建筑信息模型BIM技術(shù)在水利工程中

1、摘要BIM是一個(gè)設(shè)施建設(shè)工程物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識(shí)資源, 是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息,為該設(shè)施從建設(shè)到撤除的全生命周期中的所有決 策提供可靠依據(jù)的過程；在工程的不同階段,不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自責(zé)任的協(xié)同作業(yè).本文簡(jiǎn)單介紹了 BIM及BIM在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用及其展望.關(guān)鍵詞：BIM,水利工程第1章緒論1.1BIM的概述BIM的全拼是 BuildingInformationModeling ,即：建筑信息模型. BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為 根底,集成了建筑工程工程各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型,BIM是對(duì)工程工程設(shè)施實(shí)體與

2、功能特性的數(shù)字化表達(dá).一個(gè)完善的信息模型, 能夠連接建筑工程生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源,是對(duì)工程對(duì)象的完整描述,可被建設(shè)工程各參與方普遍使用.BIM具有單一工程數(shù)據(jù)源,可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題,支持建設(shè)工程生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)立、管 理和共享.建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、治理的數(shù)字化方法,這種方法支持建筑工程的集成治理環(huán)境,可以使建筑工程在其整個(gè)進(jìn)程中顯著提升效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn).1.2BIM的來源1975年,BIM之父喬治亞理工大學(xué)的ChunkEastman教授創(chuàng)立了 BIM理念至今,BIM技 術(shù)的研究經(jīng)歷了三大階段：萌芽階段、產(chǎn)生階段和開展

3、階段.BIM理念的啟蒙,受到了 1973年全球石油危機(jī)的影響,美國(guó)全行業(yè)需要考慮提升行業(yè)效益的問題,1975年BIM之父"Eastman教授在 其研究的課題BuildingDescriptionSystem 中提出aComputer-baseddescriptionof-abuilding " ,以便于 實(shí)現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析,提升工程建設(shè)效率1.3BIM的特點(diǎn)1可視化2協(xié)調(diào)性3模擬性4優(yōu)化性5可出圖性1、基于BIM的工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì).能夠根據(jù)3D模型自動(dòng)生成各種圖形和文檔,而且始終與模型邏輯相關(guān),當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí),與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動(dòng)更新；設(shè)計(jì)過程中所創(chuàng)

4、立的對(duì)象存在著內(nèi)建的邏輯關(guān) 聯(lián)關(guān)系,當(dāng)某個(gè)對(duì)象發(fā)生變化時(shí),與之關(guān)聯(lián)的對(duì)象隨之變化.實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間的信息共享.各專業(yè) CAD系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息,不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù),防止數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯(cuò)誤.實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì).某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對(duì)象被修改,其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對(duì)象會(huì)隨之更新.實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)和智能設(shè)計(jì).實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞檢測(cè)、能耗分析、本錢預(yù)測(cè)等.2、基于BIM的施工及治理實(shí)現(xiàn)集成工程交付IPD IntegratedProjectDelivery治理.把工程主要參與方在設(shè)計(jì)階段就集合在一起,著眼于工程的全生命期,利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)及治理.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成

5、和可視化的4D施工治理.將建筑物及施工現(xiàn)場(chǎng) 3D模型與施工進(jìn)度相鏈接,并與施工資源和場(chǎng)地布置信息集成一體, 建立4D施工信息模型.實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程施工階段工程進(jìn)度、 人力、材料、設(shè)備、本錢和場(chǎng)地布置的動(dòng)態(tài)集成治理及施工過程的可視化模擬.實(shí)現(xiàn)工程各參與方協(xié)同工作.工程各參與方信息共享,基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖檔和視檔的提交、 審核、審批及利用.工程各參與方通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作, 進(jìn)行工程洽商、協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、平安、 本錢和進(jìn)度的治理和監(jiān)控.實(shí)現(xiàn)虛擬施工.在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行建造過程,虛擬模型可在實(shí)際建造之前對(duì)工程工程的功能及可 建造性等潛在問題進(jìn)行預(yù)測(cè),包括施工方法實(shí)驗(yàn)、施工過程模擬及施工方案優(yōu)化等.第2章B

