□刘倬昀
科技创新
基于BIM的堤防工程三维信息模型构建及应用
□刘倬昀
研究堤防工程三维信息模型构建框架，并以Bentley系列软件为平台，基于某堤防工程，研究三维建筑模型的构建方法与流程，将BIM技术理念贯穿于堤防工程建模之中，实现堤防工程三维信息模型构建及成果应用。
堤防工程；
三维信息；
建筑模型
水利工程多具有规模大、布置复杂、涉及专业多、开发建设周期长、建筑设施信息量大以及对社会、生态影响大等特点，因此将信息化技术与水利工程深度融合，对提高水利工程建设信息化水平具有重要意义。现以水利工程中的堤防工程为例，应用BIM构建工程模型，在此基础上研究BIM设计的应用成果，突出信息时代水利工程建设与BIM技术应用融合的转型升级。
对某堤防工程进行BIM设计，建立各专业BIM设计模型，在工程勘测设计的不同阶段开展方案比选、碰撞检测、工程量统计等应用，提高工程整体设计质量与效率，提供更为优质的设计产品与技术服务。
项目采用Bentley系列软件作为BIM建模平台进行BIM设计，模型格式为DGN、FBX、DWG等，实现BIM设计目标。
1.1 分阶段持续提供带材质的BIM模型
在勘察设计各阶段，按照建设单位要求，分阶段提供带有材质的BIM模型。结合工程项目建设内容，勘察设计各阶段的BIM设计主要包括：地质、原始地形、堤防、穿堤建筑物、景观绿化及驿站BIM模型等。其中，原始地形BIM模型采用无人机航测技术，通过无人机倾斜摄影获取超高分辨率数字影像，实现测绘数据的高精度表达。这些模型按相应设计阶段要求提供并附带材质。利用BIM模型获取模型的各种参数，并从模型中自动统计和获取所需要的模型实物量，同时可实现模型变化与工程量变化同步。
1.2 满足各阶段模型深度等级及模型规则要求
各个阶段模型深度等级及模型规则满足《水利水电工程信息模型设计应用标准》T/CWHIDA0005-2019中对各阶段BIM模型成果要求，BIM模型中数字化对象尺寸准确、外观真实有效，模型构件附带有常规的信息属性。
1.3 满足对BIM模型对象编码要求
对BIM模型对象进行编码，编码满足《水利水电工程信息模型分类和编码标准》T/CWHIDA0007-2020的要求。
1.4 满足BIM模型建设要求
在BIM模型建设过程中编制工作计划、BIM模型建设方案、专业协作方式和质量管理办法等，形成的BIM模型成果原始文件校审完成后按工作计划提交给建设单位。
2.1 设计模型创建
BIM工程涉及工程的各个专业，为保障各专业间良好协作，需确定合理的工作流程。具体搭建流程如下：一是编写工作计划、BIM模型搭建方案、各专业协作方式和成果质量管理办法等。二是设计成果交接，各专业应按照工作时间节点要求及时将设计成果交至BIM设计专业人员，并协助其完成相应的模型搭建、模型组合。三是模型搭建，各专业设计工程师按照本专业设计内容进行BIM模型建立，并交由本专业项目负责人审核，审核通过后将模型上传至协同工作平台，由本专业BIM设计工程师进行专业总装，空间位置校正，项目负责人完成BIM项目全专业总装。四是碰撞检测，模型总装完毕后，进行整体碰撞检测，排查碰撞原因并及时整改，对最后一次碰撞检测结果进行存档保留。
2.2 属性挂接
模型构建附带有常规的信息属性。模型信息属性是BIM信息模型的关键部分，通过对模型进行信息属性的添加，可以对BIM整体以及每个构建都有充分的标识，为下一步施工模拟工作以及项目管理打下良好基础。
对于模型信息属性的添加，应用MicroStation CONNECT Edition、OpenRoads Designer CONNECT Edition、AECOsim Building Designer CONNECT Edition等软件搭建信息属性框架，并交由相关专业设计人员填写，最后由BIM工程设计团队进行最后的汇总、修正。
在MicroStation CONNECT Edition中使用项类型功能进行属性挂接，根据《水利水电工程信息模型设计应用标准》中BIM模型工程属性定义和信息等级参考表创建属性树，项类型属性树见图1，再通过连接项功能将对应模型挂接相应属性。
图1 项类型属性树
2.3 模型总装
在勘察设计各阶段BIM模型建立过程中，根据设计阶段的不同，依据《水利水电工程信息模型设计应用标准》要求的各阶段深度等级建立各专业BIM模型并进行单专业碰撞检查与设计优化，完成各专业模型建立，并按照我院勘察设计过程中规定的校审流程进行各专业校对、审核后形成各专业BIM模型。
各专业完成本专业BIM模型后，需进行模型组装整合，BIM总装模型及三维倾斜摄影成果按照CGCS2000国家大地坐标系、高斯正形投影、116度中央经线，1985国家高程基准进行模型组装，并保证组装后的模型几何信息和属性信息准确。各专业将本专业模型上传至协同管理平台，由BIM应用工程师将模型各部分参考至空文件中，将模型位置放置在相应现状地形中，形成整体模型。
