BIM+GIS技术在水利枢纽工程全生命周期的应用

严沾谋，李希龙，王正清，孙正华，张 磊

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 概述

随着BIM技术的发展，尤其是BIM+GIS技术在交通、城市等行业规划中的应用[1- 2]，促进了BIM技术在水利水电工程的广泛应用[3- 5]，“BIM+”技术的应用，促进了水利工程的智慧建造[6]，但对于具有长距离输水等大场景特征的水利枢纽工程，BIM+GIS技术的应用较少，尤其是贯穿工程全生命周期的应用更少。

某水利枢纽工程由水库枢纽工程、右岸城市供水工程和左岸城乡供水及灌溉工程等组成。右岸城市供水工程由两级提水泵站及两条供水管道组成，输水干管总长9.38km。左岸城市供水及灌溉工程由三级提水泵站、三个支管加压泵站和灌溉输水渠、供水管道组成，灌溉渠道总长9.17km，供水干管总长13.48km，输水支管总长19.41km。鉴于该水利枢纽工程的复杂性，涵盖输水、供水及发电，管线特别长，输水供水干管和支管总长42.27km，在项目建议书、可行性研究、初步设计和施工图设计四个阶段应用BIM+GIS技术进行设计和出图，并利用已完成的BIM成果进行数字移交系统的开发与应用，使得工程质量和工期得到保障。

2 BIM+GIS技术应用

2.1 GIS技术应用

由于水利枢纽工程覆盖方圆几十公里范围，采用传统方法进行测量、规划和设计，不仅效率低，成本较高，而且质量不可控。为保障工程工期，提高工程建设质量，在项目建议书阶段，利用无人机航拍，基于BIM+GIS技术完成工程规划设计，如图1所示，大大提升了水利枢纽工程的规划设计效率和质量。

图1 水利枢纽工程规划局部图

同时在初步设计阶段，基于GIS技术对40多km长的输水供水干管和支管进行快速长距离管线布置，如图2所示，大大提升了输供水管线布置的精度和效率，节省了工程投资。

图2 基于GIS技术的管线布置

2.2 BIM技术应用

水利枢纽工程覆盖范围广，结构和设备管路布置复杂。采用传统平面图纸设计模式，将出现大量错漏碰现象，延误工程工期，降低工程质量，增加工程成本。为了避免采用传统设计方法带来的弊端，某水利枢纽工程在项目建议书、可行性研究、初步设计和施工图设计四个阶段应用BIM技术进行设计和出图。

在可行性研究阶段，利用CATIA软件强大的参数化及模板设计功能，快速进行坝型、坝址、厂房的多方案比选，大大提升了方案设计效率，并应用3DVIA Composer软件进行BIM展示汇报，提高了工程参建各方对各种设计方案的理解。

该水利枢纽工程以项目WBS为条件，创建设计产品结构树和枢纽全局骨架及专业局部骨架，在个人权限节点下，各层级的骨架将数十个专业的设计过程和结构有机整合为一体，在工程全生命阶段应用ENOVIA VPM协同平台和CATIA软件进行BIM协同设计，完成大体积异形结构的设计，如图3所示。同时，结合Revit软件在框架结构和管线设计的优势，采用Revit软件对厂房和泵房的框架结构和机电管线综合进行BIM设计和出图，如图4所示。最后应用BIM模型进行大坝应力应变、温控、稳定性三维有限元分析等，并输出三维图纸，反映结构空间关系和相对尺寸，比传统的平面图具有更强的可读性，提高工程图纸的理解性，如图5所示。

图3 土建异形结构BIM设计

图4 厂房结构及机电设备管线BIM设计

图5 主厂房机电设备三维布置图

图6 数字化移交系统工程全貌

图7 数字化移交系统机电管线综合

2.3 数字化移交技术应用

为了将BIM设计模型和各类施工、建设管理和运维数据关联起来，有效消除信息孤岛，充分挖掘BIM成果的应用价值，该水利枢纽工程基于B/S构架，并集成监测、监控等功能，完成水利枢纽工程数字化移交系统的开发，如图6和7所示，并应用于工程建设。该数字化移交系统采用浏览器直接打开，避免了BIM软件的安装，同时将三维模型与模型信息、图纸、报告等进行了关联，实现了工程项目信息化集成。数字化移交技术的应用，实现了BIM成果的实时动态交付，建立了参建各方的会商平台，提高了工程参建各方对项目的理解，充分实现了项目信息管理与共享，更好的用于指导工程施工建造，实现了项目质量、进度和成本的有效管控。

2.4 拟开展的BIM应用

该水利枢纽工程目前处于施工阶段，正在进行拱坝虚拟建造工作，下阶段拟开展数字化运维、数字化资产管理、安全事故应急管理等BIM技术应用工作，提高BIM模型的附加值，实现设计成果的价值最大化。

3 结语

鉴于水利枢纽工程结构布置复杂性和输水供水管线特别长等因素，某水利枢纽工程在工程全生命阶段应用BIM+GIS技术进行设计出图，并利用BIM成果完成数字移交系统的开发与应用，提高了工程质量，节省了工程投资，保障了工程工期，为BIM+GIS技术在具有大场景特点的水利、电力、交通、市政等项目的应用提供了有价值的参考。