BIM 技术在水利工程设计咨询项目中的应用

张 超 陈蕾蕾 王海俊

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225000）

1 概述

所谓建筑信息模型（Building Information Modeling，简称“BIM”）技术，是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术。水利工程行业是一个重要的基础设施建设行业，理应尽快启动BIM 技术在水利工程建设中的应用。

BIM 技术来源于工业与民用建筑行业，随着国内多项重大建筑项目的开工建设，建筑工程各个行业都开始将BIM 技术的运用纳入建筑工程的工作范畴，试图用BIM 技术来解决实际问题。上海中心在项目中应用BIM 技术，形成“以建设单位为主导，参建单位共同参与的基于BIM 技术的精益化管理”的创新管理模式，见图1；北京CBD 中心的中国尊项目应用BIM 技术为“中国尊”量身定制了几何控制系统，对项目的设计与建设起到了重要的技术保障作用，见图2；到2017年，上海市规模以上政府投资工程全部应用BIM 技术，规模以上社会投资工程普遍应用了BIM 技术。BIM技术的应用其实离我们越来越近了，江苏水利工程行业需要化被动为主动，启动BIM 技术在水利工程中的应用。

BIM 技术应用是贯穿一个工程项目从设计到施工，再到运行维护的全生命周期的过程。水利工程项目一般设计先行，但BIM 技术在水利工程设计中并没有完整和现成的工程项目可以借鉴，完全用BIM 技术进行水工建筑物设计还有一段探索前进的过程。为尽快将BIM 技术引入水利工程中，我们可以先从水利工程项目咨询入手，将送审的水工建筑物创建成三维模型，进行全面的评估审查，找出送审的二维设计图纸中的“错、漏、碰”，并三维直观地给出优化建议，应用从三维模型中提取出的工程量信息来核对设计文件，在项目咨询报告中插入相关立体的三维模型，提高咨询报告的质量。

图1 上海城市建筑

图2 北京CBD 中心的“中国尊”项目

2 软件平台选择

BIM 的关键是信息，结果是模型，重点是协作，工具是软件。要启用BIM 技术，首先需要一个合适的软件平台，常见的三维协同设计基础平台主要有欧特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）、达索（Dassault）3 家。笔者主要介绍采用欧特克软件的应用。

欧特克的AutoCAD 拥有着强大的二维绘图功能，并已为广大工程设计人员普遍熟悉和使用。在三维设计领域，欧特克公司同样是行业软件的领跑者，其推出的三维套包软件能够贯穿设计、可视化、仿真分析、图纸文档、项目建造等工作流程，可以帮助多专业在不同的设计阶段实现较好兼容性、灵活的协同工作流程。目前，欧特克（Autodesk）三维软件在建筑领域应用比较广泛，能够很好地实现三维与二维图纸的转换，且软件平台的费用较低，这些对于很多中小型设计院具有很大的吸引力。由于水利工程建设行业属于基础设施建设行业，欧特克公司为适应相关设计人员的需求，推出了基础设施设计套件（IDS），基本可以完成信息模型的搭建和表达，套件核心的建模和模型表达软件就是Revit。

3 由二维图纸生成三维模型

对现有设计图纸中的水工建筑物应用三维设计软件搭建模型，可以快速直观地将设计成果呈现给对方。稍加学习欧特克的三维设计软件Revit 便可以快速实现工程模型的创建，应用软件中轮廓放样的方法创建模型，非常方便，且更加符合工程师们的看图习惯。

3.1 绘制图纸中的相关轮廓

提供审查的项目图纸中的建筑物断面图形状尺寸都是准确完整的，因此，具有AutoCAD 基本绘图能力的工程师可依照二维图纸，快速完成建筑物的轮廓模型绘制，图3 为在Revit中绘制完成的挡土墙底板和墙身的轮廓，其与工程图纸非常接近。

