BIM技术在水利工程施工阶段的深度应用

BIM 技术在水利工程施工阶段的深度应用

陈 平 1 纪恒军 2

1 常州市武进区水利综合管理服务中心 江苏常州 213100

2江苏盐城水利建设有限公司 江苏盐城 224003

摘要：根据水利部《“十四五”水利科技创新规划》，在推动新阶段水利高质量发展中，基于BIM、云计算、GIS、5G等技术的数字孪生将是新阶段水利行业科技创新的新动能。故本文将从施工总平面图的比选、工程全过程施工模拟、施工进度推演、复杂分部工程施工模拟、碰撞检测、BIM算量等进行阐述。

关键字：BIM技术、水利工程、深度应用

引言：近年来，水利部加快推进建筑信息模型（BIM）等技术在水利工程建设全过程的集成应用，充分运用数字化、网络化和智能化手段，不断提高水利工程建设智慧化水平。今年初，李国英部长在全国水利工作会议上提出，要求加强新一代信息技术与水利业务的深度融合，强化数字孪生、大数据、人工智能、区块链等技术在水利业务中的应用研究，瞄准智慧水利建设关键核心问题，增强科技创新对智慧水利建设的推动作用，基于以BIM、云计算、GIS等新兴技术的数字孪生水利工程建设管理将是水利行业创新创优和高质量发展的方向。

1、工程概况：牛塘水利枢纽是新孟河延伸拓浚工程枢纽，总投资1.5亿元。其主要功能是太湖流域利用新孟河调水期间防止武宜运河来水影响其引水水质，同时满足常宜线Ⅴ级航道功能；枢纽工程布置于武进区境内武宜运河上，工程主要由净宽16m节制闸和Ⅴ级航道船闸（16m×180m）组成，节制闸和船闸合并布置，节制闸、船闸分立东西侧，“两闸”共用上下游引河，纵轴线平行，间距为22.4m。牛塘水利枢纽船闸闸室采用钢筋论整体坞式结构，闸室底板面高程-0.80m。闸室净宽 16.0m,长 180m，共计 12 节，每节长均15.0m，闸室墩墙高 7.80m,闸室墩墙混凝土施工采用整体组合式大钢模一次浇筑到顶施工方法。

2. BIM团队组织架构

利用BIM承载和传递的信息进行水利工程施工阶段深度应用，必须依靠团队作战，项目参与人员越多，信息共享范围越大，运用价值越高，这就更突显组建BIM团队的重要性，也是BIM技术发展的必由之路。运用好BIM技术为水利建设工程提升价值，BIM技术团队是重要基石。

为保证应用效果，同时邀请BIM咨询公司参与，提供技术支持。本项目BIM应用主要阶段在施工期，团队以建设方负责人为BIM总负责，施工方项目经理为BIM执行经理，BIM实施专员具体负责各项工作的开展，BIM咨询公司提供深度技术支持，建设、设计、监理单位及施工项目部专业技术人员担任团队的BIM工程师，BIM工程师指导按排BIM制图员等开展具体工作。为保证高效率开展工作和应用效果，BIM项目经理组织团队全体人员集中实操培训10天。

3. BIM应用实施路线

基于本项目实际情况及BIM技术特点考虑，本项目使用Revit2018软件，搭建工程实体及临时设施BIM模型，包括总体布置、土建、金属结构、助导航器、导航河、临建设施等模型搭建。基于BIM模型，从施工进度控制、成本管理及质量管理多方面进行BIM技术应用，主要应用内容包括：施工总布置优化模拟、 施工进度计划模拟、实际施工进度展示、工程量计算、碰撞检测、漫游以及施工工艺模拟等。项目实施过程中，在建设方负责人的领导下，BIM建模部分主要由BIM结构建筑和技术工程师组织完成，施工过程应用由BIM现场工程师组织完成，通过本项目实践，既锻炼培养了BIM人才，又积累了大量的BIM技术在施工阶段的应用经验。

