BIM技术在猴子岩电站尾水闸室设计中的应用

蔡 庆， 黄 志 澎， 文 伏 灵

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

水电站设计枢纽布置错综复杂，水工隧洞、交通隧洞纵横交错。各个专业之间交叉较多，容易出现错、漏、碰、缺等现象。BIM设计多用于前期设计阶段，主要表现建筑物之间的相互关系，以及整体枢纽布置方案的整体性[1]。

但设计至技施阶段，为清楚表达建筑物结构，现有的设计成果大多以平面、剖面图纸表达，尤其塔体钢筋图，配筋复杂，钢筋图绘制费工费时。且塔体结构多背靠基岩，后边坡与侧向边坡经常存在超欠挖现象。优化回填混凝土体型，实现根据开挖地形实时更新，也将是决定电站建设经济性的重要因素。本文基于CAITA三维设计软件，重点研究施工图阶段水工模型的三维建模及出图方式，为设计人员提高工作效率、节省时间最终实现设计方案实时动态调整奠定基础。

2 模型建立

结构模型建立主要依靠CAITA三维建模的基本功能，以点、线、面体分别控制，形成规则的建模体系。

2.1 尾水出口总体模型

猴子岩尾水闸室位于尾水隧洞出口，主要由1#闸室、2#闸室、出口底板、出口护坡以及回填混凝土几大部分组成。建模时要求规范模型树，做到随时可查可改。

2.2 单体闸室结构模型

两座闸室结构形式基本相同，在单个闸室体系中，可将二期混凝土，检修T型梁、通气孔、电缆沟等细部结构建立清晰，在和机电起闸专业对接交叉时，表达直观简单，有效提高了工作效率。

图1 猴子岩尾水出口闸室模型

图2 单体尾水闸室模型

2.3 单体闸室钢筋模型

钢筋模型采用由成勘院基于CAITA平台2次开发的HydroRebar程序[2]，该程序主要依据《水工混凝土结构设计规范》(DL-T 5057-2009)，对不同结构的配筋要求，如保护层厚度、锚固长度、钢筋等级、钢筋直径、以及钢筋弯起等做了充分考虑，实现钢筋模型建模立体化，可视化。

同结构模型一样，需做好钢筋模型树的整理，对不同高程、不同方向的钢筋按照配筋序号进行整理，最终形成可查可改的动态钢筋模型。

图3 钢筋模型示意图

准确建模后，可在catia界面中直接量取结构工程量以及钢筋工程量，同时可生成钢筋表，供后续出图使用。

3 三维出图

3.1 三维轴测图出图方式

由于现场施工情况还不具备模型交付的外部条件，因此设计成果的表达仍然要依靠图纸。

传统的出图方式主要是依赖平剖面，步骤繁琐，尤其是钢筋图，设计人员容易出现平剖面钢筋无法对应，钢筋表数漏钢筋的情况，往往需反复校审修改，影响设计进度。

CATIA三维出图方式主要依靠已建立的钢筋模型，将已有的闸室结构分为若干部分，并按照不同的钢筋配布方向，直接以清晰简单的轴测图形式表达，利用cad中的ucs局部坐标命令，可清晰的指定文字和尺寸的标注方向。

对比较复杂的断面，可考虑用剖视图进行补充。其余的图签、说明等要素按相关制图标准执行。

图4 三维钢筋轴测图出图方式示意

3.2 钢筋表生成

钢筋表可由CAITA直接生成，只要对字体及表格大小稍作调整，即可形成完整的钢筋表。

4 建筑物优化及调整

由于洞室出口基岩边坡开挖难以准确控制，普遍存在超挖及欠挖现象，因此根据实际开挖地形对模型进行动态调整，从而优化回填混凝土工程量，也是BIM技术的重大优势。

由图6和图7可见，将实际开挖测量地形导入catia中，形成简单的局部GIS系统，可清楚的反应超欠挖现象，以此为依据，对两闸室之间的回填混凝土体型进行了优化，且有效的增大了闸室顶部的作业面积。最终优化混凝土2 700 m3。

图5 钢筋表示意

图6 闸室出口原设计方案

图7 根据实际开挖地形优化后

5 结 语

水电站枢纽系统结构复杂，开挖过程中超挖现象普遍，因此，在猴子岩尾水闸室设计中，采用BIM正向设计，进行三维出图，直观表达了塔体结构及配筋布置，有效提高了工作效率；同时结合GIS系统，可根据现场开挖情况动态更新设计方案，优化塔体两侧回填混凝土工程量。通过CATIA平台对猴子岩尾水出口闸室进行三维正向设计，形成了完整的BIM模型设计链条，模型中涵盖了结构尺寸、材料、工程量的重要信息；同时，探索了三维出图的全新方式，为提高设计人员生产效率，实现水工结构动态调整优化，节省了工程投资造价。