基于《水工建筑物设计与水利工程管理》分析BIM技术在水利工程建筑设计中的应用

于海涛

随着我国经济和社会的发展，水利工程已成为我国内陆沿河城市发展的重要基础工程。为了提高水利工程建筑设计水平，相关设计人员可在水利工程建筑设计中运用BIM技术以及模型构建的方式，对水利工程建筑设计效果进行综合评估，并且在模型中直观地对各项参数进行修改，以提高水利工程建筑设计的效果。由贾艳霞、樊振华、赵洪志主编，中国石化出版社出版的《水工建筑物设计与水利工程管理》一书，根据水工建筑物设计和水利工程管理的各项政策和规定，并结合实际工程实践和管理经验进行编写。书中包含大量的实例内容，具有一定实用性和指导性。

贾艳霞，樊振华，赵洪志 主编中国石化出版社出版

《水工建筑物设计与水利工程管理》由十五章组成。第一章介绍了水工建筑物基础内容。第二章探讨了混凝土重力坝的设计。第三章讲解了土石坝的设计。第四章介绍了河岸溢洪道设计的相关内容。第五章的主要内容为设计水闸时的注意事项。第六章介绍了水工隧洞的设计。第七章阐述了渠道与渠系建筑物的设计原则。第八章至第十章对水利工程管理的基础知识进行了详细解读，包括水工建筑物的检查观测、水库的运用与管理等。第十一章至第十五章对土石坝、混凝土坝、浆砌石坝、水闸、渠系建筑物、水电站建筑物的养护和修理进行了详细说明。

水利工程建筑设计过程中对于设计参数要求非常高，如果没有采取有效的方式提高水利工程建筑设计效果，就会影响水利工程的安全性以及运行稳定性。随着BIM技术的应用和发展，设计人员可以解决传统设计中存在的难点问题，以满足设计参数的要求。BIM技术的优势主要有以下几点：

首先，BIM技术具有可视性。传统的水利工程建筑设计图是二维图纸，无法达到可视化的要求。虽然当前有很多设计软件、先进技术应用到实践中，很多水利工程建筑模型、样板被人们正常使用，工程人员依然会利用图样元素制作成为三维立体模型。这种模型比传统二维图纸更加直观，但不是自动生成的，不同结构之间的联系也不紧密。在BIM技术研发和应用后，设计人员可以完整地掌握水利工程建筑的各项数据信息，达到可视化的要求，真正了解各个结构存在的关系，还能够掌握内部结构组成，让设计、施工管理等各个环节人员可以保持良好沟通，实现可视化建设。

其次，BIM技术具有协调性。水利工程建筑工程规模较大，且涉及的专业较多，协调性是保证项目顺利实施的基础条件，因此通过BIM技术能够实现各环节、各部门的协调。传统水利工程建筑设计在很多情况下会因沟通不良而导致现场施工无法继续进行，为了避免发生这些问题，相关人员需要做好准备工作，保证各专业人员相互协作，利用BIM技术即可达协调处理各个方面的关系，保证数据更具准确性。

最后，BIM技术具有模拟功能。BIM技术具备模拟功能，这是以往水利工程建筑设计技术所不具备的，主要作用是通过该技术进行水利工程建筑结构的模拟分析，可以将水利工程建筑直观地模拟并显示出来，展示给各个环节的技术人员，保证水利工程建筑设计达到科学性与合理性的要求。同时，设计人员还可应用BIM技术进行5D模拟分析，实现成本管控，避免出现水利工程建设项目超预算的问题。

传统水利工程建筑设计存在效率低、成本高、周期长等一系列问题，制约了水利工程建筑设计水平的提高。该书充分考虑这一情况，对于水工建筑物的设计提出了独到的见解。作者认为，BIM技术在现代水利工程设计中的应用，标志着水利工程设计理念转型的开始，合理充分地运用BIM技术，能够有效提升水利工程设计效率。同时，随着大数据技术的日益成熟，设计人员可对水利工程建筑工程结构的BIM模型进行实时在线分析，从而准确定位水利工程设计中存在的问题，给出具有可行性的优化建议，使水利工程建筑工程结构设计更加智能化、科学化。对于BIM技术在水利工程设计中的应用，具体体现在以下几点：

第一，设计人员可以使用BIM技术进行前期设计，并对水利工程建筑实现动态化设计。在水利工程建筑设计的在不同环节的作用也会有明显差异。该书对此用部分章节进行说明，在概念设计时，BIM技术可以展现出水利工程建筑结构的创新设计方案，实现水利工程建筑面积划分、体形系数分析、商业价值分析等各方面数据分析，保证数据达到精度要求；在水利工程建筑方案设计环节，通过BIM技术能够保证水利工程建筑方案设计顺利进行，准确处理各项复杂数据，让水利工程建筑方案更具科学性；在施工图设计环节，BIM技术将复杂的水利工程建筑结构转变为更加简单的结构形式，直接通过设计图纸进行展示，让相关人员可以实现可视化分析，进而提高前期设计水平，确保水利工程建筑设计方案符合工程的实际需要。BIM技术应用于水利工程建筑动态化设计中，可以更好地保证各项基础信息的准确收集和掌握，进而实现方案的优化设计，保证水利工程建筑设计方案达到动态化监控的标准。在具体的施工环节，根据工程施工的需要构建动态化模型，然后将信息输入到模型内，根据工程施工管理需要做好进度控制，及时发现存在的问题并作出相应调整，让项目进度和计划达到一致性的要求，使项目建设趋于完善，提高水利工程总体运行效果。

