BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用

刘丽华

(江西省铅山县水利局，江西 铅山 34500)

BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用

刘丽华

(江西省铅山县水利局，江西 铅山 34500)

水利水电工程可视化仿真技术是对传统的采用文字或表格的形式来反映工程施工的创新，它是采用动画的形式，将整个工程的动态施工过程形象的演示出来，可以帮助施工人员准确掌握施工信息。近年来，随着我国水利事业额不断发展，出现了很多规模较大、难度较大的工程项目，由此可视化仿真技术的重要性也越来越凸显。建筑信息模型以取得项目中的关键信息为基础，从而建立建筑模型，然后通过数字信息依据真实的建筑构建出真实的信息，么么狗对现在的水利水电水电工程起到很好的帮助作用。文章针对水利水电行业的特点，探讨了BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用。

BIM技术；水利水电；可视化仿真；三维数字模型

0 前 言

随着科学技术的不断发展，现在已经步入信息化时代，而在水利水电行业，信息化技术也得到了很大程度的应用。随着计算机科学与技术的发展，系统仿真技术也逐渐形成，应用在水利水电工程也取得了显著的成效。传统的水利工程设计以CAD为主，这不利于水利施工人员了解工程方案，在一定程度上影响了信息的交换与共享。BIM技术作为可视化三维设计技术，可以有效分析工程的设计好管理，可以有效提高水利水电的工程施工质量。

1 BIM技术概述

建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础。来建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术是一种数字信息的应用，它不是将简单的数字信息进行集成，是在计算机辅助设计CAD技术基础上发展起来的技术，与传统的二维模式比较，BIM技术可以减少设计变更的次数，提升设计质量，提高建筑工程的工作效率，避免风险的产生。BIM技术具有可视化、协调性、模拟优化型以及可出图性等5大特点。从2DCAD过渡到以BIM技术为核心的多种建筑3DCAD，这将是未来计算机辅助建筑设计的发展趋势。BIM技术特有的优势是可以建立独立的工程数据信息，通过三维技术处理系统中出现的各种问题，从而实现各个工程项目之间数据的交流和共享[1]。

2 BIM技术在水利水电工程中的三方优势

目前BIM技术应用非常广泛，不仅在我国大面积的应用，在全球范围内也得到了很大程度的推广，现在很多的基础设施类工程也开始逐渐应用这一技术，下面探讨一下BIM技术在水利水电工程中的优势。

2.1 设计方优势

1)可视化交流，依托BIM软件进行三维建模,可以准确生成坝工程各部分剖面图,减少了传统二维设计中绘制剖面图的工作量,提高了设计工作效率。

2)联动化设计，在利用传统二维进行设计时,经常由于工作人员疏忽大意,会发生错误现象，BIM建模之后,可以将所有的视图、剖面以及三维图联动起来,无论是其中哪一处被更改和更新，其他也都会随之更改和更新[2]。

3)多专业协调，水电站设计中各专业的最新设计成果实时反映在同一BIM上,错误碰撞、交叉千扰的问题显而易见。

4)进行标准化设计，传统的二维设计对工程设计人员空间想象力会提出十分严格的要求，而且也没有一个十分统一的标准。应用BIM技术对工程设计人员的空间想象力要求并不是很严格，可以有效避免出现错误。

2.2 施工方优势

可以进行多维施工分析，通过BM系列软件建模,进行三维施工工况演示,与施工进度结合进行四维模拟建设,通过与概预算结合进行五维成本核算分析；读图的施工人员通过三维BIM技术，可以大大提高读图效率和读图的准确度，减少读图过程中可能遇到的障碍；应用BIM技术可以提高施工现场的管理水平，对于技术探讨和简单协同可以进行可视化操作，无需人工计算工程量，大大减少了工艺冲突的发生[3]。

2.3 运营方优势

在传统的技术中，需要人为进行施工竣工图的整理，这样很容易由于处理过程复杂以及工作冗杂出现错误，而应用BIM技术，可以自动的收集设计、施工各个环节的信息,可以有效提高效率,优化管理；通过BIM技术，可以更加优质、高效的管理资产以及空间，可视化进程与监控系统有机结合,大大节省人力、物力，实现成本的最小化。