6、IM在水利工程中的應(yīng)用2.1BIM在水電工程施工總布置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用BIM是一個(gè)設(shè)施建設(shè)工程物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識(shí)資源,是一個(gè)分享有關(guān) 這個(gè)設(shè)施的信息,為該設(shè)施從建設(shè)到撤除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在工程的不同階段,不同利益相關(guān)方通過在 BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自 責(zé)任的協(xié)同作業(yè).1 .總體規(guī)劃AutoCADCivil3D強(qiáng)大地形處理功能,可幫助實(shí)現(xiàn)工程三維樞紐方案布置以及立體施工規(guī)劃, 結(jié)合AIM快速直觀的建模和分析功能,那么可輕松、快速幫助布設(shè)施工場(chǎng)地規(guī)劃,有效傳遞設(shè)計(jì)意 圖,并進(jìn)行多方案比選.2 .樞紐布置建模樞紐布置、廠房

7、機(jī)電等需由水工、機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)等專業(yè)根據(jù)相關(guān)規(guī)定建立根本模型與施工總 布置進(jìn)行聯(lián)合布置.2.1 根底開挖處理結(jié)合AutoCADCivil3D建立的三角網(wǎng)數(shù)字地面模型,在壩基開挖中建立開挖設(shè)計(jì)曲面,可幫助 生成準(zhǔn)確施工圖和工程量.2.2 土建結(jié)構(gòu)水工專業(yè)利用AutodeskRevitArchitecture進(jìn)行大壩及廠房三維體型建模,實(shí)現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計(jì), 協(xié)同施工組織實(shí)現(xiàn)總體方案布置.2.3 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)在土建 BIM模型的根底上,利用 AutodeskRevitMEP和 AutodeskRevitArchitecture同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作,完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì),在三維施工總布置

8、中那么可以 起到細(xì)化應(yīng)用的目的.3 .施工導(dǎo)流導(dǎo)流建筑物如圍堰、導(dǎo)流隧洞及閘閥設(shè)施等及相關(guān)布置由導(dǎo)截流專業(yè)根據(jù)規(guī)定進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì),AutoCADCivil3D幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案,AIM利用AutoCADCivil3D數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化布置設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與信息治理.4 .場(chǎng)內(nèi)交通在AutoCADCivil3D強(qiáng)大的地形處理水平以及道路、邊坡等設(shè)計(jì)功能的支撐下,通過裝配模型 可快速動(dòng)態(tài)生成道路挖填曲面,可準(zhǔn)確計(jì)算道路工程量,通過 AIM可進(jìn)行概念化直觀表達(dá). 57查場(chǎng)與料場(chǎng)布置在AutoCADCivil3D中,以數(shù)字地面模型為參照,可快速實(shí)現(xiàn)渣場(chǎng)、料場(chǎng)三維設(shè)計(jì),并準(zhǔn)確計(jì) 算工程量,且通

9、過AIM實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)及智能信息治理.6 .施工工廠施工工廠模型包含場(chǎng)地模型和工廠三維模型,AutodeskInventor幫助參數(shù)化定義造型復(fù)雜施工 機(jī)械設(shè)備,聯(lián)合AutoCADCivil3D可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的施工設(shè)施部署,AIM那么幫助三維布置與信息表達(dá). 7.營(yíng)地布置施工營(yíng)地布置主要包含營(yíng)地場(chǎng)地模型和營(yíng)地建筑模型,其中營(yíng)地建筑模型可通過AutoCADCivil3D進(jìn)行二維規(guī)劃,然后導(dǎo)入 AIM進(jìn)行三維信息化和可視化建模,可快速實(shí)現(xiàn)施工生 產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)等的布置,有效傳遞設(shè)計(jì)意圖.8 .施工總布置設(shè)計(jì)集成BIM信息化建模過程中將設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行同步關(guān)聯(lián),可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)模型的碰撞檢查、綜合校審、

10、漫游瀏覽與動(dòng)畫輸出.其中,AIM將信息化與可視化進(jìn)行完美整合,可以不僅提升 了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量,而且大大減少的不同專業(yè)之間協(xié)同和交流的本錢.9 .施工總布置面貌在進(jìn)行施工總布置三維一體信息化設(shè)計(jì)中,通過 BIM模型的信息化集成,可實(shí)現(xiàn)工程整體模 型的全面信息化和可視化,而且通過 AIM的漫游功能可從壩體到整個(gè)施工區(qū),快速全面了解工程 建設(shè)的整體和細(xì)部面貌,并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文件.10 2BIM技術(shù)在水利工程造價(jià)中的應(yīng)用水利工程牽扯面廣,投資大,專業(yè)性強(qiáng),建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣,尤其是水庫(kù)、水電站、泵站 工程,水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備多、管線密集,傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法,無法直

