□劉倬昀

科技創(chuàng)新

基于BIM的堤防工程三維信息模型構(gòu)建及應(yīng)用

□劉倬昀

研究堤防工程三維信息模型構(gòu)建框架，并以Bentley系列軟件為平臺(tái)，基于某堤防工程，研究三維建筑模型的構(gòu)建方法與流程，將BIM技術(shù)理念貫穿于堤防工程建模之中，實(shí)現(xiàn)堤防工程三維信息模型構(gòu)建及成果應(yīng)用。

堤防工程；三維信息；建筑模型

水利工程多具有規(guī)模大、布置復(fù)雜、涉及專業(yè)多、開發(fā)建設(shè)周期長(zhǎng)、建筑設(shè)施信息量大以及對(duì)社會(huì)、生態(tài)影響大等特點(diǎn)，因此將信息化技術(shù)與水利工程深度融合，對(duì)提高水利工程建設(shè)信息化水平具有重要意義。現(xiàn)以水利工程中的堤防工程為例，應(yīng)用BIM構(gòu)建工程模型，在此基礎(chǔ)上研究BIM設(shè)計(jì)的應(yīng)用成果，突出信息時(shí)代水利工程建設(shè)與BIM技術(shù)應(yīng)用融合的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1.主要內(nèi)容

對(duì)某堤防工程進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，建立各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)模型，在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的不同階段開展方案比選、碰撞檢測(cè)、工程量統(tǒng)計(jì)等應(yīng)用，提高工程整體設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，提供更為優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)。

項(xiàng)目采用Bentley系列軟件作為BIM建模平臺(tái)進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，模型格式為DGN、FBX、DWG等，實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.1 分階段持續(xù)提供帶材質(zhì)的BIM模型

在勘察設(shè)計(jì)各階段，按照建設(shè)單位要求，分階段提供帶有材質(zhì)的BIM模型。結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容，勘察設(shè)計(jì)各階段的BIM設(shè)計(jì)主要包括：地質(zhì)、原始地形、堤防、穿堤建筑物、景觀綠化及驛站BIM模型等。其中，原始地形BIM模型采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)，通過無人機(jī)傾斜攝影獲取超高分辨率數(shù)字影像，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)的高精度表達(dá)。這些模型按相應(yīng)設(shè)計(jì)階段要求提供并附帶材質(zhì)。利用BIM模型獲取模型的各種參數(shù)，并從模型中自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和獲取所需要的模型實(shí)物量，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)模型變化與工程量變化同步。

1.2 滿足各階段模型深度等級(jí)及模型規(guī)則要求

各個(gè)階段模型深度等級(jí)及模型規(guī)則滿足《水利水電工程信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》T/CWHIDA0005-2019中對(duì)各階段BIM模型成果要求，BIM模型中數(shù)字化對(duì)象尺寸準(zhǔn)確、外觀真實(shí)有效，模型構(gòu)件附帶有常規(guī)的信息屬性。

1.3 滿足對(duì)BIM模型對(duì)象編碼要求

對(duì)BIM模型對(duì)象進(jìn)行編碼，編碼滿足《水利水電工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》T/CWHIDA0007-2020的要求。

1.4 滿足BIM模型建設(shè)要求

在BIM模型建設(shè)過程中編制工作計(jì)劃、BIM模型建設(shè)方案、專業(yè)協(xié)作方式和質(zhì)量管理辦法等，形成的BIM模型成果原始文件校審?fù)瓿珊蟀垂ぷ饔?jì)劃提交給建設(shè)單位。

2.模型創(chuàng)建

2.1 設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建

BIM工程涉及工程的各個(gè)專業(yè)，為保障各專業(yè)間良好協(xié)作，需確定合理的工作流程。具體搭建流程如下：一是編寫工作計(jì)劃、BIM模型搭建方案、各專業(yè)協(xié)作方式和成果質(zhì)量管理辦法等。二是設(shè)計(jì)成果交接，各專業(yè)應(yīng)按照工作時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求及時(shí)將設(shè)計(jì)成果交至BIM設(shè)計(jì)專業(yè)人員，并協(xié)助其完成相應(yīng)的模型搭建、模型組合。三是模型搭建，各專業(yè)設(shè)計(jì)工程師按照本專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行BIM模型建立，并交由本專業(yè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人審核，審核通過后將模型上傳至協(xié)同工作平臺(tái)，由本專業(yè)BIM設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行專業(yè)總裝，空間位置校正，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人完成BIM項(xiàng)目全專業(yè)總裝。四是碰撞檢測(cè)，模型總裝完畢后，進(jìn)行整體碰撞檢測(cè)，排查碰撞原因并及時(shí)整改，對(duì)最后一次碰撞檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行存檔保留。

