基于BIM技术的水利工程三维设计路径

◎李海圣 广东珠荣工程设计有限公司

BIM全称为Building Information Modeling，指的是建筑信息模型，该技术以三维数字技术为基础，并将建筑工程项目各相关信息融入其中，以立体化方式呈现建筑施工各个环节，实现建筑施工各个部门的信息共享和整合。通过该技术的应用，有效实现了工程信息在施工、设计、运营、规划等个环节中的高效利用，相比较传统施工方式更具协同性、模拟性、可视性。水利工程作为我国民生工程的重要组成部分，施工建设包含诸多环节，既需要对地形、地质、水文予以勘测，又需要结合具体情况进行施工环节设计，借助BIM技术则能够实现各部门的良好配合，将其应用到水利工程设计之中能够达到水利工程更好建设的推进。

1.BIM技术标准

截止到目前为止，我国就BIM标准共计实施四部标准，即：《建筑信息模型应用统一标准》《建筑信息模型分类和编码标准》《建筑信息模型施工应用标准》《建筑信息模型设计交付标准》，这都为BIM技术标准的建立提供了强有力支撑。依照此标准框架，BIM技术标准可以分为三个层次，第一层次是基础数据标准，主要就BIM技术应用中的基础数据予以规范；第二个层次为编码标准和模型存储标准，主要是就BIMI技术中的编码格式、存储方式、相应数据等进行规定。第三层次为执行标准，也是就BIM技术执行过程中设计到的规范和标准。

2.三维协同设计优势

借助BIM技术进行三维协同设计应用，具有其他技术所不具有的优势和特点。首先，通过BIM技术三维协同设计的应用，解决了沟通的瓶颈和障碍，让信息孤岛不再存在，实现了各个部门之间的协同合作，达到了互相促进、互相监督的良性循环沟通效果。

其次，通过BIM技术三维协同设计的应用，让传统的工程设计向着三维化、立体化、数字化方向发展，实现了信息的同步更新和递进，有效实现了设计人员工作量的节省，极大程度提升工程设计效率和质量，也让设计人员拥有更多时间进行高层次设计优化和创新。

第三，通过BIM技术三维协同设计的应用，让诸多与设计有关的资料放置于系统之中，这都让资料有了可追溯性和溯源性，保证工程施工建设的各个环节都能够就原始数据予以调取和使用，这都极大程度保证了工程设计的准确性和数据的可累计性。

3.基于BIM技术的水利工程三维设计路径

3.1 水工三维模型及工程量统计

水工三维模型构建过程中，需要注意对结构予以划分，并结合结构的共性进行参数化草图的构建，同时进行族库模板设计，模板设计是模型设计的重要基础，可以通过模板参数的修改进行模型参数的调整。模板构建之后可以应用到不同水利工程设计之中，能够减少模型设计所需要花费的时间。Inventor、Revi都是进行模型构建的重要软件，并可以将实体数据录入系统，所构建的模型就是工程未来建成之型，且可以直接查询模型属性信息。利用Civil 3D可以对放坡和道路装配功能进行图形绘制，在基础开挖、回填以及渠道、道路等设计方面具有突出表现，并能够计算土方开挖量和回填量。

3.2 二维工程图

水利工程从可行性研究到施工阶段均需要出具大量二维工程图，传统工程图都是通过CAD绘制，这让二维图之间的关联性难以直观看出，工程设计中存在的问题不易察觉，并可能因为工程量的变化而需要随时进行重新绘图。通过BIM技术则可以直接剖切生成二维图，二维图之间的联系都能够通过直观方式看到，在进行三维模型修改之后，二维模型也能够随之进行改变和调整，不需重新进行二维图的绘制。

Inventor和Revit软件就工程图设计模块进行设置，“样式和标准编辑器”的应用则可以设计符合要求的工程图样式，录入相应信息之后则能够快速生成符合标准的二维工程图。BIM技术的应用在二维剖面图基础上增加三维轴测图，这都能够让人更为直观地看到设计成图。

3.3 枢纽整合布置

水利工程施工前需要进行多方案设计，并就不同方案进行比较，在比较基础上选定更好的施工方式。比如坝线比较、正常蓄水位比较、计组台数比较、坝型比较、枢纽布置比较等都是其中重要组成部分。通过BIM技术的应用则能够让不同施工方案进行综合对比，以尽可能直观的方式呈现设计效果，以实现更好对比效果。

骨架搭建作为枢纽布置设计精髓，在枢纽整合之前先由牵头专业进行整体骨架设计，骨架设计沿枢纽轴线建立而成，为三维设计整合建立骨架基础。为了更快、更好完成三维设计整合，需要各部门结合各部门专业进行BIM模型设计，并由负责牵头专业将模型与整体骨架装配起来，再与地质三维模型共同导入到Navisworks软件 进行枢纽整合，并就整合之后的三维模型进行校准、检测。导入到Navisworks软件的整合装配模型，包括了审阅、测量、标注等多参数化设计和数据，各个部门都能够结合需要进行使用。

3.4 数值计算仿真

依照当前所使用的主流BIM软件来看，都与ANSYS、ABAQUS等大型有限元软件进行了数据对接，通过Inventor软件进行建模，可以实现一键导入到ANSYS Workbench软件，并进行有限元网格和计算。得到计算结果之后再将数据导入到《水工三维配筋软件》中进行配筋，所得结果可以直接进行CAD图纸转化，这样便实现了一键建模，使用一套模型便能够完成配筋、数据录入、数据设计、分析等多工作，无需在其他软件中重新进行有限元计算，实现了设计流程的简化。

3.5 三维钢筋图

三维钢筋图是水利工程三维设计中的重要内容，且费时费力，并要求较高精准度。在进行钢筋图设计时候，则可以采用《水工三维配筋软件》导入到BIM软件，并生成 .sat格式文件，在三维结构上直接进行钢筋模型的创建。同时可以借助剖面的切取直接生成钢筋详图和信息表，简化三维设计图设计量的同时，也让钢筋图设计更为直观。后续模型结构发生变化，不会影响已经布设的钢筋，则只需要在模型中进行结构变动即可。如果涉及到三维图的编辑调整，二维图也能够直接进行调整位置的记录。

3.6 虚拟展示

水利工程三维设计完成之后，则可以通过BIM技术将周边建筑、树木绿植、场地信息等进行信息录入或提取，在InfraWorks软件中就真实场景予以还原，并将整合后的整体枢纽导入InfraWorks，与场地模型融合在一起，这样便能够就成图进行对比。此过程借助VR技术的应用，还能够直接进行三维可视化浏览，并通过不同天气、场景的切换实现多场景三维浏览效果，更为逼真还原完建场景。

4.结束语

科学技术的进步和发展推动水利工程设计和施工向着更高层次迈进，将先进技术引入到水利工程设计中来，才能真正让水利工程实现民生之保障，才能为水利工程施工建设提供坚实基础。BIM技术与水利工程的结合，需要做好三维模型和工程量统计，不可忽视二维工程图的绘制，做好枢纽整合布置，提升数值计算准确度，做好虚拟展示，让水利工程设计在BIM技术应用下达到更好的设计效果。