李 壤,黃錦鵬,胡緒寶,陳蔚華,張周文

(中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司,廣東 中山 528400)

時(shí)任美國(guó)Autodesk公司副總裁菲利普·伯恩斯坦于2002年提出BIM一詞,原意是指建筑信息模型,隨著各行各業(yè)不斷的推進(jìn),其內(nèi)涵越來(lái)越豐富,至今包含了工程信息化過(guò)程及信息化管理,而且還在不斷與數(shù)字化技術(shù)結(jié)合,如BIM與GIS、IOT、AR、VR、MR、5G、機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺(jué)計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)等[1-2]。

目前,在工程行業(yè)BIM已經(jīng)衍生為以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用BIM軟件集成工程項(xiàng)目中各類(lèi)相關(guān)信息,構(gòu)成一個(gè)工程信息數(shù)據(jù)模型,一個(gè)完善的信息模型把工程項(xiàng)目全生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源連接于一處,對(duì)建設(shè)工程進(jìn)行完整描述的綜合技術(shù),利用BIM模型可進(jìn)行工程規(guī)劃、勘察、測(cè)量、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)及拆除,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成、可視化的全過(guò)程全周期管理,賦能建設(shè)項(xiàng)目各參與方[3]。

現(xiàn)代水利水電工程設(shè)計(jì)理念在不斷迭代更新進(jìn)步,向資源、景觀(guān)、生態(tài)、環(huán)境水利概念看齊[4],結(jié)構(gòu)形式多變,涉及專(zhuān)業(yè)眾多,后期運(yùn)維管理日趨智能,從設(shè)計(jì)、施工、到后期運(yùn)維全階段,傳統(tǒng)建設(shè)理念和方法都已面臨更大挑戰(zhàn),需要更高層級(jí)設(shè)計(jì)思維和措施[5]。BIM技術(shù)為工程建設(shè)帶來(lái)信息化、數(shù)字化、工業(yè)化、智慧化等優(yōu)勢(shì)[6]。針對(duì)閘站工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,異形構(gòu)件眾多、計(jì)算分析要求高等因素,運(yùn)用二維設(shè)計(jì)方法不能全方位囊括,因此,運(yùn)用BIM技術(shù)完成工程中特殊異形構(gòu)件建模合模用模,各專(zhuān)業(yè)同步在一個(gè)BIM云平臺(tái)上溝通協(xié)調(diào),降低獨(dú)立或交叉作業(yè)錯(cuò)誤率[7]。但BIM技術(shù)在閘站工程上的應(yīng)用和研究還處于起步階段,遠(yuǎn)不及工業(yè)與民用建筑工程,因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能特殊性決定了對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用需求和建筑方向迥然不同[8]。

利用BIM思維進(jìn)行設(shè)計(jì),不僅可以提高設(shè)計(jì)成果可靠性、安全性及準(zhǔn)確性,尤其是在設(shè)計(jì)階段,可邊設(shè)計(jì)邊校核讓設(shè)計(jì)師更注重構(gòu)筑物性能,提高建筑物設(shè)計(jì)品質(zhì)[9-10]。三維渲染能全面展示設(shè)計(jì)和施工環(huán)境,幫助設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主及監(jiān)理人員更好地理解設(shè)計(jì)意圖,使各方人員對(duì)工程設(shè)計(jì)意圖的理解達(dá)到同一層次,減少理解偏差帶來(lái)的信息失真[11]。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容全面逼真地展示出大型閘站工程復(fù)雜結(jié)構(gòu)及大型設(shè)備等空間布置情況,對(duì)關(guān)鍵線(xiàn)路、工序和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證和優(yōu)化[12-13]。本文從實(shí)際工程出發(fā),結(jié)合BIM各類(lèi)軟件特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì),對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用于閘站工程的可行性及優(yōu)越性,進(jìn)行了參數(shù)化建模、計(jì)算分析、出圖出量、方案匯報(bào)、施工模擬等研究[14-15]。

1 項(xiàng)目概況

中山市橫欄鎮(zhèn)九頃泵站二期位于中順大圍橫欄堤段,樁號(hào)西37+612處,距離拱北水閘約800 m,工程位于寶裕涌出口,屬中順大圍外排泵站。對(duì)九頃船閘上閘首拆除并重建,下閘首的排架及啟閉機(jī)在進(jìn)行改造和更換,對(duì)船閘閘室底板進(jìn)行灌漿加固處理。設(shè)計(jì)流量為76.5 m3/s,裝機(jī)容量為4 020 kW,其中橫欄鎮(zhèn)九頃泵站二期工程設(shè)計(jì)流量為45 m3/s,裝機(jī)容量為2 520 kW。

