BIM在水电工程施工总布置设计中的应用

项目介绍

黄登水电站位于云南省兰坪县境内，是澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案的第五级，电站布置方案为碾压混凝土重力坝，最大坝高203m，总库容15亿立方米，装机容量为1900MW，该电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、供水、水土保持和旅游等综合效益。本项目工程规模宏大，工程总投资估算额约173亿元，建设总工期81个月，主体工程区范围约20平方公里，区内布置大量的工程生产区、生活区以及加工厂等辅助企业，并分布错综复杂的道路交通系统。

解决方案

寻求BIM理念与技术支撑

黄登水电站主要施工区域布置有数十个分类复杂的大型施工区，施工交通系统纵横交错，主体建筑物中挡水建筑物、地下厂房、导流建筑物等均包含大量的体型庞大且结构复杂的建筑设施，设计流程与专业协调非常复杂，涉及到规划、勘测、水工、厂房、机电、施工等主要设计专业。为此，在新设计思想和技术高速发展的背景下，如何实现工程整体设计的全面协调化，进行全面信息化和可视化设计，一直是中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院（简称“昆明院”）的工程师们不断追求和探索的目标。随着BIM技术理念的发展，以及欧特克公司一系列BIM设计软件的应用为昆明院带来了全新的设计思路和方式。通过实践研究，BIM软件平台的应用为昆明院各专业在设计方面带来了巨大的转变，在进行三维一体信息化设计进程中，从水工结构设计采用Autodesk Revit Structure和Autodesk Revit Architecture开始，逐步到机电专业、金属机构采用Autodesk Revit MEP和Autodesk Inventor，以及施工等专业采用AutoCAD Civil 3D、Autodesk Infrastructure Modeler（AIM），BIM理念的实践应用得到迅速发展。

AIM提供新的支撑

随着AIM的推出，其强大的快速建模功能与AutoCAD Civil 3D数据的良好接口，以及在可视化方面的优势，为规划设计、多方案比选以及方案演示等提供了强大的技术支撑，特别是在初步设计阶段，其道路、水域、植被、建筑、景观以及信息关联处理等便捷而快速的建模功能，为设计师提供了强大的表达方式，同时可以把在AutoCAD Civil 3D中精确的设计模型以及其他GIS数据等汇入到同一模型中，使不同种类的数据和模型得以有效整合。

在昆明院，设计人员将AIM强大的城市规划设计功能应用到了水电工程的施工组织设计与规划之中，特别是在黄登水电站施工总布置设计应用中，在AIM的支持下，实现了以施工总布置为基础的三维协同一体化设计，而且为施工规划中的景观设计提供了高效便捷的平台，设计模型中的每个个体都可实现独立的信息化和可视化连接，当设计变更时只需对局部设计文件进行修改，导入AIM中便可进行自动更新，实现了多专业动态协同设计。

BIM模型概况

水电站工程设计涉及多个不同专业，包括地质、水工、施工、建筑、机电等。黄登水电站施工总布置以AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、Autodesk Inventor 等为各专业建模基础，以Autodesk Navisworks Manage为模型观测与碰撞检查工具，以AIM为总布置可视化和信息化整合平台开展BIM协同设计。

１.总体规划

AutoCAD Civil 3D强大地形处理功能，可帮助实现工程三维枢纽方案布置以及立体施工规划，结合AIM快速直观的建模和分析功能，则可轻松、快速帮助布设施工场地规划，有效传递设计意图，并进行多方案比选。

2. 枢纽布置建模

枢纽布置、厂房机电等需由水工、机电、金属结构等专业按照相关规定建立基本模型与施工总布置进行联合布置。

2.1 基础开挖处理

结合AutoCAD Civil 3D建立的三角网数字地面模型，在坝基开挖中建立开挖设计曲面，可帮助生成准确施工图和工程量。

2.2 土建结构

水工专业利用Autodesk Revit Architecture进行大坝及厂房三维体型建模，实现坝体参数化设计，协同施工组织实现总体方案布置。

2.3 机电及金属结构
机电及金属结构专业在土建BIM模型的基础上，利用Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Architecture同时进行设计工作，完成各自专业的设计，在三维施工总布置中则可以起到细化应用的目的。

