BIM技术在水利工程中的应用

BIM技术在水利工程中的应用

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2019/1/3

通过实例工程，探索BIM在水利工程中的视化分析、施工三维模拟、工程进度模拟和工程量统计，完成三维技术交底，进而指导施工现场，从而达到提高效率，降低施工成本，缩短工期的目标

BIM技术在水利工程中的应用

摘要

随着我国生产技术的提高，信息化、大数据的发展在各行业中得到广泛的应用,建筑领域的技术革新也是日新月异的发生着重大变化。BIM（建筑信息模型）就是在建筑领域的最好体现。本文以庆阳市新城南区湖库水系连通工程雨洪集蓄保塬工程（水质控制工程）为例，通过revit软件建立工程整体三维信息模型，运用navisworks、BIM5D及microsoft project软件对项目进行可视化分析、施工三维模拟、工程进度模拟和工程量统计，完成三维技术交底，进而指导施工现场，从而达到提高效率，降低施工成本，缩短工期的目标。

关键词：

BIM技术三维建模大体积混凝土及高大模板下穿管线及拖

拉管技术碰撞检测三维技术交底

1 工程概况

庆阳市新城南区湖库水系连通工程雨洪集蓄保塬工程（水质控制工程）是庆阳市新城南区水利枢纽的重要组成部分。项目主要包括智能提升泵站一座、水质循环管线911m、雨洪分流管线1486m、控制涵闸2座及检查井27座。

工程难点在于提升泵站属于大体积混凝土及高大模板支承体系，水质循环管线有120m需要采用拖拉管技术穿越彩虹桥桥头部位，施工技术难度大，风险高。

2 BIM技术概论及应用背景

2.1 BIM技术概论

BIM是建筑信息模型，它是以三维数字技术和大数据为基础，集成了各种建筑工程项目信息的工程数据模型，它能详细表述工程项目中的内容。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用，它能够解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够正确应对各种建筑信息，并为协同工作提供坚实的基础。并且它是未来智能城市不可或缺的组成部分。

BIM不仅是建筑信息模型，还是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法。这种方法支持建筑工程集成管理，可以大大提高建筑工程的施工效率，降低施工风险，节省成本，优化管理，合理的缩短施工工期。

2.2 应用背景

住建部要求到2020年末，以国有资金投资为主的大中型建筑，申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区，在项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比例达到90%。甘肃省住建厅关于《2018年建筑市场管理工作重点的通知》明确提出将在全省范围内全面推进BIM技术应用。按照国家、省、市的指导方针。在庆阳市新城南区湖库水系连通工程雨洪集蓄保塬工程（水质控制工程）这个工期紧、技术难度大、施工条件复杂，尤其是大体积混凝土和高大模板、下穿管线需穿越彩虹桥桥头桩基部位，彩虹桥是市区南大门，为主要交通枢纽，因此该工程对安全、质量的要求极其严格。公司决定组建项目BIM小组，采用BIM技术对工程周边现状环境进行还原，三维模型直观的反应结构尺寸以及交叉部位的关系。且把此小组作为公司BIM管理的雏形，为公司BIM项目管理工作

做好基础铺垫和技术储备工作。

3 BIM软件选择

现在市面上的三维建模软件众多，各个软件侧重不同，价格差距也较大。我公司根据项目特点选择目前应用最广泛的由欧特克公司开发的revit和navisworks、广联达公司开发的BIM5D及microsoft project软件，其中revit 软件主要用于建模，navisworks软件主要用于碰撞检测及仿真分析，BIM5D软件主要用于工程造价，microsoft project软件主要用于施工进度计划，多款软件在不同阶段组合使用。

4 BIM小组机构组织构成、职责及流程

4.1 BIM小组机构组织构成

为确保满足合同中对项目BIM管理的相关要求的顺利实现，建立一个由公司总部总控、项目经理为责任人、项目总工为负责人，由项目技术部、工程部、商务部等部门共同参与实施的BIM工作小组。如图4-1-1所示。