2.2 屬性掛接

模型構(gòu)建附帶有常規(guī)的信息屬性。模型信息屬性是BIM信息模型的關(guān)鍵部分，通過對(duì)模型進(jìn)行信息屬性的添加，可以對(duì)BIM整體以及每個(gè)構(gòu)建都有充分的標(biāo)識(shí)，為下一步施工模擬工作以及項(xiàng)目管理打下良好基礎(chǔ)。

對(duì)于模型信息屬性的添加，應(yīng)用MicroStation CONNECT Edition、OpenRoads Designer CONNECT Edition、AECOsim Building Designer CONNECT Edition等軟件搭建信息屬性框架，并交由相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員填寫，最后由BIM工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行最后的匯總、修正。

在MicroStation CONNECT Edition中使用項(xiàng)類型功能進(jìn)行屬性掛接，根據(jù)《水利水電工程信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中BIM模型工程屬性定義和信息等級(jí)參考表創(chuàng)建屬性樹，項(xiàng)類型屬性樹見圖1，再通過連接項(xiàng)功能將對(duì)應(yīng)模型掛接相應(yīng)屬性。

圖1 項(xiàng)類型屬性樹

2.3 模型總裝

在勘察設(shè)計(jì)各階段BIM模型建立過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)階段的不同，依據(jù)《水利水電工程信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》要求的各階段深度等級(jí)建立各專業(yè)BIM模型并進(jìn)行單專業(yè)碰撞檢查與設(shè)計(jì)優(yōu)化，完成各專業(yè)模型建立，并按照我院勘察設(shè)計(jì)過程中規(guī)定的校審流程進(jìn)行各專業(yè)校對(duì)、審核后形成各專業(yè)BIM模型。

各專業(yè)完成本專業(yè)BIM模型后，需進(jìn)行模型組裝整合，BIM總裝模型及三維傾斜攝影成果按照CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系、高斯正形投影、116度中央經(jīng)線，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)進(jìn)行模型組裝，并保證組裝后的模型幾何信息和屬性信息準(zhǔn)確。各專業(yè)將本專業(yè)模型上傳至協(xié)同管理平臺(tái)，由BIM應(yīng)用工程師將模型各部分參考至空文件中，將模型位置放置在相應(yīng)現(xiàn)狀地形中，形成整體模型。

圖2 碰撞檢測(cè)結(jié)果界面

由于各專業(yè)建模軟件不同，各專業(yè)BIM應(yīng)用工程師建立的模型需要統(tǒng)一格式和版本類型，對(duì)于不同的文件格式，在組裝之間要進(jìn)行模型整理，轉(zhuǎn)換或?qū)С龀蔀榻y(tǒng)一格式再進(jìn)行組裝，保證專業(yè)間模型的可用性，保障各專業(yè)模型最終能夠整合為一體。

由于各專業(yè)模型之間體量大小存在差異，模型建造時(shí)各專業(yè)應(yīng)用的坐標(biāo)位置存在差異，BIM應(yīng)用工程師需要預(yù)先確定控點(diǎn)坐標(biāo)及高程，保證模型控制位置與平面圖位置相關(guān)聯(lián)。具體組裝應(yīng)從大到小、從整體到局部，在確保前一部分模型組裝正確的前提下，后一部分模型依據(jù)前一部分模型組裝形成，將所有模型安放到正確位置。

2.4 模型審查

按照勘察設(shè)計(jì)過程中的過程控制程序進(jìn)行校對(duì)、審核和評(píng)審后，建成滿足發(fā)包人要求的包含全部設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息帶材質(zhì)的BIM模型。對(duì)各專業(yè)建立的BIM模型以及模型信息完整性和精度進(jìn)行校審，確保符合要求的信息已全部提供并輸入BIM模型中，包括所有過程變更信息。BIM模型除與基礎(chǔ)資料進(jìn)行核對(duì)外，還應(yīng)對(duì)不同參建方信息進(jìn)行相互驗(yàn)證。

2.5 設(shè)計(jì)段模型變更管理

建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)工程變更、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)BIM模型進(jìn)行調(diào)整，使其與設(shè)計(jì)保持一致。由專人負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)的歸檔及維護(hù)，并定期向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匯報(bào)數(shù)據(jù)匯總情況，數(shù)據(jù)歸檔格式及內(nèi)容應(yīng)嚴(yán)格遵循項(xiàng)目初期與建設(shè)單位商定的格式。BIM小組成員權(quán)限和其他成員訪問權(quán)限，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)設(shè)定并及時(shí)維護(hù)更新。數(shù)據(jù)維護(hù)及歸檔工作透明化，實(shí)時(shí)反映工程設(shè)計(jì)實(shí)際。

