水利工程施工建设期BIM技术应用与研究

吝江峰，王海俊，陈蕾蕾

(江苏省水利勘测设计研究院有限公司， 江苏 扬州 225127)

建筑信息模型(building information modeling，简称“BIM”)技术是在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术。BIM具有直观可视性，能及时发现不同专业乃至多个单位在项目方案调整、决策、设计、实施等过程产生碰撞，协调多个专业和相关单位诉求，运用三维模型加项目的发展时间在招投标和施工阶段可以进行4D模拟等。推行BIM技术应用，发挥其可视化、虚拟化、协同管理、成本和进度控制等优势，将极大地提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平，减少返工浪费，有效缩短工期，提高工程质量和投资效益。

2014年10月上海市政府正式发布《关于本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》，2015年5月深圳市建筑工务署发布了全国首个政府公共工程BIM实施纲要和实施管理标准——《深圳市建筑工务署政府公共工程BIM应用实施纲要》和《深圳市建筑工务署BIM实施管理标准》。2018年1月住建部发布《建设信息模型施工应用标准》，2019年10中国水利水电勘测设计协会撰写《水利水电工程设计信息模型交付标准》发布实施，2020年8月江苏省水利设计院有限公司编制的江苏省地方标注《水利工程建筑信息模型设计规范》发布实施[1]。各地各行业各单位均在推动BIM的运用， BIM将会给国内建筑业带来一次巨大变革，水利行业开展三维BIM技术运用将是科技时代发展趋势。

近几年BIM技术优势得到建设方、设计方和施工方的认可，设计单位和施工企业相继成立自己的BIM中心和团队。但水利行业BIM应用案列较房建等其他行业少，施工建设期的BIM应用案例更少，如何在水利工程施工建设期充分应用BIM技术还亟需深入研究。本文结合新孟河延伸拓浚工程奔牛水利枢纽工程，采用Revit和Navisworks软件，研究分析水利工程施工建设期BIM应用流程，为BIM在水利工程中的深入应用提供参考与借鉴。

1 项目概况

新孟河延伸拓浚工程为国务院批复的《太湖流域水环境综合治理总体方案》中近期实施的重点工程之一，工程总长116.69 km，总投资105亿元。奔牛水利枢纽工程位于新孟河与京杭运河交汇处，具有引水、排涝、防洪、通航等综合功能。奔牛水利枢纽工程主要由船闸、节制闸、京杭运河立交地涵和孟九桥等部分组成船闸位于新孟河河道西侧，为Ⅵ级船闸，闸室有效长度为135 m×16 m×3.45 m(长×宽×坎上水深)，门槛高程-0.70 m(吴淞高程，下同)，采用门底输水方式，上卧式平面钢闸门，卷扬式启闭机启闭;节制闸位于新孟河河道东侧，建筑物等级2级，单孔，闸孔净宽16.0 m，底板面高程-0.70 m，上卧式平面钢闸门，卷扬式启闭机启闭;京杭运河立交地涵布置在新孟河入京杭运河口门东侧约210 m处，2级水工建筑物，设计引水流量565 m3/s，设计排涝流量为498 m3/s，钢筋混凝土现浇箱涵结构，单孔尺寸为8×6.5 m，共12孔，过水总面积为618 m2;九桥为赔建桥梁，共分2段，其中：跨船闸和节制闸段总长100 m，跨立交地涵引河段总长165 m，公路等级为3级，设计荷载等级为公路—Ⅱ级，桥面总宽10 m、净宽7 m，装配式预应力空心梁板结构，钻孔灌注桩基础。

船闸工程共划分为14个分部工程，324个单元工程；节制闸工程共划分为12个分部工程，180个单元工程；地涵工程共划分为18个分部工程，596个单元工程；桥梁工程按共划分为5个分部工程，214个单元工程。

2 BIM协同模式

奔牛水利枢纽工程包括船闸、节制闸、京杭运河立交地涵和孟九桥等主要建筑物，涉及水工、金属结构、房建、电气等多专业，各个专业技术人员需要共同参与协作完成。Revit中提供了项目工作集和链接文件2种协同模式。

在Revit中工作集将所有人的修改成果通过网络共享文件夹的方式保存在中央服务器上，并将他人修改的成果实时反馈给参与设计的用户，以便在设计时了解他人的修改和变更结果，工作集由项目经理在开始项目前设置完成，以确保所有用户具备相应的访问权限和修改权限。通过工作集可轻松实现同专业工作化整为零分配给多人工程完成，适合专业内部协同。

链接是将被的Revit文件链接到中心模型，配合使用Revit的碰撞检查功能完成构件间碰撞检查内容，适合专业间协同。可组建私有云或租用公共云将模型中心文件放在云平台，通过互联网实现异地访问、修改、建模与协同。

奔牛水利枢纽协同主要采用专业内部间工作集与专业之间链接相互结合的方式，依托企业内部的云平台实现异地或多地协同设计及技术服务，协同工作见图1所示。

图1 奔牛枢纽协同工作模式

3 模型建立及拆分原则

施工BIM模型与设计模型存在差异，需要考虑施工工艺、施工步骤等因素，对设计模型进行拆分或者重建。模型拆分过细会加大建模工程量、增加中心文件体量使Revit浏览、修改变得卡、顿；模型拆分过粗不能满足施工模拟、质量控制、施工管理要求。通常施工BIM模型拆分须按单元、清单、工序综合考虑拆分。考虑到奔牛枢纽模型较多，为轻量化Reivt模型构建和满足施工控制要求，经分析单元拆分满足施工模拟及控制要求[2-4]。《奔牛水利枢纽工程项目划分表(调) 》中部分单元工程名称及项目编码划分见图2所示。