4.BIM技术施工阶段深度应用成果

4.1 施工总布置方案比选优化

根据新孟河延伸拓浚工程建设总规划，牛塘水利枢纽分三期施工，驻地设计、工场布置、施工交通及主体工程施工按排比较复杂，涉及本工程整个建设期的时间和空间转换。

通过在施工前期进行现场条件的完整踏勘，根据设计意图和施工分期要求，按照建设全周期无交叉、连续施工的要求，利用BIM四维全真模型进行施工总布置设计，实现适时空间转换，在枢纽工程建设周期的时空碰撞中解决项目部驻地与枢纽管理设施位置的交叉、武宜运河航道恢复前后的施工交通布置、二三期围堰错空间施工的航道通行等问题。

4.2 工程全过程施工模拟

本项目通过BIM模型实现水利工程建设项目全过程模拟，包括现场环境以及资源使用状况等，保留一定程度的预见性功效，规避过往施工组织的混乱现象。为建设管理人员职责划分与现场经验交流提供保障条件 。运用BIM技术进行虚拟施工过程，能够将现场环境立体模型、部件与机械和谐运行模式以及单位人员施工顺序进行有机衔接调试。

4.3 BIM建模

BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图性的特点，但这些优秀的特性都是在BIM模型基础上，故BIM模型是BIM技术应用的基础。BIM模型的精度及深度决定了BIM技术应用的深度，本项目中，BIM团队对工程实体及临建设施进行了分别建模。

通过本项目BIM技术应用实践，团队建立了大量的参数化族，通过参数化族的积累，在未来的水利工程建设中模型搭建将更快速、便捷。后续对更多不同类型水利项目BIM建模，逐渐积累形成水利行业BIM族库，水利工程BIM建模重点不是建模，而是建模的应用。

4.4 可视化展示及漫游功能

通过Revit与Lumion工作流，实现Revit模型在Lumion中进行渲染及动画输出。Lumion软件具有非常强大的照片级渲染能力，但其建模能力薄弱，通过充分利用Revit及Lumion软件的优势，项目实施过程中输出大量高质量效果图，便于项目沟通及汇报展示。可视化展示及漫游功能不仅仅是可视化，而是与工程建设管理目标的紧密结合和应用。

4.5 施工进度推演

通过Revit与Fuzor工作流，实现项目4D可视化模拟。Revit模型可以无缝传递至Fuzor中，在Fuzor软件中，将Revit中的工程实体模型与进度计划化关联，使用Fuzor软件功能，展示并输出施工进度模拟动画，实现工程进度管控。

4.6 复杂分部工程施工模拟

对本工程两个复杂分部工程施工工艺进行模拟施工，利用BIM制作完成闸门吊装、闸室大钢模施工工艺模拟动画，不仅可通过细节优化施工方案，还实现可视化施工技术交底 。

本项目船闸上、下闸首升卧式平面钢闸门2扇（平面尺寸：15940mm×6800mm），单扇门体重43T，模拟采用250吨汽车吊协同已先行安装调试好的启闭机联合安装。

为提高枢纽船闸闸室混凝土观感质量，加快施工速度，减少安全风险，闸室墙采用施工单位2018年度水利水电部级工法---组合式大钢模船闸闸室墙施工工法组织施工，本项目BIM 团队实现基于BIM的工法工艺模拟动画。

4.7 碰撞检测

BIM结构工程师通过对本工程单端张拉的预应力工作桥的波纹管、钢筋的精细化建模，共发现波纹管与钢筋的碰撞多达366处，施工前调整钢筋位置，及时避免碰撞问题，保证施工质量及进度。

4.8 BIM 算量

利用BIM技术，现场工程师可精确计算每个构件及每个区域所需材料用量，做到随到随用，减少二次搬运，既保证材料有序运输，又保证了材料的及时供应，确保施工顺利进行。

5结语

BIM技术在牛塘水利枢纽工程的应用，能有效指导施工管理人员科学有序施工，实现了可视化施工交底，复杂分部工程的施工模拟，缩短了工期，减少施工安全风险。通过对BIM技术的应用，可以看出BIM技术在水利建设中的发展是十分具有前景的，虽距离国内外建筑领域的应用水平还有一定的差距，但已在慢慢缩小。随着《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》的发布，基于以BIM、云计算、5G、GIS等新兴技术的数字孪生水利工程建设管理必将推动水利行业创新创优和高质量发展。

参考文献：[1]] 张绍庆.BIM技术在水利工程项目建设中的应用探讨[J].住宅与房地产，2016，（24）：130+132.