翁發(fā)根，黃 河

（中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330029）

隨著數(shù)字化、信息化的逐步發(fā)展，BIM 技術(shù)已經(jīng)成為工程建設(shè)領(lǐng)域的“第二次科技革命”[1]，可為工程設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維各階段需求提供全生命周期的解決方案。水利工程正在從傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)向三維協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)展，BIM 技術(shù)的應(yīng)用有效解決了常規(guī)水利工程設(shè)計(jì)的痛難點(diǎn)。大型泵閘工程涉及專業(yè)多、協(xié)同工作量大、設(shè)備及管路布置復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)已很難滿足日益精細(xì)化管理的需求[2-6]。本文以某大型泵閘工程為例，采用Bentley 軟件平臺(tái)，全專業(yè)使用BIM 技術(shù)，在工程布置優(yōu)化、工程量快速統(tǒng)計(jì)、三維配筋快速成圖以及智慧管理等方面進(jìn)行了深入應(yīng)用，為類似泵閘工程BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某泵閘樞紐工程位于南昌市昌北城區(qū)，設(shè)計(jì)排澇流量342 m3/s，是一座大（1）型泵站，擬用7 臺(tái)ZGQ46.0-3.13 型豎井貫流泵，單機(jī)容量2 500 kW，總裝機(jī)容量17 500 kW。工程擬新建進(jìn)水閘、主泵房、安裝間、副廠房、管理房、交通橋和開(kāi)關(guān)站等設(shè)備設(shè)施。工程建設(shè)總工期32 個(gè)月，已于2020 年7 月開(kāi)工，預(yù)計(jì)2023年8月竣工。

泵站設(shè)計(jì)排澇流量342 m3/s，其排澇規(guī)模居國(guó)內(nèi)前列。單個(gè)水泵葉輪直徑超過(guò)4 m，單機(jī)流量49.0 m3/s，配套電機(jī)容量2 500 kW，是目前世界在建最大的豎井貫流式機(jī)組和泵站。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用總體情況

依托Bentley 軟件多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，在保證數(shù)據(jù)接口暢通前提下，基于Project-Wise 搭建項(xiàng)目共享環(huán)境，各專業(yè)可實(shí)時(shí)同步上傳進(jìn)度文件，實(shí)現(xiàn)多端同步建模，保證多專業(yè)協(xié)同和文件共享。根據(jù)統(tǒng)一的軸網(wǎng)定位文件，地質(zhì)專業(yè)與水工專業(yè)先行創(chuàng)建數(shù)字地質(zhì)模型與泵閘主體結(jié)構(gòu)模型，其余各專業(yè)參考上述模型同步作業(yè)；在專業(yè)模型之間遇到?jīng)_突或不明確的情況時(shí)，或是在項(xiàng)目中期關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)三維協(xié)同會(huì)議室進(jìn)行集中會(huì)審，確保各專業(yè)步調(diào)一致；模型建立以完整性及精度為導(dǎo)向，材料、日期等屬性信息由應(yīng)用端人員統(tǒng)一掛接。

2.1 軟件應(yīng)用配置

根據(jù)項(xiàng)目情況，調(diào)配各專業(yè)三維設(shè)計(jì)人員組成協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目組，以滿足項(xiàng)目各流程的專業(yè)需求。工程涉及航測(cè)、地質(zhì)、水工、施工、水力機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)、電氣、建筑、給排水等專業(yè)。根據(jù)各專業(yè)特點(diǎn)選擇不同的設(shè)計(jì)軟件，本泵閘工程BIM 設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件配置詳見(jiàn)表1。

表1 泵閘工程BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件匯總

2.2 應(yīng)用內(nèi)容及特點(diǎn)

BIM 技術(shù)在本工程的測(cè)量、地質(zhì)、水工建筑、電氣、水力機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)、施工等專業(yè)均進(jìn)行了應(yīng)用。

通過(guò)導(dǎo)入鉆孔資料，生成三維地質(zhì)網(wǎng)格面，并建立基于地質(zhì)模型的三維地層模型，如圖1—2所示。

圖1 三維地質(zhì)網(wǎng)格面

圖2 地層模型

通過(guò)三維軸側(cè)圖、剖切圖、透視圖等對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)，如建立泵房模型及水機(jī)設(shè)備裝配模型，如圖3—4 所示；建立金屬閘門(mén)三維模型及裝配模擬，如圖5—6 所示，提高參建單位讀取圖紙信息的效率并減少錯(cuò)漏。

圖3 泵房模型

圖4 水機(jī)設(shè)備裝配模型

圖5 金屬閘門(mén)三維模型

圖6 金屬閘門(mén)裝配模擬

結(jié)合三維設(shè)計(jì)模型，應(yīng)用專業(yè)配筋軟件ReStation，實(shí)現(xiàn)三維配筋并快速抽取二維鋼筋圖和自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鋼筋材料表，如圖7—8 所示。通過(guò)Restation 對(duì)泵房、閘室等處大體積混凝土結(jié)構(gòu)配筋，可實(shí)現(xiàn)鋼筋直徑、保護(hù)層、彎折、錨固等細(xì)節(jié)的一鍵處理、一鍵出圖，免去人工二維鋼筋圖繪制中的繁瑣設(shè)計(jì)過(guò)程，提高工作效率。