3 可视化仿真中的三维数字模型构成

为了实现水利水电工程在施工过程中的动态模拟以及仿真信息等的功能，必须要建立一个三维数字模型。其中包括数字化地球模型、地形动态填挖、构建混凝土坝实体动态模型等等，为顺利实施水利水电工程提供很好的前提条件。

3.1 数字化地球模型

在三维数字模型中，数字地球模型是一个非常重要的组成部分，在水利水电施工过程中发挥着重要的作用，通常情况下是利用Civil3D的软件进行建立的。通过利用不规则的三角网络进行地形表面的表达，三角网络模型通过各个分散的地形点，按照一定的规则来形成三角网，从而绘制高低起伏的地形见图1[4]。

图1 数字地球模型

3.2 地形动态填挖

地形动态填挖是水利水电施工中十分重要的一个环节。在施工过程中，除了要考虑地形开挖，还要考虑到对局部地形的填筑。如果只有一个比较精确的原始地形曲面，这不足以演示实际施工过程。地形作为建筑物布置和施工活动的受体，一定要按照相关规定的步骤进行修改。首先要确定开挖建筑的设计曲面，然后利用放坡把设计曲面延伸到原始地形曲面，从而可以获得两个曲面的交线，最后利用原始地形曲面，沿相交线进行剪切，切除多余的填筑边坡交线，从而将原始地形与挖填设计曲面完美结合，形成一个新的地形曲面。

3.3 混凝土坝建模

土石坝分区示意图见图2。由于土坝坝体地面是不规则的曲面，因此可以采用Rhino实体建模技术来进行混凝土坝三维实体的可视化建模。首先要根据材料的不同以及功能的不同来区别不同的坝体，然后再进行土石坝分区的三维实体模型的绘制，然后组合起来形成整个大坝的模型。初次之外，还要注意每个分区要根据填料的供给情况和施工进度情况来划分填筑层，从而实现可视化仿真系统土坝的动态施工演示，从而得到土坝的最终效果图如图3所示。

4 BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用

1)地形处理仿真应用，BIM系统地形处理仿真可以利用特殊软件进行处理，创建出三维的地形曲面，可以清楚的绘制出地形地质的特征，将植被、河流等的数据整合变为实体模型。

2)实时动态仿真与施工进度管理，BIM系统中还有Navisworks软件，它可以导入各个模型设备，然后进行渲染和动态模拟分析。除此之外，还可以导入力学分析数据以及土方计算数据等等，从而来查询水利工程的施工情况以及地形道路的作业情况。

3)水利工程CAD建模应用，它尅为施工进度仿真、地形仿真、施工动画模拟提供实体模型，导入三维设计软件建立的模型。

在CAD建模应用中还要注意以下两点：要保证图纸与模型的实效性，因为在水利工程设计中图纸的变更次数比较多，因此必须做到明确图纸的实效性。除此之外，为了提高设计效率，工程项目部还要做到统一三维建模标准。

图2 土石坝分区示意图

图3 土石坝最终效果图

5 总 结

在建筑工程行业发展中，BIM三维建筑信息模型是一项非常关键而且核心的技术，在数据模型化、信息数据化中起着直观重要的作用，它打破了常规二维设计空间上的局限，为工程的数字化发展提供了技术支撑。水利事业不断发展，出现了越来越多的高难度工程项目，因此，必须明确可视化仿真技术在水利水电工程中的运用，从而提升水利水电工程的施工质量。

[1]冯旭.水利水电工程可视化仿真中 BIM 技术的应用分析[J].自动化与仪器仪表,2016(03):214-215.

[2]寇豫吉.基于BIM技术的水利水电工程施工的研究[J].科技尚品,2016(08):38.

[3]苗倩.基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真研究[D].天津：天津大学,2011.

[4]赵继伟,魏群,张国新，等.水利工程信息模型的构建及其应用[J].水利水电技术,2016,47(04):29-33.

[5]姜少伟,滕爱军,蔡兆虎，等.BIM技术在海洋工程可视化仿真中的应用[J].电脑迷,2017(01):131.

1007-7596(2017)10-0133-03

TP391.9；TV51

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2017-09-18

刘丽华(1971-)，女，江西上饶人，工程师，研究方向为水利水电工程。