11、觀的從圖紙上展 示設(shè)計(jì)的實(shí)際效果,造成各專業(yè)之間打架碰撞,導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更、工程量漏記或重計(jì)、投資浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn).采用基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)為有效的解決上述問題提供了機(jī)遇.通過基于 BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件,建立設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)人員的協(xié)同工作平臺(tái),設(shè)計(jì)人員可以在不改變?cè)瓉碓O(shè) 計(jì)習(xí)慣的情況下,通過二維方法繪圖,自動(dòng)生成三維建筑模型,并為下游各專業(yè)提供含有BIM信息的布置條件圖,增加專業(yè)溝通,實(shí)現(xiàn)了工程信息的緊密連接.由于水利工程造價(jià)具有大額性、個(gè)別性、動(dòng)態(tài)性、層次性、兼容性的特點(diǎn),BIM技術(shù)在水利建設(shè)工程造價(jià)治理信息化方面有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比較的優(yōu)勢(shì)：一是大大提升了造價(jià)工作的效率和準(zhǔn)確性,

12、通過BIM技術(shù)建立三維模型自動(dòng)識(shí)別各類構(gòu)件,快速抽調(diào)計(jì)算工程量,及時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)變化的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有效防止漏項(xiàng)和錯(cuò)算,提升清單計(jì)價(jià)工作的準(zhǔn)確性；二是利用BIM技術(shù)的模型碰撞檢查工具優(yōu)化方案、消除工藝管線沖突,造價(jià)工程師可以與設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作, 從造價(jià)限制的角度對(duì) 工藝和方案進(jìn)行比選優(yōu)化,可有效限制設(shè)計(jì)變更,降低工程投資.BIM技術(shù)的出現(xiàn),使工程造價(jià)治理與信息技術(shù)高度融合,必將引發(fā)工程造價(jià)的一次革命性變革.目前,國(guó)內(nèi)局部水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)單位已引進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái),并利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì),在提升水利工程造價(jià)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性方面進(jìn)行了有益探索,值得借鑒.2.3BIM在水利建設(shè)中應(yīng)用實(shí)例2.3.1 在

13、南水北調(diào)工程中,長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院簡(jiǎn)稱長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院將建筑信息模型BIM 的理念引入其承建的南水北調(diào)中線工程的勘察設(shè)計(jì)工作中,并且由于AutoCADCivil3D良好的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性和協(xié)調(diào)性,最終確定該軟件為最正確解決方案.利用Civil3D快速的完成勘察測(cè)繪、土方開挖、場(chǎng)地規(guī)劃和道路建設(shè)等的三維建模、設(shè)計(jì)和分析等工作,提升設(shè)計(jì)效率,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程.具 三維可視化模型細(xì)節(jié)精確,使工程三維里立圍觀一目了然.基于 BIM理念的解決方案幫助南水北 調(diào)工程的工程師和施工人員,在真正的施工之前,以數(shù)字化的方式看到施工過程, 甚至整個(gè)使用周 期中的各個(gè)階段.該解決方案在工程各參與方之間實(shí)現(xiàn)信息共享,從而有效

14、防止了可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)與施工、結(jié)構(gòu)與材料之間的矛盾,防止了人力、資本和資源等不必要的浪費(fèi).2.3.2 中國(guó)水電參謀集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在水電設(shè)計(jì)中也引入了BIM的概念.在云南金沙江阿海水電站的設(shè)計(jì)過程中,其水工專業(yè)局部利用AutodeskRevitArchitecture完成大壩及廠房的三維形體建模；利用 AutodeskRevitMEP軟件平臺(tái),機(jī)電專業(yè)包括水力機(jī)械、通風(fēng)、電氣一次、 電氣二次、金屬結(jié)構(gòu)等建立完備的機(jī)電設(shè)備三維族庫(kù),最終完成整個(gè)水電站的BIM設(shè)計(jì)工作.BIM設(shè)計(jì)同時(shí)提供了多種高質(zhì)量的施工設(shè)計(jì)產(chǎn)品,如工程施工圖,PDF三維模型等.最后利用AutodeskNavisworks軟件