圖7 配筋模型

圖8 二維配筋圖

對(duì)模型進(jìn)行視圖操作后可導(dǎo)出細(xì)部或全局精細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，布置圖直接使用三維圖像表達(dá)，如圖9所示，施工圖和細(xì)部結(jié)構(gòu)圖可導(dǎo)出二維圖紙。

圖9 三維全站總裝模型

通過(guò)LumenRT軟件實(shí)時(shí)渲染的模型，如圖10所示，并與設(shè)計(jì)軟件同步，方便項(xiàng)目建設(shè)時(shí)和建成后效果的快捷演示，基于BIM 技術(shù)的全站渲染效果如圖11所示。

圖10 實(shí)時(shí)渲染演示

圖11 三維設(shè)計(jì)模型渲染效果

BIM 技術(shù)應(yīng)用于本泵閘工程的最大特點(diǎn)是緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工，在復(fù)雜工程多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、工程布置優(yōu)化、工程量快速統(tǒng)計(jì)、三維配筋快速出圖、設(shè)備裝配模擬和建管平臺(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用等方面得到了較充分的應(yīng)用。

2.3 創(chuàng)新亮點(diǎn)

（1）本工程涉及專業(yè)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)三維模型演示，在與業(yè)主、施工和監(jiān)理等參建單位溝通工程布置時(shí)，大大減少了溝通時(shí)間，避免了設(shè)計(jì)遺漏，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，出具的圖紙涵蓋三維軸測(cè)圖、剖視圖和抽取的二維結(jié)構(gòu)布置、鋼筋圖等，內(nèi)容豐富、形象直觀，改變了原有傳統(tǒng)的二維出圖方式，在工程建設(shè)過(guò)程中廣受歡迎。交付現(xiàn)場(chǎng)施工使用的三維設(shè)計(jì)圖紙，如圖12所示。

圖12 交付現(xiàn)場(chǎng)施工使用的三維設(shè)計(jì)圖紙

（2）本工程地處沖積平原區(qū)，工程地質(zhì)條件較差，采用鉆孔灌注樁對(duì)地基進(jìn)行處理。通過(guò)GeoStation 地質(zhì)三維設(shè)計(jì)軟件建立實(shí)體地層模型，能較全面地了解地層分布情況，布置樁基礎(chǔ)時(shí)能有效地控制樁底高程，精確到每一根樁，進(jìn)而較好地控制樁基工程量?；谌S地質(zhì)模型的三維精確布樁模型，如圖13—14所示。

圖13 三維地質(zhì)樁基模型

圖14 三維精確布樁模型

（3）本工程將BIM技術(shù)與工程建設(shè)深度融合，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全監(jiān)測(cè)、造價(jià)管理等關(guān)鍵業(yè)務(wù)與BIM 模型的數(shù)字化映射，通過(guò)AI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程指定區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)、識(shí)別、統(tǒng)計(jì)等智能分析，為工程建設(shè)管理提供良好的數(shù)據(jù)和決策支撐，實(shí)現(xiàn)泵閘工程設(shè)計(jì)建造高效管理?；贐IM模型的智慧建管平臺(tái)和施工進(jìn)度模擬如圖15 所示。該平臺(tái)可結(jié)合工程設(shè)計(jì)以及實(shí)際建設(shè)進(jìn)度信息，綜合展示工程實(shí)時(shí)施工進(jìn)度情況，并可動(dòng)態(tài)模擬工程施工建設(shè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)視頻的在線查看、控制功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了視頻智能分析功能，基于人工智能技術(shù)和視頻流處理技術(shù)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行人臉識(shí)別、安全帽檢測(cè)，非法侵入檢測(cè)等。

圖15 基于BIM模型的智慧建管平臺(tái)和施工進(jìn)度模擬

3 BIM技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

本泵閘工程作為世界在建最大的豎井貫流式機(jī)組和泵站，涉及專業(yè)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用Bentley 軟件平臺(tái)，全專業(yè)使用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)表達(dá)，在工程布置優(yōu)化和調(diào)整時(shí)，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)人員間的溝通時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。

工程結(jié)合地質(zhì)模型，在樁基布置時(shí)對(duì)樁長(zhǎng)控制更精準(zhǔn)；采用三維模型配筋等方法，可以提高出圖效率；在BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行屬性掛接、裝配模擬等應(yīng)用，為工程后續(xù)過(guò)程提供了更全面的支持；BIM技術(shù)貫穿整個(gè)施工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)建設(shè)質(zhì)量、施工進(jìn)度、安全生產(chǎn)、資金使用等的精準(zhǔn)控制，為工程建設(shè)管理提供良好的數(shù)據(jù)和決策支撐，實(shí)現(xiàn)泵閘工程設(shè)計(jì)建造管理。

本工程最終交付三維軸測(cè)圖、剖視圖、抽取的二維結(jié)構(gòu)布置圖和鋼筋圖等各類圖紙300余張，各專業(yè)模型50余項(xiàng)，設(shè)計(jì)效率較傳統(tǒng)方法提升數(shù)倍。

隨著項(xiàng)目施工的進(jìn)行，工程BIM 建管平臺(tái)將進(jìn)一步完善，并建立基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)施工一體化平臺(tái)，架起聯(lián)系設(shè)計(jì)表達(dá)和施工實(shí)施的紐帶，在原有工作和本項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步豐富模型材料庫(kù)和完善三維技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，為BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用及創(chuàng)新提供技術(shù)支撐。