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BIM技术与水利工程

2019-1-11 11:10| 查看: 618| 评论: 0|来自: 铁路BIM联盟

  水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的工程。
  水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源,但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。修建水利工程,能控制水流,防止洪涝灾害,并进行水量的调节和分配,满足生活和生产对水资源的需要。

  水利工程特点:
  *系统性和综合性强
  *对环境影响大
  *工作条件复杂
  *水利工程的效益具有随机性
  *技术复杂、工期较长、投资多
  水利工程具有地形条件复杂、设计选型独特、涉及专业广等特点,存在图纸信息繁冗、工程枢纽布置复杂、土方量计算不精确等问题。

著名的都江堰水利工程
  通过绘制水利工程的地形及水利工程建筑物BIM模型,可完整实现水利工程仿真信息的数字化查询,及完成水利工程的枢纽布置、土方量计算。

  BIM模型构建
  地形BIM模型
  地形模型是描述工程施工总布置的基础,是建筑物及施工活动的场所,也是地形开挖的受体。采用BIM建模软件能实现水利工程项目地形的建模。
  *分析原始数据资料,检查河道地形等高线,根据检查后的等高线创建曲面
  *修改曲面上高程过高或过低的错误点,生成所需地形模型
  *对地形再次分析修改,形成符合工程实际的地形

  水利工程建筑物BIM模型
  BIM模型精细度越高,包含参数信息越多。受制于现阶段BIM水平,考虑水利工程受气候影响大、工期长特点,水工模型多为LOD30。几何信息包括形状、尺寸、坐标等。非几何信息包括项目参数、设备参数、生产厂家、成本价格、运维信息等。
  建立一个真实描述工程设计的数字信息模型,是实现可视化仿真技术的基础。水利工程与普通建筑工程特点不同,其建模顺序、方法、要求也有所不同:
  *根据BIM技术主导方的需要确定模型应用阶段,进而确定建模精度。水利工程模型精度划分还未有详细界定,可参照建筑项目BIM模型精度划分
  *了解工程概况,搜集各专业完善的CAD图纸,认真阅读设计说明,了解工程具体要求
  *水工建筑物的型式、构造和尺寸,与建筑物所在地的地形、地质、水文等条件密切相关,设计选型独特,各构件不具有通用性。由于软件本身限制,进行族划分时应尽量分解到最小单元,方便后期施工模拟
  *对于模型进行图形管理和信息管理。图形管理包括模型配色和线型要求;模型信息管理包括几何信息和非几何信息
  *建模过程中发现的图纸问题,要对图号、轴网等进行详细记录。对原设计错漏问题进行修改的,修改前后模型都应保留
  *模型建成后,要进行质量审核。审核内容包括:模型是否达到最初设定的建模标准;构件定位是否准确;关键节点是否与图纸一致等

  地形BIM模型的土方量计算
  水利工程地形条件复杂,挖填土方量大,土方量计算精度对项目工程量的计算影响重大,利用数字地形模型,既可直观地查看场地的三维效果,也可用于土方计算、纵横断面绘制等设计与计算功能。
  BIM土方量计算建立在与实际地形完全吻合的模型上,首先绘制原始地形曲面模型和设计曲面模型,这两个空间三维曲面会产生交点并连接成线,所包围的空间体积即为需要开挖或填筑的土方量。
  基于BIM技术的原始地形曲面和设计地形曲面是动态关联的,在方案选择阶段可在模型基础上快速进行土方的开挖和填筑实验,准确计算土方的开挖和填筑量,从而选出最佳土方开挖方案。

大体积混凝土高坝——胡佛大坝
  水利工程建筑BIM模型枢纽布置
  水利工程的枢纽布置直接影响施工场地的布局,合理确定枢纽中各组成建筑物之间的相互位置,对于找到最佳的临时设施位置,使现场人员和设备运距最小化,从而节省工程量、方便施工、缩短工期有重要意义。
  在方案比选阶段建立各水工建筑物的BIM模型,并结合地形模型形成完整的项目总体沙盘,能使决策人员直观了解建筑物之间、建筑物与周围地形条件之间的制约关系。
  基于参数的BIM模型可在空间位置任意移动,实现一处更改、处处更改,使每种决策方都成为完整可视的沙盘。
  据Autodesk公司统计,可视化可提高企业竞争力66%,减少50%~70%的信息请求,缩短5%~10%的施工周期,减少20%~25%的各专业协调时间。