15、平臺(tái)制作漫游視頻文件.第三章BIM的前景展望3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)的融合目前我們所說的協(xié)同設(shè)計(jì),很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)溝通交流手段, 以及設(shè)計(jì)流程的組織治理形式.而 BIM 建筑信息化模型的出現(xiàn),那么從另一角度帶來了設(shè)計(jì)方法的革命,BIM技術(shù)與協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)將成為互相依賴、密不可分的整體. 協(xié)同是BIM的核心概念,同一構(gòu)件元素,只需輸入一次,各工種共享元素?cái)?shù)據(jù)并于 不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素.從這個(gè)意義上說,協(xié)同已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的文件參 照.可以說BIM技術(shù)將為未來協(xié)同設(shè)計(jì)提供底層支撐,大幅提升協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)含 量.因此,未來的協(xié)同設(shè)計(jì),將不再是單純意義上的設(shè)計(jì)交流、組織及治理手

16、段, 它將與BIM融合,成為設(shè)計(jì)手段本身的一局部.借助于 BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì),協(xié)同的范 疇也將從單純的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期,需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等 各方的集體參與,因此具備了更廣泛的意義,從而帶來綜合效率的大幅提升.3.2 從二維設(shè)計(jì)到三維 BIM設(shè)計(jì)當(dāng)前,2D圖紙是我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)最終交付的設(shè)計(jì)成果, 這是目前的行業(yè)慣例. 因此,生產(chǎn)流程的組織與治理均圍繞著 2D圖紙的形成來進(jìn)行(客觀地說,這是阻礙 BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因).3D設(shè)計(jì)能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征,相對(duì)于 2D繪圖,3D設(shè)計(jì)不存在幾何表 達(dá)障礙.對(duì)任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn).盡管 3D是BIM設(shè)計(jì)的根底

17、,但不是 其全部.通過進(jìn)一步將非幾何信息集成到 3D構(gòu)件中,如材料特征、物理特征、力學(xué) 參數(shù)、設(shè)計(jì)屬性、價(jià)格參數(shù)、廠商信息等,使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體,3D模型升級(jí)為BIM模型.BIM模型可以通過圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)那么自動(dòng)獲得2D圖紙,并可以提取出其它的文檔,如工程量統(tǒng)計(jì)表等,還可以將模型用于建筑能耗分析、 日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析、客流物流分析等諸多方面.3.3BIM技術(shù)在水利水電工程中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)(1)可視化交流:依托BIM軟件進(jìn)行三維建模,可以準(zhǔn)確生成壩工程各局部剖面圖,減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中繪制剖面圖的工作量,提升了設(shè)計(jì)工作效率BIM建模之后,所有視圖、剖聯(lián)動(dòng)化設(shè)計(jì):傳

18、統(tǒng)二維設(shè)計(jì)時(shí),由于工作人員疏忽,容易導(dǎo)致錯(cuò)誤 面以及三維圖具備聯(lián)動(dòng)功能,一處更改之后,其他自動(dòng)更新,方便設(shè)計(jì)修改.多專業(yè)協(xié)調(diào)：水電站設(shè)計(jì)中各專業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM上,錯(cuò)誤碰撞、交叉千擾的問題顯而易見.(4)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì):傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)對(duì)工程設(shè)計(jì)人員空間想象力的要求很高 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一.應(yīng)用BIM, 可以有效防止一些由于工程設(shè)計(jì)人員空間想象不正確而導(dǎo)致的錯(cuò)誤(1)多維施工分析：通過BM系列軟件建模,進(jìn)行三維施工工況演示,與施工進(jìn)度結(jié)合進(jìn)行四維模擬 建設(shè),通過與概預(yù)算結(jié)合進(jìn)行五維本錢核算分析.(2)讀圖效率輔助：對(duì)于讀圖的施工人員,通過三維BIM,將大大提升讀圖效率和準(zhǔn)確度.(3)施工現(xiàn)場(chǎng)治理：BIM可有效支撐施工治理過程,針對(duì)技術(shù)探討和簡(jiǎn)單協(xié)同進(jìn)行可視化操作,自動(dòng) 計(jì)算工程量,有效減少工藝沖突.(1)運(yùn)營(yíng)信息集成：BIM可有效地集成設(shè)計(jì)、施工各個(gè)環(huán)節(jié)的信息,減少