BIM与水利工程

地形BIM模型在水利工程中的应用，对铁路建设中准确计算土方开挖和填筑量有很大的借鉴作用。

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。

我国古代神话：大禹治水

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

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

小编：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。

· 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

小编：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。

铁路行业已拥有BIM技术管理平台应用体系

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。