù)對復(fù)雜工程項目進(jìn)行直觀的數(shù)字化表達(dá),具有信息共享與協(xié)同交互等特點,能夠?qū)崿F(xiàn)對其從前期投資決策、設(shè)計施工安裝到后期運(yùn)行維護(hù)等的全過程管理[5]。基于此,采用BIM技術(shù)對復(fù)雜水工金屬結(jié)構(gòu)工程項目進(jìn)行全壽命周期管理,對推動水工金屬結(jié)構(gòu)信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義[6]。

        本文參考建筑市政領(lǐng)域BIM應(yīng)用成果,研究了BIM技術(shù)在水利水電金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用,以蘇家灣航電樞紐工程項目為例(圖1),采用了數(shù)字化模型和智慧化設(shè)計等手段進(jìn)行全過程管理。應(yīng)用結(jié)果表明,該方法能有效提高工程質(zhì)量和效益,降低工程成本與風(fēng)險,實現(xiàn)投產(chǎn)后數(shù)字化管理。

        圖1 蘇家灣航電樞紐工程項目BIM全景圖

        1 工程項目BIM全壽命周期管理方案

        BIM技術(shù)以信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ),實現(xiàn)水利水電工程項目各參與方和不同專業(yè)之間的信息協(xié)同,從而指導(dǎo)項目全壽命周期管理[7],如圖2所示。具體表現(xiàn)為:在設(shè)計階段,實現(xiàn)三維可視化、信息化、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計,減少不同專業(yè)碰撞沖突、設(shè)計變更,并結(jié)合有限元計算,實現(xiàn)設(shè)計的校核與優(yōu)化;在施工階段,實現(xiàn)施工模擬、施工進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、合同管理以及投資造價管理;在運(yùn)維階段,實現(xiàn)綜合模型展示、大壩安全數(shù)字化監(jiān)測管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、定檢管理等全壽命周期管理。

        圖2 工程項目BIM全壽命周期管理方案

        2 工程各階段的BIM應(yīng)用

        2.1 投標(biāo)階段

        應(yīng)用BIM技術(shù)可以擺脫以往經(jīng)驗估計的風(fēng)險[8],在各專業(yè)匯總工程量的基礎(chǔ)上建立三維模型,為確定投標(biāo)策略和預(yù)留利潤空間提供數(shù)據(jù)支撐。在招投標(biāo)階段,能夠幫助非本專業(yè)的評標(biāo)專家直觀地評判項目整體解決方案與總體功能布局,有效提高招投標(biāo)項目的中標(biāo)率。同時,采用VR、數(shù)字孿生等虛擬現(xiàn)實技術(shù),通過定性和定量等手段模擬項目周邊環(huán)境和建成后的運(yùn)行情況,選取最佳投標(biāo)方案,提高決策的科學(xué)性和合理性。

        2.2 設(shè)計階段

        BIM在設(shè)計中通過建立模型參數(shù)[9],生成圖形數(shù)據(jù),實現(xiàn)設(shè)計過程中的“模型—圖紙—模型”相互雙向轉(zhuǎn)換,滿足不同專業(yè)之間的協(xié)同交互設(shè)計需求。各專業(yè)之間通過共享平臺,確保工程數(shù)據(jù)的唯一性和有效性,減少信息傳輸錯誤,提高設(shè)計效率和質(zhì)量。同時,BIM模型在設(shè)計校核、設(shè)計變更、碰撞檢查和校核優(yōu)化等方面具有明顯的優(yōu)勢。

        以蘇家灣航電樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)部分疊梁閘門設(shè)計為例,主要設(shè)計步驟如下:(1)首先建立包含材料、規(guī)格、數(shù)量等在內(nèi)的材料明細(xì)表;(2)按照設(shè)置的初始參數(shù)(圖3)建立三維BIM模型;(3)生成工程視圖,并進(jìn)行尺寸標(biāo)注,調(diào)整材料明細(xì)表和技術(shù)說明等;(4)進(jìn)行參數(shù)模型轉(zhuǎn)換,分別生成三維、二維圖紙,如圖4、圖5所示;(5)根據(jù)用戶需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析計算和部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

        2.3 施工階段

        圖3 門葉部分參數(shù)設(shè)置表

        圖4 疊梁閘門三維圖

        圖5 疊梁閘門二維轉(zhuǎn)化圖

        水利水電工程具有投資規(guī)模大、專業(yè)性較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)形式多樣化、參與專業(yè)多等特點,利用BIM先進(jìn)的仿真、計算和三維可視化數(shù)字模型技術(shù),建立虛擬的工程施工主體及施工結(jié)構(gòu)的模擬環(huán)境[10]。利用模擬環(huán)境進(jìn)行直觀的“預(yù)施工”演練,及時了解施工過程中的作業(yè)順序安排、施工難點和施工安全隱患等。正式施工過程中,根據(jù)現(xiàn)場反饋,及時發(fā)現(xiàn)和捕捉各階段的動態(tài)變化,可有效避免工程計量中的漏項、缺項、錯算和重復(fù)計量,提高投資造價的準(zhǔn)確性。同時,經(jīng)過設(shè)計深化和優(yōu)化后的BIM模型,可以采用最佳施工技術(shù)方案,提高可施工性,減少不必要的返工和材料浪費(fèi)。

        2.4 運(yùn)行階段

        BIM技術(shù)有效集成了生產(chǎn)制造、設(shè)計施工等不同階段過程的信息,是數(shù)字化運(yùn)維的有效支撐。通過BIM三維運(yùn)行管理平臺,可以將現(xiàn)實運(yùn)行中的真實數(shù)據(jù)采用相應(yīng)的監(jiān)測傳感設(shè)備映射到虛擬場景中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息實時播報、畫面動態(tài)可視、運(yùn)維遠(yuǎn)程便捷等功能。同時,采用BIM技術(shù)能夠進(jìn)行全業(yè)務(wù)、全方位的集約管理、風(fēng)險預(yù)判和智能決策,提升設(shè)備數(shù)字化健康診斷水平。

        3 結(jié)語

        BIM技術(shù)是實現(xiàn)以結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需求定制等為主要特點的水工金屬結(jié)構(gòu)工程項目全壽命周期管理的有效方法。本文研究了BIM技術(shù)在水利水電金屬結(jié)構(gòu)全壽命周期管理中的應(yīng)用,以蘇家灣航電樞紐工程項目為例,詳細(xì)介紹了BIM技術(shù)在前期投標(biāo)、設(shè)計施工和運(yùn)營維護(hù)等階段的全過程管理方案。應(yīng)用結(jié)果表明,該方法能有效提高工程質(zhì)量和效益,降低工程成本與風(fēng)險,實現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)維,對行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要參考價值。

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