图4-1-1 项目BIM工作小组组织机构图

4.2 BIM小组成员、分工及职责

项目BIM计划的主要任务之一就是定义项目各阶段BIM策划的协调过程和人

员责任，尤其是在BIM策划制定和最初的启动阶段，确定制定策划和执行策划的合适人选，是BIM计划成功的关键。各阶段人员、分工及职责如表4-2-1所示：

表4-2-1 各阶段人员、分工及职责

4.3 总流程

图4-3-1 BIM施工管理流程图

5 BIM管理工作内容

5.1 建模

建模之前先对相关地形进行测量，收集相关数据，对于原有地下管线及已建

结构物进行登记，并到相关单位调取工程数据。利用软件建立原地形三维模型。为建立工程模型做好辅助工作。

泵站及控制涵闸用二位图纸方式表现，对设计和施工都是一种限制，不能和工程实际对接，利用revit软件钢筋建模，可以清晰体现结构的表现形式以及钢筋的排布方式。运用BIM技术按照CAD图纸绘制实现实体的表达建立工程三维模型。同时，通过BIM建模，清晰了解项目设计理念，使施工人员熟悉工程形体以及图纸内容，提高施工过程的预排查能力和问题预处理能力，保障工程的顺利施工。

5.2 管线优化

5.2.1 碰撞检测

将已经完成的土建专业和安装专业BIM模型输出相应碰撞文件，利用碰撞系统集成建筑全专业模型进行综合碰撞检查，详细定位每处碰撞点。在此过程中，一共泵站项目碰撞点6多处，并且自动生成碰撞报告，用于与设计院的沟通工作。

5.2.2 管线综合优化调整

碰撞检查完成之后，利用BIM系统三维可视化的优点一一处理碰撞点。在考虑现场施工便利性和使用功能的前提下，要确定排布原则，并提出方案，报监理、业主及设计院。

确定了方案之后，在三维状态下重新细致地排布管线，尽可能避免出现碰撞点。局部调整管线排布情况。利用BIM系统的综合支架功能完成三维支架展示、支架可视化，并分层、分区域、分系统计算支架材料的用量，做好支架安装前的管控工作。

确认调整方案，综合调整管线后，利用BIM系统导出剖面图指导现场施工。利用BIM系统确定设备和材料的进场计划，并提前提醒现场人员安排相关工作计划，防止出现有工作被遗忘的情况，以确保施工进度。

5.3 高大支模查找和模拟

高大支模关系着整个项目的质量和安全，它是需要专家论证的重要施工方案。在梁板高度大于8 m、梁搭设跨度大于18 m、线荷载大于20 kN/m的位置，BIM 系统可以准确找到需要进行高大支模的区域，并准确定位。筛选出高大支模区域

后，工程部人员就可以针对高大支模区域编制专项施工方案，以供专家论证。该项目共筛选出高大支模区域6处，其中，地下结构4处，翼墙2处。如表5-3-1所示。

表5-3-1 高大支模区域统计表

通过对高大支模区域的筛选，可以完成以下两方面的工作：①准确、全面、直观地找到高大支模的位置，以方便施工管理人员编制专项施工方案；②利用BIM模型辅助技术交底工作。

5.4 工程量统计及漏项价格分析

利用BIM模型可以为工程提供项目计划工程预算数据，同时，还可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息。

在工作过程中，项目部会有3份工程数据，即招标清单数据、BIM模型数据和实际施工数据。如果不能精确核对这些数据，将会阻碍施工过程中的提量和最终工程结算工作的顺利进行。鉴于此，必须合理利用BIM模型中的数据，与工程部核对招标清单量差，降低预算部门错算、漏算等问题发生的概率，与工程部比较现场实际用量，控制材料计划，同时，也能为BIM模型数据的使用提供保障，使各部门的问题都能通过提前核对来解决，从而协调统一施工过程中的数据应用情况。

经过全专业的多算对比、核查，在确保数据准确度的基础上，整理、归纳出招标清单工程数据错、漏、少算的问题，为项目签证提供依据。

revit软件自带的工程量明细表可以实现对工程量的精确统计，从中找出投标报价的漏项项目，利用BIM5D软件进行漏项价格分析，可以协助进行成本管控，如表5-4-1所示为泵站进水口护坡缺项工程量及单价。工程量统计深度与建模深

度有关，除结构物尺寸和方量外，施工阶段的模板、支架、甚至支架均可进行精确统计，如表5-4-2所示为B5侧墙材料统计表。

表5-4-1 泵站进水口护坡缺项工程量及单价

表5-4-2 B5侧墙材料统计表

5.5 三维技术方案交底

结合项目二维平面布置图，利用revit和navisworks软件建立综合场布三维模型反映项目的综合场布情况和施工特点，同时，还可利用BIM系统合理布置材料堆放位置和材料用量，让各级主管部门领导、业主、监理和各相关工作人员充分了解部分施工工艺和利用信息化手段管理工程的优势。

在施工前，要集中相关专业施工人员，采用将BIM三维模型投放于大屏幕的方式进行技术交底工作。BIM三维模型可以可视化预演施工中的重点、难点和工艺复杂的施工区域，多角度、全方位地查看模型。对于重难点工序，逐项逐条进行三级技术交底。