3. 施工导流

导流建筑物如围堰、导流隧洞及闸阀设施等及相关布置由导截流专业按照规定进行三维建模设计，AutoCAD Civil 3D帮助建立准确的导流设计方案，AIM利用AutoCAD Civil 3D数据进行可视化布置设计，可实现数据关联与信息管理。

4. 场内交通

在AutoCAD Civil 3D强大的地形处理能力以及道路、边坡等设计功能的支撑下，通过装配模型可快速动态生成道路挖填曲面，可准确计算道路工程量，通过AIM可进行概念化直观表达。

5. 渣场与料场布置

在AutoCAD Civil 3D中，以数字地面模型为参照，可快速实现渣场、料场三维设计，并准确计算工程量，且通过AIM实现直观表达及智能信息管理。

　　6. 施工工厂

施工工厂模型包含场地模型和工厂三维模型，Autodesk Inventor帮助参数化定义造型复杂施工机械设备，联合AutoCAD Civil 3D可实现准确的施工设施部署，AIM则帮助三维布置与信息表达。

7. 营地布置
施工营地布置主要包含营地场地模型和营地建筑模型，其中营地建筑模型可通过AutoCAD Civil 3D进行二维规划，然后导入AIM进行三维信息化和可视化建模，可快速实现施工生产区、生活区等的布置，有效传递设计意图。

8. 施工总布置设计集成
BIM信息化建模过程中将设计信息与设计文件进行同步关联，可实现整体设计模型的碰撞检查、综合校审、漫游浏览与动画输出。其中，AIM将信息化与可视化进行完美整合，可以不仅提高了设计效率和设计质量，而且大大减少的不同专业之间协同和交流的成本。

9. 施工总布置面貌
在进行施工总布置三维一体信息化设计中，通过BIM模型的信息化集成，可实现工程整体模型的全面信息化和可视化，而且通过AIM的漫游功能可从坝体到整个施工区，快速全面了解项目建设的整体和细部面貌，并可输出高清效果展示图片及漫游制作视频文件。

BIM协同设计

BIM设计的核心及精华在于信息的全面性和专业的协同，在设计过程中可将AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、Autodesk Inventor、AIM等设计数据文件进行互联共享，集中分级管理控制，各专业可以高效的实现专业架构和设计，极大提高设计效率。

BIM应用发展

１. 设计理念的转变及提升。BIM能实现整个工程面貌的全面信息化及可视化，实现多专业、多方案的协同布置设计，各专业的最新设计成果可以实时反映在同一BIM模型上，相互关系在三维模型上一目了然，可避免不必要的设计干扰与信息阻隔问题。

2. 设计效率及质量的飞跃。通过系统的组织规划，BIM设计理念的实践可以实现多专业协同设计与出图，实现基于BIM模型的工程量精确统计以及设计模型智能冲突检测，而且在模型信息化功能的辅助下可以使设计人员从容应对设计变更，从而可以大大提高设计效率和设计质量。

3. 高效直观的设计表达形式。随着BIM设计平台的应用发展，特别是AIM的推出，可以让设计人员轻松的实现设计意图的概念化表达及应用，实现多方案虚拟互动漫游及展示。

未来展望——不断提升设计理念

随着设计理念和技术的发展，昆明院一直在追求更高效的设计方式，BIM作为一种新型的生产组织方式，是管理思想与技术的有机组合，BIM强调建筑项目整体的全面信息化，强调信息模型和管理流程在建筑全生命周期中的应用。在黄登水电站工程设计应用上，昆明院的项目团队使用了欧特克公司的各种BIM设计主流软件，在不同阶段开展相应的设计工作，高质量地完成了设计任务。
通过欧特克公司的系列BIM软件设计平台的应用，给昆明院的设计理念和质量都带来了极大的提升，同时在BIM技术的支撑下，各个阶段的设计流程与工作模式等数据也得到了有积累和继承，为后续项目的设计提供了宝贵的经验。

作者：杨宏斌

微信公众号：xuebim

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