万里长江第一大坝:葛洲坝
  BIM模型信息应用
  一个建筑信息模型是一个单一的、完整一致的建筑信息数据库,建立完整的项目BIM数据信息,使工程构件参数化,从而实现工程项目管理信息化和技术信息化。

  管理信息化
  建筑施工过程是一项典型的协同工作,不同专业、不同职责的施工主体之间需要进行信息共享和交流。BIM模型信息可实现工程档案可视化、关联化、高效率化管理,为项目建设过程中的信息交换、共享和集成化管理提供有效平台。因此,使用BIM技术建设一个项目的中央存储库,可彻底改变项目整个生命周期的信息管理模式。
  水利工程投资大,使用年限长,人员流动大,一些隐蔽工程的信息流失严重,基于BIM技术的信息管理平台可保证这些信息的完整性、准确性和可追溯性。

  技术信息化
  水利工程施工条件复杂,工程量大,施工难点多。BIM作为一种对建筑物物理和功能特性进行数字描述的信息库,其模型在工程设计、施工等过程中支持多种应用,对于一个完整使用BIM技术的工程来说,不仅包括虚拟的三维可视化模型,也应该包括可视化的施工任务和施工顺序。同时,模型包含的建筑物本身的定量信息会直接链接到相关的成本数据库,对于项目建设前期的投资控非常有利。

  洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站BIM应用
  洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站是我国企业与与洪都拉斯以EPC方式合作的水电项目,该工程枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、岸边引水发电系统组成。由于项目工期紧、建筑物布置不合理,遂通过BIM技术进行枢纽布置的调整及工期优化。

洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站效果图
  由于该工程为涉外水利工程,工程图纸复杂,且采用国际通用的英语,现场施工人员对于图纸的理解有一定困难,BIM咨询方根据设计网纸建立BIM模型,形成该水电项目的完整沙盘。
  在沙盘基础上,BIM咨询方基于BIM模型形成了施工现场监控布置方案。在项目施工阶段,工程总承包方应用咨询方提供的BIM模型进行施工过程管理和工程项目综合管理,对一些关键节点反馈信息,完善模型,对现场施工进行指导。同时,对施工过程进行模拟,对实际工期与计划工期进行对比分析。在整个过程中保存各个阶段模型的更改,形成一个动态、实体、可追溯的工程项目主体变更档案,实现对项目的全方位管控。
  截至目前,洪都拉斯帕图卡Ⅲ水电站项目工程进度完成50%,该国多家媒体纷纷对该项目进展进行专题报道。洪都拉斯洪都拉斯主流媒体《Hablemos Claro》杂志和报纸《El Heraldo、La Prensa》分别对帕图卡III水电站目前工程进展进行专题报道,《Hablemos Claro》引用总统胡安•奥兰多•埃尔南德斯的话说“该项目将被历史铭记,载入洪都拉斯史册”。

  水利工程BIM应用成果
  水利工程建筑物选型独特,技术复杂,设计效率低,且参建各方信息共享水平低,通过引入BIM技术建立水利工程信息模型能有效解决这些问题。
  同时,基于BIM技术的土方量计算严密科学,方便修改,弥补了水利工程中传统土方算量方法的不足,提高了土方量计算的精度和效率,并在计算土方量的同时生成地形模型,为项目的方案决策奠定基础。
  BIM技术在大型水利工程的方案决策阶段能提供完整、可追溯的沙盘模型,对及时发现枢纽布置不合理,防止返工,节约成本资源具有重要意义。基于模型可生成相应的工程量及进度模拟,方便工程的投资控制和进度管理,可有效提高我国水利工程信息化程度。

参考文献:
孙少楠,等. 《BIM技术在水利工程中的应用研究》
何桂女.《浅析水利工程中BIM技术的应用研究》

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