BIM技术在水闸建模中的应用

罗春艳 孙惠 卢志伟

1.吉林农业科技学院 2.吉林省航道管理局

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是建筑学、工程学及土木工程的新工具。它以建筑工程项目的各项相关信息为基础，通过先进的信息化建模手段，创建建筑物各方面完整的三维数字模型[1]。BIM技术在建筑行业应用已经比较成熟，但由于水工建筑物体积庞大、结构复杂、地形地貌也没有规律，很多BIM技术在建筑领域的研究成果并不完全适用于水利工程设计[2]。不过目前国内涌现出许多水利行业BIM应用的成功案例，且应用的范围和深度也在逐步扩展，可以说，对于越是结构复杂、多专业协调性弱、施工难度大的工程建设中应用BIM技术，越是能体现BIM的价值。本文应用REVIT 软件创建了水闸的建筑模型，为REVIT 在水工建筑物的应用研究提供参考。

1 BIM 技术在水利工程应用的特点

1.1 可视化性

水利工程在施工过程中需要有设计图和施工图，目前绘制图纸都是二维图纸，不同工作人员的三维想象能力差异可能在一定程度上会影响图纸识读。通过BIM技术可以构建三维模型，工作人员可依据三维模型更直观地分析工程，发现设计中存在的问题并及时处理。

1.2 协调性

一个水利工程的顺利完成需要设计、施工、监理单位等各单位的共同参与，不同单位在合作过程中会遇到各种问题，协调工作量很大。通过BIM技术可以保证参建各方及时掌握工程信息，减少设计、施工过程中沟通不及时产生的问题。

1.3 优化性与模拟性

与建筑工程相比，水利工程选址地形一般更为复杂，且地质条件更为多变，通过合理使用BIM技术，可以构建水利工程三维模型，利用模型数据的动态关联，可以实时调整更新数据，并以三维模型体现。通过统计分析功能，可以完成不同方案的分析比较，选择最优设计、施工方案。此外，可以针对工程进行施工模拟，根据模拟反馈数据，采取相应措施，减少实际施工过程中出现的问题，结合造价控制，实现成本控制。

1.4 参数化建模

虽然水利工程与建筑工程相比，结构更为不规则，但都可以通过REVIT 软件构建各部分模型。可以通过构建族库的方法加快模型创建速度。应用时，只需要修改“族”的尺寸参数，就可以快速生成模型，如挡土墙、护坡等。

1.5 快速计算工程量

BIM技术可以快速分类计算不同构件的工程量，并且精准度高，不存在重复计算、漏算的现象[3]。计算机可以根据构件自身参数化数据信息、几何数据信息、物理数据信息识别构件种类，统计工程量信息。如不同标号混凝土工程量、钢筋工程量等。同时，可以将不同的设计方案成本反馈给设计单位，方便控制工程造价。若已构建三维模型，发生设计修改、变更时，更改部分的构件工程量随之变化，有利于设计、施工人员及时掌握变更信息。

2 水闸族库创建

水闸由上游连接段、闸室、下游连接段组成。上游连接段主要作用是引导水流平顺进入闸室，同时具有防冲、防渗的作用，下游连接段的主要作用是消能并将水流与下游河床相连，避免发生不利冲刷[4]。基于REVIT 软件自带族样板，运用拉伸、旋转、融合、放样、空心形状等命令，创建上游护底、护坡、翼墙、闸底板、闸墩、下游翼墙、护底、护坡、护坦、海漫、防冲槽族，创建水闸族库。

以护坡族为例，讲解族绘制方法。（1）族文件创建：首先在应用程序菜单中→新建→族→基于线的公制常规模型→打开。（2）单击快捷菜单保存→选择保存位置→新建文件夹，水闸族库→双击水闸族库→输入文件名：护坡族→打开“选项”→设置最大备份数→确定→保存→返回族编辑界面。（3）几何图形绘制：工作平面创建。创建→“工作平面：设置”→“指定新的各种平面：参照平面左：左”→确定→“转到视图：立面”：左→打开视图。在视图建立相应参照平面及参照线。参数设置。单击“注释→尺寸标注：对齐”，给各标注赋予参数：选择一个标注→“选项栏：标签”→添加参数，给标注命名，如坡肩宽度。创建护坡断面形状：拉伸→“绘制：直线”→绘制。注意绘制完成后要将各线段与相应参照对齐锁定。（4）调试。修改→属性→族类型，调整尺寸参数数值，如各参数均能驱动几何图形变化，说明创建成功，如弹出错误对话框，则按提示进行修改。（5）长度关联。转到参照标高视图，将绘制的几何图形左右两侧分别与左右参照平面对齐锁定。（6）创建垫层形状。为避免创建的几何体对后续操作产生影响，可以将绘制护坡体隐藏。垫层形状创建步骤与护坡形状创建步骤类似，在此不再赘述。（7）材质设定。选择护坡图形，属性→材质→添加参数→选择材质→确定。（8）垫层可见性设置。属性→“图形：可见”→“右侧按钮：关联参数”→添加参数→确定→“参数数据：名称输入垫层是否可见”→确定。（9）建立族类型。单击修改→属性→族类型，弹出族类型对话框，单击“新建”，输入有垫层护坡，点击“确定”，注意，此时族类型对话框中“其他”选项中“垫层是否可见”为可选择状态，单击应用，即完成一个族类型的创建。其他构建的族创建过程与护坡族类似，完成所有构建族的绘制，即完成水闸族库创建。

3 BIM 水闸三维模型构建

水闸三维模型构建需要将各构件有序拼接成为一个整体，以闸墩为例，讲解闸墩构建参数化模型方法。（1）新建项目。应用程序菜单中→新建→项目，选择适用样板文件，进入项目编辑页面。（2）绘制标高、轴网。由于水闸结构组成多，为方便定位，还需要绘制参照平面。（3）载入族文件。选择视图，绘制参照平面所在平面名称，如，水0.00→插入选项卡，载入族→选择水闸族库文件夹中相应的族文件，如闸墩→打开。（4）创建闸墩参数化模型。在项目浏览器，常规模型中，选中插入的闸墩族，右键→创建实例→修改/放置构件，放置在面上，选择放置的面，根据具体要求选择是否放置后旋转以及旋转角度，结合平面图纸中参照面位置，锁定闸墩放置的位置。创建实体时，一定要注意放置构件在平面和立面的位置，可以结合二维图纸和三维图形共同判断。其他构建参数化建模过程与闸墩类似，如涉及需要修改构建尺寸时，根据标高、轴网、参照平面的定位，在项目中载入族，并拉伸至要求尺寸。可以运用对齐、偏移、镜像、移动、复制、修改、旋转、阵列等命令完成水闸三维模型构建。若涉及不同构件连接处的修剪问题，可以通过创建零件、排除零件的方式进行修改，最终完成水闸三维模型构建。

4 结语

利用BIM技术可以构建三维模型，并通过模型可以查询参数信息。在设计过程中，涉及不同专业设计时，能够发现设计中的问题，且通过工程量清单可以有效控制造价。在施工过程中，可以帮助确定合理施工方案，优化施工组织设计，控制施工成本，保证工程按时高质量完成。通过建立水闸族库，可以加快水闸的信息化模型创建，推进我国水利工程的信息化应用进程。