前期準(zhǔn)備工作包括以下內(nèi)容。

a)BIM協(xié)同環(huán)境。本項(xiàng)目基于云平臺(tái)搭建BIM協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái),建立模型文件及管理文件多層級(jí)多層次結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)信息與資源共享,大幅提升牽涉各方溝通效率。資料共享、實(shí)現(xiàn)多方多地協(xié)同、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)境托管與配置。

b)BIM設(shè)計(jì)模板。為充分發(fā)揮BIM設(shè)計(jì)優(yōu)越性,協(xié)作各專(zhuān)業(yè)需統(tǒng)一BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),預(yù)先編制項(xiàng)目樣板。在BIM設(shè)計(jì)思維中,面向?qū)ο笫菢O其重要的理念。因此,針對(duì)每一個(gè)樁基、底板、墩墻、擋墻的典型斷面,皆應(yīng)有信息定義。設(shè)計(jì)階段斷面輪廓的信息定義,通常至少應(yīng)包含該類(lèi)構(gòu)件位置及材料信息,以滿(mǎn)足后續(xù)工程量輸出以及各類(lèi)信息表達(dá)生成。除上述信息定義之外,該設(shè)計(jì)模板中還應(yīng)包含符合要求的標(biāo)注符號(hào)樣式、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范圖框及本項(xiàng)目定制的其他標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容等。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 建立幾何模型

本次建立施工圖階段BIM模型,其包含地形、水工、金屬結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、設(shè)備、園林等8個(gè)專(zhuān)業(yè)模型。此外,交通橋板、道路及河流用樓板、地形子面域命令建模。BIM模型見(jiàn)圖1,共有10個(gè)建筑物(泵房、船庫(kù)、船閘上下閘首、防洪閘、清污橋、攔污橋、值班室、樁基、擋墻)。該模型Revit項(xiàng)目文件以默認(rèn)原點(diǎn)作為項(xiàng)目基點(diǎn),便于各專(zhuān)業(yè)模型合模,鏈接模型的方式減少合模模型大小,便于模型打開(kāi)查看傳遞。模型按照?qǐng)D紙及相關(guān)資料搭建,結(jié)構(gòu)與真實(shí)尺寸保持一致。

a)地形(含道路、河流)

b)泵房上部建筑

c)防洪閘上部建筑

d)泵房下部結(jié)構(gòu)

e)防洪閘下部結(jié)構(gòu)

f)船閘上閘首上部建筑

g)機(jī)電(給排水+金結(jié))

h)結(jié)構(gòu)擋墻

2.2 綁定非幾何信息參數(shù)

BIM設(shè)計(jì)不單純是創(chuàng)建三維模型,其重點(diǎn)是模型中的信息。模型信息分為幾何信息和非幾何信息。幾何信息是存在模型中的實(shí)體,可以直接看到和編輯,如結(jié)構(gòu)墻、柱、梁、板、基礎(chǔ)等構(gòu)件;非幾何信息是賦予這些構(gòu)件的參數(shù),如構(gòu)件名稱(chēng)、材質(zhì)、混凝土等級(jí)、尺寸、注釋、采購(gòu)時(shí)間、供應(yīng)商、聯(lián)系人、聯(lián)系電話(huà)、價(jià)格及使用壽命信息等。BIM的非幾何信息對(duì)于施工、運(yùn)維至關(guān)重要,因此,在模型創(chuàng)建過(guò)程中工程師們就需要將非幾何信息按需求賦予構(gòu)件。

如項(xiàng)目中把結(jié)構(gòu)材質(zhì)、混凝土等級(jí)等信息綁定對(duì)應(yīng)的幾何構(gòu)件中,實(shí)現(xiàn)數(shù)模綁定,后期隨著模型流轉(zhuǎn),可以在任何能打開(kāi)模型的端口查看。模型信息賦值見(jiàn)圖2。

a)綁定信息(墻、柱、墩臺(tái))

b)綁定信息(底板、墩墻)

c)綁定信息(樓板、樓梯、梁)

2.3 導(dǎo)入計(jì)算軟件分析

基于Revit模型計(jì)算分析,創(chuàng)建BIM模型是第一步,Revit模型創(chuàng)建應(yīng)該遵循計(jì)算分析軟件對(duì)接要求,進(jìn)行模型準(zhǔn)備。在Revit中創(chuàng)建只包含構(gòu)件尺寸等基本信息的結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)初期模型,并利用程序間的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口將Revit模型導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件中,如用CFD進(jìn)行泄流水力學(xué)分析,Mida進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)力學(xué)有限元計(jì)算分析,將計(jì)算調(diào)整完成后的模型數(shù)據(jù)信息用于Revit模型修改,對(duì)模型附加更多信息,然后在Navisworks軟件中將所有專(zhuān)業(yè)的模型合并,進(jìn)行專(zhuān)業(yè)綜合協(xié)調(diào)。最后在Revit中調(diào)整模型,并利用剖切方式導(dǎo)出結(jié)構(gòu)平法圖紙。模型計(jì)算分析見(jiàn)圖3。

a)BIM模型導(dǎo)入CFD

b)BIM模型導(dǎo)入Midas

2.4 主要參考工程量統(tǒng)計(jì)

