大型钢管倒虹吸BIM建模方法研究及应用
2021-07-30侯宏基
侯宏基 孙 凯
（1.中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032；2.华北水利水电大学，河南 郑州 450011）
Building Information Modeling，即建筑信息化模型，其融合了工程学、建筑学以及土木工程等学科的思维与方法，是建筑工程与计算机学科交叉的产物，建筑信息化模型可以直观地看出设计者的设计意图，直接计算出结构的工程量，展示结构的相关数据，这是CAD时代无法做到的。
常用的BIM软件有Revit、Tekla、Bentley、广联达BIM等。虽然BIM早已进入国内市场，在各个工程领域都可以看到建筑信息化的身影[1]，相较于其他领域而言，BIM在水利方面的应用就显得较为匮乏。本文基于BIM可视化、协同化、模拟化的特点在结合水利工程特点以及分析各个BIM建模软件的基础上，以某大型钢管倒虹吸工程为案例，建立了BIM快速建模的流程，结合了施工模拟的应用，加强了BIM技术在水利工程方面的应用，可为类似工程提供借鉴。
1 BIM技术在大型钢管倒虹吸应用的特点
1.1 参数化建模
大型钢管倒虹吸不像工业与民用建筑那么规整，其结构更为不规则，这就造成了大型钢管倒虹吸参数化建模更为复杂的局面，但是可以通过构建参数化族的方法来减少一定的重复性劳动，在将参数化族应用到具体的项目时仅需改动相关参数即可快速生成模型。Revit软件中，三维视图以及各种平面视图都是依赖同一个建筑信息化模型的数据库，通过参数化建模，只要在某一视图中修改参数，所有视图中的参数都会随之发生变化，达到牵一发而动全身的效果。
1.2 可视化性
BIM可视化可以让设计者提前发现设计中的缺陷与错误，降低施工成本，加快施工进度。BIM可视化突破了传统CAD时代的图纸限制，大大提高了施工图检查的精确度与效率，此外BIM可视化技术也运用到了碰撞检查等方面，在BIM的结构设计中，往往由于多个设计师在二维平面设计图的项目信息传递时产生误差，从而产生结构之间的碰撞问题。在具体工程中例如管线相交或者管线之间的距离小于设定公差都可以定义为碰撞，而BIM软件的碰撞检查等功能可以将碰撞部位都给检查出来，从而优化施工方案，减少返工。
1.3 优化性
可以通过BIM软件来进行结构设计优化，施工过程模拟优化。比如可以在BIM软件中进行多种施工方案的模拟来优化施工方案[2]。在项目的运维阶段也可利用BIM数据来去优化运维，减少开支。
2 大型钢管倒虹吸建模方法
2.1 参数化镇墩建模方法
第一步首先依据镇墩的特点选择自适应公制常规模型样板文件来创建族文件。创建相应的参考平面，添加几何尺寸的约束与参数，具体参数有上下游墩顶高度，底板的长宽，镇墩中心顶点高度。在绘制过程中可选择左右立面来绘制剖面，然后选择拉伸指令依据镇墩的宽度进行拉伸放样。参数化镇墩建模效果如图1、图2所示。
图1 镇墩效果图
图2 镇墩参数设置
2.2 承台与压力钢管加劲环建模方法
这部分组成较为复杂，可分为承台部分与压力钢管加劲环部分。承台部分可先在左右立面绘制出剖面图，然后依据承台宽度进行拉伸形成三维实体。需要注意的是承台是变截面实体，需要在每节压力管道下方进行剪切，推荐使用空心拉伸来剪切实体。压力钢管加劲环部分推荐在前后视图绘制剖面形状然后进行拉伸创建，再在左右视图中空心拉伸来进行剪切实体。
2.3 排水沟建模方法
由于在项目中排水沟较长而且排水沟的方向略有不同，在此推荐构建排水沟的轮廓族，在放样中绘制排水沟的路径以及选择轮廓即可完成排水沟的建模。
图3 压力钢管的吊装
3 钢管倒虹吸BIM在工程中的应用
模拟施工是利用计算机软件对施工方案进行模拟，从而对原本的施工方案进行纠错、改进和优化[3]。建筑信息模型是模拟施工的关键组件，是对传统方法的改进。模拟施工的流程首先是需要对目标项目进行BIM建模，建筑信息化模型是虚拟施工的基础。然后是对虚拟施工环境的安装，其次是定义运动关系以及设定运动顺序，根据施工过程的模拟进行结果分析，寻找最优的施工方案。
三维可视化交底也是应用的另一方面，相较于传统技术交底的单调乏味，三维可视化交底更加生动形象，使得被交底人能够对内容有更加深刻的认知，降低因交底不充分而造成的施工风险。三维可视化交底将具体的施工方法以及技术要求，通过三维软件模拟出具体的施工现场，让被交底人员迅速掌握施工要领。
由于建筑信息模型包含了结构的工程量，因此BIM也可以用来统计工程量，生成工程量清单[4]。根据所需要的工程条件筛选出所需要的工程信息，BIM软件即可自动计算出各种工程量，并生成相应的报表。BIM技术也可应用在成本控制方面[5]，具体可分为在施工前期的成本规划，施工过程的成本控制，以及竣工验收时的成本控制。
4 结论与讨论
根据大型钢管倒虹吸物的特点对其进行参数化建模，可大幅提高设计者的工作效率，在施工过程中也可以根据计算机模拟施工来控制成本，降低风险。通过利用BIM技术可以改善传统水工项目存在的问题，比如信息流通率低，交底效果差，工程质量监管困难等。利用BIM的参数化、可视化、协调性以及可优化性，工程人员可以更好地了解水工项目建设的过程，大幅提高工作效率。