第二，设计人员可以使用BIM技术对水利工程建筑结构与现场进行分析，以实现水利工程建筑的可持续发展。在BIM技术应用之后，技术人员可以进行现场的环境、地质条件等多个因素的综合分析，然后应用3D技术直接反映出来。该书在第五章及第七章对BIM的建模功能进行了详细介绍，BIM技术可以与其他技术在水利工程建筑结构的设计中综合应用，这样可以保证水利工程建筑的结构设计中避免可能出现的隐患和问题，以达到安全标准。同时，BIM技术还可以实现全面的模拟与分析，保证结构设计更具科学性与合理性，以保证建筑结构性能符合要求。设计人员可以在设计过程中以BIM技术为基础，分析发现结构设计的问题与不足，并作出相应调整，使整个水利工程建筑结构设计效果得到有效提升。为了进一步提高水利工程的运行效率和使用年限，设计人员在进行水利工程建筑工程项目的设计时，需要将可持续发展的理念融入其中。通过BIM技术，可以实现水利工程建筑定位与控制，明确具体的施工方案、具体构造，然后确定合适的立体化模型，进而可以发现存在的问题，降低能耗与污染，提高水利工程总体运行效果。该书对于水利工程建筑的可持续发展提供了多个实际案例供读者学习，例如倒虹吸管及涵管的多次维护使用、渡槽病害的处理等。

第三，设计人员可以将BIM技术应用于图纸设计，并用于各专业间的协调设计。从上文的论述中可以发现，设计人员可以运用BIM技术来创建水利工程建筑的三维模型。这一技术不仅可以让设计人员随时掌握和了解水利工程建筑结构的特点，也可以通过建模更加生动形象地展示在设计人员和施工等技术人员面前，如果存在不合理的部分，可以在经过探讨和协商之后及时作出调整。同时，BIM技术能够消除传统图纸设计的问题，达到可视化的要求，明确技术要点，使项目建设顺利进行。根据当前水利工程建筑领域具体状况分析发现，设计方、施工方、监理方之间的协调采用的主要是传统模式，即多方围绕纸质图纸进行探讨，然后才能确定水利工程建筑设计图纸的成版蓝图。将BIM应用于这一过程中，可以通过三维模型方式展示出设计方案，进而准确地进行设计方案的调整和控制，保证各个环节达到协调性的要求。此外，设计方、施工方、监理方还可以采用预先协调的方式进行讨论。在实际工作中，设计人员通常利用BIM技术将水利工程建筑设计进行建模，在内部和外部共同审校完毕、确认无误之后，再输出二维图纸，可以一次性完成整个结构设计，保证水利工程建筑设计的质量满足要求。通过专业协调功能的使用，让水利工程建筑施工各个环节的工作顺利开展，提高施工效率与质量。

第四，BIM技术可以用于对水利环境的模拟，例如室外风环境模拟、室内自然通风模拟、室内采光模拟等。水利工程建筑方案的节能设计环节，需要尽量使用自然风进行室内环境的降温，此时可以通过BIM技术实现对水利工程建筑设计方案的确定。水利工程建筑通常规模较大，其内部的通风系统的能耗非常大，所以目前水利工程建筑设计人员非常重视水利建筑的节能技术。在水利工程建筑的室内自然通风系统中，其运行状况将给室内环境产生直接的影响。从这个角度出发，设计人员在水利工程建筑通风系统的设计方案确定环节，可以运用BIM技术对水利工程建筑室内通风及逆行进行模拟分析，并根据模拟结果更好地实现优化设计，尽可能保证自然风可以发挥应有的作用，降低水利工程建筑能耗，提高运行效果。如果自然风循环系统对于建筑内部的通风性能帮助较小，还需要设立新风系统。同理，不仅是通风系统设计可以运用BIM技术，传统水利工程建筑进行室内采光设计时同样可以运用BIM技术进行建模。设计人员在设计时通常需要综合分析周边水利工程建筑结构、朝向等方面的因素，工序复杂性较高，计算工作量也很大。在BIM技术应用中，设计人员可以按照要求进行采光设计。在该功能满足要求的基础上，设计人员将周边环境数据信息输入模型中，考虑当地的日照、气候等因素，确定最佳的窗墙比参数。按照这一设计理念，能够保证室内的采光性能符合要求，提高自然光的利用率，符合水利工程建筑的节能标准。

综合该书内容可知，将BIM技术应用于水利工程建筑设计中具有良好的前景。经过多年的探索和应用，已经证实了BIM技术在水利工程建筑设计中有着非常好的效果，不仅可以提高水利工程的效益与质量，还能够保证水工建筑物室内空间更加舒适、安全，满足节能降耗的要求。随着现代社会经济的不断发展，水利建设作为经济发展的重要组成部分，其重要程度也在不断提升，社会对于水利工程建筑质量的要求也在不断提高，BIM技术的应用可以满足多方面的需要，符合现代水利工程建筑设计理念要求。