5.6 漫游

在navisworks软件中进行施工漫游，漫游过程中可以查询构件的属性、坐标、标高以及净空净距，并可了解结构物之间的位置关系，对工程本身有一个整体性的认识，为合理安排施工流程提供依据。

5.7 进度模拟

将revit模型导入navisworks软件中进行施工模拟。因建模软件均有各自

的针对性，如：revit主要针对建筑模、结构模和机电设备，civil 3D软件对道路工程及土方工程具有优势，teckla软件针对钢结构，bentley软件针对水利工程和桥梁工程。各类建模软件彼此间不兼容，但均可导入navisworks软件中组成一个整体模型进行一些功能运用。

将microsoft project编制的进度计划导入navisworks中并与三维模型动画关联进行施工模拟。可以比较直观的了解工序安排及进度流程。

5.8 安全质量监控

根据项目前期BIM总体计划安排中所列的职责，现场施工人员可以通过基于BIM系统的手机移动端应用拍摄现场施工质量、安全防护、施工节点和进度等内容，并将有疑问的施工照片通过手机移动终端上传到BIM系统中。目前，可将已上传的上百张照片与BIM模型中相应的内容作对比。另外，在安全、质量会议或生产例会上，可以通过鲁班BE客户端查看出现的问题，并与现场沟通，从而确定相应问题的处理方法，以避免因为语言表达或文字描述不清而引发的争论。这样做，不仅提高了工作效率，还为现场管理提供了重要的图像依据，形成项目质量、安全等方面的资料库。

5.9 物资需求计划

完成上述工作后，在项目前期就能得到准确的数据支持，为项目各条线施工人员提供强大的数据支撑。同时，项目各岗位人员可以根据自身需要，利用BIM 系统灵活地在模型上划分施工段，调取相关施工段数据编制项目材料采购计划。

BIM系统中集成了精确的工程量数据，所以，可结合项目的施工进度安排相关工作，在每次施工前，可利用系统提取各时间节点、各施工段所需的材料计划，工程部人员在施工完成之后要对比实际用量与图纸标准用量，确定材料的使用损耗率，从而找出工程问题的根源所在，并加以控制，以降低类似问题发生的概率。

5.10 在各施工专业协同合作中的应用

在每一个工程中，都不可避免地会涉及多个施工专业，而要质量得到保障，以及有序的工程施工过程，就需要让各施工专业相互协调合作，在工程施工方案的指导下相互配合。但是在实际工程施工中，各施工专业都是相互独立的，有的

施工专业一般也不会在同一施工阶段同时进行，这就导致各施工专业间不能及时得到有效的施工信息，有可能对后期施工专业的施工带来一些不便和麻烦，进而影响施工成本、质量和进度。而在BIM模型软件的应用下，各施工专业的工作人员可以基于本施工专业要求和发展进行建筑信息模型的建立，并结合工程项目中已设定的中心文件，及时将新建或者已修改的建筑信息添加到中心文件中，让各个施工专业人员都能够及时了解和掌握最新的工程施工动态，并以此为基础积极配合和开展施工流程和工艺的优化，进一步提升工程施工质量和效益。

6 BIM技术的应用成果

在该工程中应用BIM技术具有以下几点作用：

（1）施工阶段应用三维模型可快速查询工程所在地质情况、构件结构、位置信息等，节省管理人员时间，有效提高工作效率。

（2）安全技术交底时应用BIM技术可以使情况更直观，使管理人员和班组人员能够容易理解施工重点、施工措施和注意事项。

（3）BIM5D软件统计的模型工程量与清单工程量和实际消耗量进行多算对比，方便成本管控。

（4）运用BIM技术实现4D施工模拟，在计算机上进行施工模拟，不仅可以提前发现施工中可能出现的问题，而且还能够提前采取相应措施降低施工风险，确保施工安全，尽可能避免出现返工现象。

7 结束语

由于BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和出图性的特点，所以，它被广泛应用于工程施工中。这项技术是建筑行业未来发展的趋势。BIM技术能提高施工企业总承包集成能力，能合理控制工程成本，实现绿色环保施工的理念，是建筑企业信息化建设的有效途径及未来智能城市的重要组成部分。本工程将BIM技术引入水利工程的施工中，今后应尝试采用多种软件建模，在对比分析后选择适合各工程特点的软件，同时还应通过建立BIM管理系统，深入挖掘BIM 价值，争取让BIM技术更好的为工程建设服务。

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