Revit明細(xì)表統(tǒng)計(jì)功能,快速計(jì)算出BIM模型主要構(gòu)件參考工程量,參考工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理后供相關(guān)部門(mén)做工程量概預(yù)算參考。通過(guò)計(jì)算出參考工程量,對(duì)整個(gè)項(xiàng)目資源做協(xié)調(diào)管理。設(shè)計(jì)階段可提高算量預(yù)算提資和項(xiàng)目工程量準(zhǔn)確度。施工階段工程量實(shí)時(shí)計(jì)算,控制工程中物料采購(gòu),勞動(dòng)力配合,使施工資源達(dá)到最優(yōu)利用,從而加快施工進(jìn)度。運(yùn)維階段工程量可以直接用于物資管理、設(shè)備記錄巡查、檢查維修派單等需求,工程量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖4。

a)門(mén)、結(jié)構(gòu)柱、欄桿扶手統(tǒng)計(jì)工程量

2.5 碰撞檢查

碰撞檢查是基于建立好的模型,應(yīng)用BIM軟件合并各專(zhuān)業(yè)模型,進(jìn)行檢查碰撞沖突問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、記錄,完成設(shè)計(jì)圖紙范圍內(nèi)各種結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、機(jī)械等平面和豎向高程相協(xié)調(diào)的三維協(xié)同工作,以避免空間沖突,盡可能減少碰撞,優(yōu)化專(zhuān)項(xiàng)方案,提升日后使用價(jià)值,避免產(chǎn)生工期延誤、返工等問(wèn)題。碰撞檢查見(jiàn)圖5。

a)底板結(jié)構(gòu)與金結(jié)沖突碰撞

b)墩墻結(jié)構(gòu)與給排水管道碰撞

2.6 渲染圖片及視頻

基于搭建完成的各專(zhuān)業(yè)BIM模型,通過(guò)Enscape插件型渲染工具,在Revit軟件中直接渲染。其出眾之處在于其運(yùn)行速度快,對(duì)電腦配置要求相對(duì)較低,與主體模型可以進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染同步,操作簡(jiǎn)便,即能進(jìn)行項(xiàng)目溝通交流定稿,又能配合進(jìn)行企業(yè)宣傳。渲染圖片及視頻見(jiàn)圖6。

a)渲染圖

b)渲染視頻

2.7 施工模擬

可通過(guò)Fuzor軟件模擬一些復(fù)雜施工內(nèi)容。其操作相對(duì)簡(jiǎn)潔,同時(shí)能夠與Revit建模軟件實(shí)現(xiàn)雙向聯(lián)動(dòng)。不同施工模擬可以使用不同動(dòng)畫(huà)類(lèi)型進(jìn)行表達(dá),在模型處理、效果展示上有著Navisworks、Lumion等軟件沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。但是Fuzor的缺點(diǎn)也相對(duì)明顯,在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大體量模型處理對(duì)電腦配置要求較高;Fuzor軟件下無(wú)法對(duì)地形進(jìn)行壓平、局部抬高等編輯,例如河流山川等地形環(huán)境也需要在Revit建模軟件中建立后導(dǎo)入渲染,無(wú)形中降低了軟件處理效率;在模擬一些特殊施工環(huán)節(jié),例如觸發(fā)事項(xiàng)模擬,依然有較高難度。施工模擬見(jiàn)圖7。

a)泵房模擬

b)基坑開(kāi)挖模擬

2.8 BIM模型方案匯報(bào)

方案匯報(bào)目前有2種主流模式。第1種是基于Revit原模型匯報(bào);第2種是基于網(wǎng)頁(yè)端輕量化模型,進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)端查看交流與匯報(bào)。

基于原模型匯報(bào),直接在Revit打開(kāi)模型,進(jìn)行溝通匯報(bào),優(yōu)點(diǎn)是不需要轉(zhuǎn)到第三方查看模型,缺點(diǎn)是需要高配置電腦,低配置電腦難以正常顯示。

基于網(wǎng)頁(yè)端輕量化模型匯報(bào),首先需上傳Revit模型至網(wǎng)頁(yè)端,即可在任意PC、平板、手機(jī)等硬件端,流暢打開(kāi)該類(lèi)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行模型快速查看。便于向業(yè)主匯報(bào),問(wèn)題記錄與交流,簡(jiǎn)化操作過(guò)程,提升匯報(bào)交流效率。匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖8。

a)網(wǎng)頁(yè)端輕量化模型標(biāo)注

b)網(wǎng)頁(yè)端輕量化模型剖切

3 結(jié)語(yǔ)

中山市橫欄鎮(zhèn)九頃泵站二期工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣,容易出現(xiàn)專(zhuān)業(yè)間提資過(guò)程中,信息傳遞不充分不及時(shí),采取統(tǒng)一模型模板及云端協(xié)作的控制措施,防止了各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)信息丟失、割裂。本項(xiàng)目以閘站主體為例,通過(guò)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同三維參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用,將閘站工程各專(zhuān)業(yè)靈活結(jié)合在同一設(shè)計(jì)空間內(nèi),驗(yàn)證了主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間的合理性;計(jì)算分析軟件復(fù)用BIM模型,提高了設(shè)計(jì)計(jì)算分析手段;BIM方案匯報(bào),豐富了工程設(shè)計(jì)方與業(yè)主方的信息溝通方式?？梢詫㈤l站工程的BIM設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到類(lèi)似工程中,為其他景觀(guān)河道類(lèi)工程的設(shè)計(jì)提供了寶貴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。