图3 挡土墙底板和墙身的轮廓图

3.2 给轮廓设定主要相关参数

Revit 软件有强大的参数化建模功能，可以通过修改尺寸参数驱动快速实现模型的尺寸修改，非常方便。图3 中设置了底板长、底板厚、立板高、立板厚等挡土墙的主要参数，通过调整这些参数可以快速修改得到需要的模型。模型中底板的后齿并没有设置参数，可通过手工调整后，完成需要的设计轮廓。图4 为Revit 中参数设置面板，在这里可快速设定和修改主要的相关参数，从而增加模型的灵活度。

图4

3.3 由轮廓生成建筑物模型

在绘制完成符合设计要求的建筑物轮廓后，可通过简单的放样命令完成实体模型的创建。图5 为Revit族创建中常用的6 个工具方法，“放样”工具简单实用，可以快速创建各种实体，“空心形状”工具主要用于剪切挖洞实体后形成各种形状实体。图6 和图7 为图3 轮廓放样完成的直线挡墙和圆弧挡墙的实体模型。

图5 Revit 族创建工具

图6 直线挡墙模型

图7 圆弧挡墙模型

3.4 将模型摆放到正确的位置

按照轮廓放样或者其他建模方法完成创建模型后，就可以到项目中像“搭积木”一样快速直接搭建完成一座水工建筑物项目。图8 为某单孔水闸混凝土模型创建完成的成果。

图8 单孔水闸混凝土模型

4 三维模型在咨询项目中的应用

水利工程咨询项目一般都具有设计完整的施工图纸，在掌握上述快速建模的方法和技巧以后，即可快速将二维图纸翻模成三维信息模型。通过建模过程可全面检查施工图纸的准确性、完整性，找出图纸中的问题与错误。信息模型搭建完成后，不仅可对模型进行全面检查，找出设计中的错、漏、碰，提高项目咨询成果的质量，还可以直接提取模型的工程量信息，用于快速复核相关工程量。

4.1 对模型进行全方位检查

工程设计图纸中存在勘误及细小的设计疏忽在所难免，在建模和模型搭建过程中可以很快发现些勘误和疏忽，并能直观地将其反映出来。

图9 为某建筑物工程的二维图纸，图10 为快速翻模后的三维模型图。从图中很容易看出，在1 号位置，末节翼墙的前齿埋深不够；在2 号位置，圆弧翼墙的前齿贴角显得多余，需要修正。而这些图纸中的小“bug”在二维图形下状态下是不太容易被发现的。

图9 某建筑物二维图纸

图10 某建筑物翻模后的三维模型

4.2 提取工程量

欧特克的Revit 建模软件有强大的工程量提取功能，在模型搭建完成后，便可以很方便地提取模型中的工程量信息。

图11 空箱沉井挡土墙模型

图11 是在Revit 中搭建完成的空箱沉井挡土墙，图12 即为从模型中提取出来的工程量信息。这些工程量正是水利工程项目编制工程概预算的基础。

4.3 其他应用的思考

建筑信息模型搭建完成后的应用是一个非常值得深入思考的课题，其引入水利工程行业后才刚刚开始起步，随着BIM 技术在水利工程行业中应用的不断深入，模型的应用会不断扩展，模型将会在模拟施工、模拟管理等方面发挥更大的作用。

水利工程信息模型的表达和应用必将不断丰富，越发精彩，为水利工程行业插上畅想的翅膀，展现飞跃式的发展。

5 结语

图12 从空箱沉井挡土墙模型中提取的工程量信息

近年来，建筑行业正全力推进BIM（建筑信息模型），把BIM 引入水利工程行业中是大势所趋。在房屋建筑行业，BIM 的应用不再是仅仅具备看看模型、检查一下空间关系这些表面功能，而是在思考拥有BIM 模型后，如何利用其为企业和社会创造更大的价值。

以水利工程行业咨询项目为突破口，将BIM 技术引入到水利工程行业中来，将是一个高效快速的发展捷径。试想一下，在我们的咨询报告中以三维模型的方式给出咨询意见，将会是一个多么准确清晰的表达手段，会更好地为交流和改进设计方案提供方便。

此外，在经过一段时间使用BIM技术后，很快就可以积累一定数量的水利工程模型，将这些建筑模型分类后即可形成相关的模型库，从而为加快推动三维设计在水利工程中的应用提供条件。