基于BIM技术的泵闸工程设计

翁发根，黄 河

（中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西 南昌 330029）

随着数字化、信息化的逐步发展，BIM 技术已经成为工程建设领域的“第二次科技革命”[1]，可为工程设计、建造、运维各阶段需求提供全生命周期的解决方案。水利工程正在从传统的二维设计向三维协同设计发展，BIM 技术的应用有效解决了常规水利工程设计的痛难点。大型泵闸工程涉及专业多、协同工作量大、设备及管路布置复杂，传统的二维设计已很难满足日益精细化管理的需求[2-6]。本文以某大型泵闸工程为例，采用Bentley 软件平台，全专业使用BIM 技术，在工程布置优化、工程量快速统计、三维配筋快速成图以及智慧管理等方面进行了深入应用，为类似泵闸工程BIM技术应用提供参考。

1 工程概况

某泵闸枢纽工程位于南昌市昌北城区，设计排涝流量342 m³/s，是一座大（1）型泵站，拟用7 台ZGQ46.0-3.13 型竖井贯流泵，单机容量2 500 kW，总装机容量17 500 kW。工程拟新建进水闸、主泵房、安装间、副厂房、管理房、交通桥和开关站等设备设施。工程建设总工期32 个月，已于2020 年7 月开工，预计2023年8月竣工。

泵站设计排涝流量342 m3/s，其排涝规模居国内前列。单个水泵叶轮直径超过4 m，单机流量49.0 m3/s，配套电机容量2 500 kW，是目前世界在建最大的竖井贯流式机组和泵站。

2 BIM技术应用总体情况

依托Bentley 软件多专业协同设计平台，在保证数据接口畅通前提下，基于Project-Wise 搭建项目共享环境，各专业可实时同步上传进度文件，实现多端同步建模，保证多专业协同和文件共享。根据统一的轴网定位文件，地质专业与水工专业先行创建数字地质模型与泵闸主体结构模型，其余各专业参考上述模型同步作业；在专业模型之间遇到冲突或不明确的情况时，或是在项目中期关键节点时，通过三维协同会议室进行集中会审，确保各专业步调一致；模型建立以完整性及精度为导向，材料、日期等属性信息由应用端人员统一挂接。

2.1 软件应用配置

根据项目情况，调配各专业三维设计人员组成协同设计项目组，以满足项目各流程的专业需求。工程涉及航测、地质、水工、施工、水力机械、金属结构、电气、建筑、给排水等专业。根据各专业特点选择不同的设计软件，本泵闸工程BIM 设计应用软件配置详见表1。

表1 泵闸工程BIM设计应用软件汇总

2.2 应用内容及特点

BIM 技术在本工程的测量、地质、水工建筑、电气、水力机械、金属结构、施工等专业均进行了应用。

通过导入钻孔资料，生成三维地质网格面，并建立基于地质模型的三维地层模型，如图1—2所示。

图1 三维地质网格面

图2 地层模型

通过三维轴侧图、剖切图、透视图等对复杂结构进行表达，如建立泵房模型及水机设备装配模型，如图3—4 所示；建立金属闸门三维模型及装配模拟，如图5—6 所示，提高参建单位读取图纸信息的效率并减少错漏。

图3 泵房模型

图4 水机设备装配模型

图5 金属闸门三维模型

图6 金属闸门装配模拟

结合三维设计模型，应用专业配筋软件ReStation，实现三维配筋并快速抽取二维钢筋图和自动统计钢筋材料表，如图7—8 所示。通过Restation 对泵房、闸室等处大体积混凝土结构配筋，可实现钢筋直径、保护层、弯折、锚固等细节的一键处理、一键出图，免去人工二维钢筋图绘制中的繁琐设计过程，提高工作效率。

图7 配筋模型

图8 二维配筋图

对模型进行视图操作后可导出细部或全局精细设计图纸，布置图直接使用三维图像表达，如图9所示，施工图和细部结构图可导出二维图纸。

图9 三维全站总装模型

通过LumenRT软件实时渲染的模型，如图10所示，并与设计软件同步，方便项目建设时和建成后效果的快捷演示，基于BIM 技术的全站渲染效果如图11所示。

图10 实时渲染演示

图11 三维设计模型渲染效果

BIM 技术应用于本泵闸工程的最大特点是紧密结合现场施工，在复杂工程多专业协同设计、工程布置优化、工程量快速统计、三维配筋快速出图、设备装配模拟和建管平台开发应用等方面得到了较充分的应用。

2.3 创新亮点

（1）本工程涉及专业多、结构复杂，通过三维模型演示，在与业主、施工和监理等参建单位沟通工程布置时，大大减少了沟通时间，避免了设计遗漏，提高了设计效率和设计准确性，出具的图纸涵盖三维轴测图、剖视图和抽取的二维结构布置、钢筋图等，内容丰富、形象直观，改变了原有传统的二维出图方式，在工程建设过程中广受欢迎。交付现场施工使用的三维设计图纸，如图12所示。

图12 交付现场施工使用的三维设计图纸

（2）本工程地处冲积平原区，工程地质条件较差，采用钻孔灌注桩对地基进行处理。通过GeoStation 地质三维设计软件建立实体地层模型，能较全面地了解地层分布情况，布置桩基础时能有效地控制桩底高程，精确到每一根桩，进而较好地控制桩基工程量。基于三维地质模型的三维精确布桩模型，如图13—14所示。

图13 三维地质桩基模型

图14 三维精确布桩模型

（3）本工程将BIM技术与工程建设深度融合，实现工程质量管理、进度管理、安全监测、造价管理等关键业务与BIM 模型的数字化映射，通过AI 技术实现工程指定区域内的监测、识别、统计等智能分析，为工程建设管理提供良好的数据和决策支撑，实现泵闸工程设计建造高效管理。基于BIM模型的智慧建管平台和施工进度模拟如图15 所示。该平台可结合工程设计以及实际建设进度信息，综合展示工程实时施工进度情况，并可动态模拟工程施工建设过程，实现了现场视频的在线查看、控制功能，同时实现了视频智能分析功能，基于人工智能技术和视频流处理技术对目标区域进行人脸识别、安全帽检测，非法侵入检测等。

图15 基于BIM模型的智慧建管平台和施工进度模拟

3 BIM技术应用总结

本泵闸工程作为世界在建最大的竖井贯流式机组和泵站，涉及专业多、结构复杂，采用Bentley 软件平台，全专业使用BIM技术进行设计表达，在工程布置优化和调整时，大大节约了设计人员间的沟通时间，提高了设计效率和设计准确性。

工程结合地质模型，在桩基布置时对桩长控制更精准；采用三维模型配筋等方法，可以提高出图效率；在BIM模型基础上进行属性挂接、装配模拟等应用，为工程后续过程提供了更全面的支持；BIM技术贯穿整个施工过程，实现建设质量、施工进度、安全生产、资金使用等的精准控制，为工程建设管理提供良好的数据和决策支撑，实现泵闸工程设计建造管理。

本工程最终交付三维轴测图、剖视图、抽取的二维结构布置图和钢筋图等各类图纸300余张，各专业模型50余项，设计效率较传统方法提升数倍。

随着项目施工的进行，工程BIM 建管平台将进一步完善，并建立基于BIM 技术的设计施工一体化平台，架起联系设计表达和施工实施的纽带，在原有工作和本项目的基础上，进一步丰富模型材料库和完善三维技术标准等，为BIM 技术设计应用及创新提供技术支撑。