图2 奔牛枢纽部分单元工程名称及项目编码划分

在Revit文件中是通过族文件导入的方式建立整体模型，奔牛枢纽项目涉及构件多，对应的族文件也多，为了方面族文件调整修改及管理，需要对族及实例建立一定的规则。奔牛枢纽族与族实例命名规则依据《水利工程建筑信息模型设计规范》DB32/T 3841-2020：分部_功能_材质_厚度，比如：闸首_垫层_C25_10cm;导航墙_垫层_C25_10cm；每个单元名称尽量为一个族文件，比如：地涵南侧2#东翼墙Φ70 cm劲性复合桩基础为一个相应族文件,如表1所示。

表1 奔牛枢纽族与族实例命名规则

4 信息的录入及提取

施工BIM应符合施工工艺要求，方便建设管理，为施工阶段全方位服务的信息模型。BIM模型只有关联相关信息才能为施工阶段服务。信息过多增加录入工程量，信息少不能有效为施工服务。经过分析设定 9 个参数：1)单元工程名称； 2)单元工程编号；3)计划开始时间； 4)计划完成时间；5)施工开始时间； 6)施工完成时间；7)质量检测信息； 8)施工责任人 ； 9)备注。单元工程名称和单元工程编号与奔牛水利枢纽工程项目单元划分表一一对应，计划开始时间、计划完成时间、施工开始时间、施工完成时间为施工进度和过程控制服务，质量检测信息便于掌控工程质量，施工责任人在施工质量出问题可以追溯。在Revit中通过设置项目参数与模型构件关联。

奔牛枢纽中总共有49个分部工程，1 314个单元工程，单元信息的录入和查询麻烦，本次通过Revit二次开发实现目参数与模型构件关联与提取。

Revit的应用程序编程接口(Application Program Interface 以下简称“API”)可用Visual Basic.NET、C#、以及C++/CLI等任何与.NET兼容的编程语言进行编程。Revit提供两种方式来扩展其功能：一种方式是创建一个外部命令(External Command)，这种方式由用户点击添加的命令按钮来启动二次开发生成的相应命令；另一种方式是添加一个外部应用(External Application)，即添加一个菜单或工具条，二次开发生成的插件在启动和关闭Revit时自动执行，经综合比较选用创建一个外部命令来实现构件信息的关联与获取。界面如图3～5所示。

图3 构件信息的关联与获取工具条

根据单元工程名称、单元工程编号、质量检测信息、施工责任人、备注简单条件查询获取所需构件信息；也可选择时间段(月、季)查询，可以查询时间段内计划完成单元、实际完成单元、提前完成单元、延期完成单元、提前开工单元、延期开工单元。查询完成后可以在众多模型中显示指定单元或全部单元，亦可导出数据进一步分析应用。通过二次开发在Revit中无需导出到第三方管理平台也可实现指定时间段内进行单元状态统计，获某一时间段计划完工、实际完工、计划开工、实际开工中的提前完工、延期完工等情况并以柱状图直观对比显示统计结果，方便对施工过程的管控。

通过Revit二次开发实现在Revit软件中将施工信息与模型构件关联管理，方便查询实时施工状态，全面掌握模型构件现有状态(工期、质量等)，从而实现在施工过程中对枢纽单元工程质量、进度等方面管控，施工结束后向业主提供包含施工信息的BIM运维模型。

5 施工模拟

基于 Revit 的可视化灵活性的特点，利用 BIM 技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型，可以实现施工方案的实时、交互和逼真模拟，进而对已有的施工方案进行验证，亦可根据现场条件和工程特点编制多种施工方案并进行对比优化得出最优方案[5-6]。

施工模拟主要借助Navisworks软件实现。先从Revit 软件中综合模型导出成.nwc 格式的文件，继而选择对应模型图元与施工进度数据关联，最后通过Navisworks软件中TimeLiner工具实现。虚拟施工模拟可以准确把控施工进度，优化使用资源和场地的合理的布置，对施工进度、资源统一的管理，有利于工期的缩短、成本的降低和质量的提高。避免了在施工过程中因为资源缺乏导致的项目的停工或施工的迟缓。有利于施工人员更有效的理解并施工，减少了因信息传递所出现的遗漏或误解，对施工进度的加快和项目质量的提升也是极好的，有利于项目组快速的决策。

图4 构件信息关联及结果

图5 构件信息查询窗体

TimeLiner工具还支持通过配置单元的开始外观、结束外观、提前完工外观、延后完工外观直观形象展示施工进度计划与实际进度计划的差异。有利于施工人员在施工过程中全局掌控工程施工进程，亦可以施工完成单元工程为边界条件合理安排未完工单元的施工模拟及安排。

6 结 论

本文以新孟河奔牛枢纽工程为例，详细分析施工模型建立标准、施工模型族命名规则，BIM模型拆分标准，并将施工时间、施工质量与BIM模型关联，编制Revit二次开发施工信息快速赋值与查询插件，从而实现在施工过程中对枢纽单元工程质量、进度管控，施工结束后提供包含施工信息的BIM模型，为BIM在水利工程中的深入应用提供参考与借鉴。