3.成果應(yīng)用

3.1 各設(shè)計(jì)階段應(yīng)用成果

BIM應(yīng)用成果涉及階段包括前期（可研）BIM設(shè)計(jì)、初步BIM設(shè)計(jì)、施工圖BIM設(shè)計(jì)3部分。

3.1.1前期（可研）階段BIM設(shè)計(jì)

前期（可研）階段BIM設(shè)計(jì)工作已基本完成，建模深度及建模內(nèi)容符合相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求。主要完成內(nèi)容包括各主要涉及專業(yè)模型，成果主要用于方案展示、方案比選、分析計(jì)算、統(tǒng)計(jì)工程量等。

3.1.2初設(shè)階段BIM設(shè)計(jì)

本階段BIM設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括所涉及的全部專業(yè)模型，BIM成果主要用于統(tǒng)計(jì)工程量、漫游渲染、工程制圖以及數(shù)字化交付等方面。

3.1.3施工圖階段BIM設(shè)計(jì)

本階段BIM設(shè)計(jì)要求在初設(shè)BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，模型分類及編碼要滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，BIM成果應(yīng)用增加碰撞檢測(cè)、施工仿真等。

3.2 模型碰撞檢查及圖紙反饋

3.2.1模型碰撞檢查

設(shè)計(jì)人員在各個(gè)階段設(shè)計(jì)過程中，由于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體了解不夠深入或各專業(yè)之間溝通不夠默契，很可能存在設(shè)計(jì)構(gòu)件碰撞的問題，尤其在施工圖紙之前要做碰撞檢測(cè)，能夠?qū)ㄖ锏恼w和各部分特征進(jìn)行直觀觀察描述，各建筑物之間時(shí)間空間上的聯(lián)系各專業(yè)間的空間碰撞關(guān)系，使工程建設(shè)各方更快更全面把握工程的情況。

在模型構(gòu)建組裝過程中，專業(yè)間往往存在模型交叉碰撞的問題。這就需要各專業(yè)BIM應(yīng)用工程師進(jìn)行分析討論，查找模型交叉碰撞原因予以解決，以保證各專業(yè)間模型組裝正確性。模型碰撞檢測(cè)可以使用MicroStation自帶的Clash Detection功能實(shí)現(xiàn)。部分檢測(cè)結(jié)果見圖3、圖4。

3.2.2圖紙反饋

將各專業(yè)BIM模型進(jìn)行合并，在施工前進(jìn)行各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙檢查，提前發(fā)現(xiàn)圖紙問題，查找各專業(yè)間沖突點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問題并在施工前調(diào)整設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)圖紙自身錯(cuò)誤或沖突導(dǎo)致的工程變更、現(xiàn)場(chǎng)簽證。

參照初步施工方案進(jìn)行模擬施工，分析和優(yōu)化施工方案，以及重點(diǎn)難點(diǎn)可行性進(jìn)行研討，從而發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，在施工前就采取預(yù)防措施，直至獲得最佳施工方案，從而大大降低返工成本，減少資源浪費(fèi)、施工沖突以及安全問題。

3.3 工程量統(tǒng)計(jì)

在開展設(shè)計(jì)的各階段，按照發(fā)包人要求，分時(shí)段持續(xù)提供帶有材質(zhì)的BIM模型與滿足工程計(jì)量的工程量清單?；贐IM的工程管理，將工程量信息和模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模型變化與工程量變化同步，充分利用模型進(jìn)行工程量管理。BIM模型的實(shí)物量統(tǒng)計(jì)在技術(shù)上有較大優(yōu)勢(shì)，一旦模型建立即可從模型中自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和獲取到所需要的模型實(shí)物量，配合造價(jià)部門的計(jì)算在實(shí)現(xiàn)性上有較大優(yōu)勢(shì)?？赏ㄟ^MicroStation CONNECT Edition軟件中的報(bào)表功能實(shí)現(xiàn)BIM模型工程量統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

按照統(tǒng)計(jì)工程量的項(xiàng)目類別建立項(xiàng)類型屬性樹，并對(duì)應(yīng)相應(yīng)模型掛接屬性，再通過報(bào)表功能統(tǒng)計(jì)各類模型體積從而統(tǒng)計(jì)工程量，生成工程量清單見圖3。

圖3 工程量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.結(jié)語

以相對(duì)完整的思路把BIM技術(shù)融入堤防工程建設(shè)之中，闡述了堤防工程BIM設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容，以及模型構(gòu)建的詳細(xì)過程，論述了水利行業(yè)設(shè)計(jì)各階段的主要應(yīng)用成果，為水利工程的三維信息模型構(gòu)建及應(yīng)用提供了路徑和方法?！?/p>

2022-12-08

劉倬昀，男，漢族，河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，工程師。