图2 碰撞检测结果界面
由于各专业建模软件不同，各专业BIM应用工程师建立的模型需要统一格式和版本类型，对于不同的文件格式，在组装之间要进行模型整理，转换或导出成为统一格式再进行组装，保证专业间模型的可用性，保障各专业模型最终能够整合为一体。
由于各专业模型之间体量大小存在差异，模型建造时各专业应用的坐标位置存在差异，BIM应用工程师需要预先确定控点坐标及高程，保证模型控制位置与平面图位置相关联。具体组装应从大到小、从整体到局部，在确保前一部分模型组装正确的前提下，后一部分模型依据前一部分模型组装形成，将所有模型安放到正确位置。
2.4 模型审查
按照勘察设计过程中的过程控制程序进行校对、审核和评审后，建成满足发包人要求的包含全部设计数据信息带材质的BIM模型。对各专业建立的BIM模型以及模型信息完整性和精度进行校审，确保符合要求的信息已全部提供并输入BIM模型中，包括所有过程变更信息。BIM模型除与基础资料进行核对外，还应对不同参建方信息进行相互验证。
2.5 设计段模型变更管理
建设设计过程中，根据工程变更、现场实际情况，对BIM模型进行调整，使其与设计保持一致。由专人负责整个项目BIM数据的归档及维护，并定期向项目负责人汇报数据汇总情况，数据归档格式及内容应严格遵循项目初期与建设单位商定的格式。BIM小组成员权限和其他成员访问权限，由项目负责人负责设定并及时维护更新。数据维护及归档工作透明化，实时反映工程设计实际。
3.1 各设计阶段应用成果
BIM应用成果涉及阶段包括前期（可研）BIM设计、初步BIM设计、施工图BIM设计3部分。
3.1.1前期（可研）阶段BIM设计
前期（可研）阶段BIM设计工作已基本完成，建模深度及建模内容符合相关规范及标准要求。主要完成内容包括各主要涉及专业模型，成果主要用于方案展示、方案比选、分析计算、统计工程量等。
3.1.2初设阶段BIM设计
本阶段BIM设计主要内容包括所涉及的全部专业模型，BIM成果主要用于统计工程量、漫游渲染、工程制图以及数字化交付等方面。
3.1.3施工图阶段BIM设计
本阶段BIM设计要求在初设BIM模型基础上进一步深化，模型分类及编码要满足规范标准，BIM成果应用增加碰撞检测、施工仿真等。
3.2 模型碰撞检查及图纸反馈
3.2.1模型碰撞检查
设计人员在各个阶段设计过程中，由于对现场具体了解不够深入或各专业之间沟通不够默契，很可能存在设计构件碰撞的问题，尤其在施工图纸之前要做碰撞检测，能够对建筑物的整体和各部分特征进行直观观察描述，各建筑物之间时间空间上的联系各专业间的空间碰撞关系，使工程建设各方更快更全面把握工程的情况。
在模型构建组装过程中，专业间往往存在模型交叉碰撞的问题。这就需要各专业BIM应用工程师进行分析讨论，查找模型交叉碰撞原因予以解决，以保证各专业间模型组装正确性。模型碰撞检测可以使用MicroStation自带的Clash Detection功能实现。部分检测结果见图3、图4。
3.2.2图纸反馈
将各专业BIM模型进行合并，在施工前进行各专业设计图纸检查，提前发现图纸问题，查找各专业间冲突点，及时发现可能存在的问题并在施工前调整设计，减少设计图纸自身错误或冲突导致的工程变更、现场签证。
参照初步施工方案进行模拟施工，分析和优化施工方案，以及重点难点可行性进行研讨，从而发现施工中可能出现的问题，在施工前就采取预防措施，直至获得最佳施工方案，从而大大降低返工成本，减少资源浪费、施工冲突以及安全问题。
3.3 工程量统计
在开展设计的各阶段，按照发包人要求，分时段持续提供带有材质的BIM模型与满足工程计量的工程量清单。基于BIM的工程管理，将工程量信息和模型相结合，实现模型变化与工程量变化同步，充分利用模型进行工程量管理。BIM模型的实物量统计在技术上有较大优势，一旦模型建立即可从模型中自动统计和获取到所需要的模型实物量，配合造价部门的计算在实现性上有较大优势。可通过MicroStation CONNECT Edition软件中的报表功能实现BIM模型工程量统计计算。
按照统计工程量的项目类别建立项类型属性树，并对应相应模型挂接属性，再通过报表功能统计各类模型体积从而统计工程量，生成工程量清单见图3。
图3 工程量统计结果
以相对完整的思路把BIM技术融入堤防工程建设之中，阐述了堤防工程BIM设计的主要工作内容，以及模型构建的详细过程，论述了水利行业设计各阶段的主要应用成果，为水利工程的三维信息模型构建及应用提供了路径和方法。□
2022-12-08
刘倬昀，男，汉族，河北省水利规划设计研究院有限公司，工程师。
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