BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用

劉麗華

(江西省鉛山縣水利局，江西 鉛山 34500)

BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用

劉麗華

(江西省鉛山縣水利局，江西 鉛山 34500)

水利水電工程可視化仿真技術是對傳統的采用文字或表格的形式來反映工程施工的創新，它是采用動畫的形式，將整個工程的動態施工過程形象的演示出來，可以幫助施工人員準確掌握施工信息。近年來，隨著我國水利事業額不斷發展，出現了很多規模較大、難度較大的工程項目，由此可視化仿真技術的重要性也越來越凸顯。建筑信息模型以取得項目中的關鍵信息為基礎，從而建立建筑模型，然后通過數字信息依據真實的建筑構建出真實的信息，么么狗對現在的水利水電水電工程起到很好的幫助作用。文章針對水利水電行業的特點，探討了BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用。

BIM技術；水利水電；可視化仿真；三維數字模型

0 前 言

隨著科學技術的不斷發展，現在已經步入信息化時代，而在水利水電行業，信息化技術也得到了很大程度的應用。隨著計算機科學與技術的發展，系統仿真技術也逐漸形成，應用在水利水電工程也取得了顯著的成效。傳統的水利工程設計以CAD為主，這不利于水利施工人員了解工程方案，在一定程度上影響了信息的交換與共享。BIM技術作為可視化三維設計技術，可以有效分析工程的設計好管理，可以有效提高水利水電的工程施工質量。

1 BIM技術概述

建筑信息模型是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎。來建立建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術是一種數字信息的應用，它不是將簡單的數字信息進行集成，是在計算機輔助設計CAD技術基礎上發展起來的技術，與傳統的二維模式比較，BIM技術可以減少設計變更的次數，提升設計質量，提高建筑工程的工作效率，避免風險的產生。BIM技術具有可視化、協調性、模擬優化型以及可出圖性等5大特點。從2DCAD過渡到以BIM技術為核心的多種建筑3DCAD，這將是未來計算機輔助建筑設計的發展趨勢。BIM技術特有的優勢是可以建立獨立的工程數據信息，通過三維技術處理系統中出現的各種問題，從而實現各個工程項目之間數據的交流和共享[1]。

2 BIM技術在水利水電工程中的三方優勢

目前BIM技術應用非常廣泛，不僅在我國大面積的應用，在全球范圍內也得到了很大程度的推廣，現在很多的基礎設施類工程也開始逐漸應用這一技術，下面探討一下BIM技術在水利水電工程中的優勢。

2.1 設計方優勢

1)可視化交流，依托BIM軟件進行三維建模,可以準確生成壩工程各部分剖面圖,減少了傳統二維設計中繪制剖面圖的工作量,提高了設計工作效率。

2)聯動化設計，在利用傳統二維進行設計時,經常由于工作人員疏忽大意,會發生錯誤現象，BIM建模之后,可以將所有的視圖、剖面以及三維圖聯動起來,無論是其中哪一處被更改和更新，其他也都會隨之更改和更新[2]。

3)多專業協調，水電站設計中各專業的最新設計成果實時反映在同一BIM上,錯誤碰撞、交叉千擾的問題顯而易見。

4)進行標準化設計，傳統的二維設計對工程設計人員空間想象力會提出十分嚴格的要求，而且也沒有一個十分統一的標準。應用BIM技術對工程設計人員的空間想象力要求并不是很嚴格，可以有效避免出現錯誤。

2.2 施工方優勢

可以進行多維施工分析，通過BM系列軟件建模,進行三維施工工況演示,與施工進度結合進行四維模擬建設,通過與概預算結合進行五維成本核算分析；讀圖的施工人員通過三維BIM技術，可以大大提高讀圖效率和讀圖的準確度，減少讀圖過程中可能遇到的障礙；應用BIM技術可以提高施工現場的管理水平，對于技術探討和簡單協同可以進行可視化操作，無需人工計算工程量，大大減少了工藝沖突的發生[3]。

2.3 運營方優勢

在傳統的技術中，需要人為進行施工竣工圖的整理，這樣很容易由于處理過程復雜以及工作冗雜出現錯誤，而應用BIM技術，可以自動的收集設計、施工各個環節的信息,可以有效提高效率,優化管理；通過BIM技術，可以更加優質、高效的管理資產以及空間，可視化進程與監控系統有機結合,大大節省人力、物力，實現成本的最小化。

3 可視化仿真中的三維數字模型構成

為了實現水利水電工程在施工過程中的動態模擬以及仿真信息等的功能，必須要建立一個三維數字模型。其中包括數字化地球模型、地形動態填挖、構建混凝土壩實體動態模型等等，為順利實施水利水電工程提供很好的前提條件。

3.1 數字化地球模型

在三維數字模型中，數字地球模型是一個非常重要的組成部分，在水利水電施工過程中發揮著重要的作用，通常情況下是利用Civil3D的軟件進行建立的。通過利用不規則的三角網絡進行地形表面的表達，三角網絡模型通過各個分散的地形點，按照一定的規則來形成三角網，從而繪制高低起伏的地形見圖1[4]。

圖1 數字地球模型

3.2 地形動態填挖

地形動態填挖是水利水電施工中十分重要的一個環節。在施工過程中，除了要考慮地形開挖，還要考慮到對局部地形的填筑。如果只有一個比較精確的原始地形曲面，這不足以演示實際施工過程。地形作為建筑物布置和施工活動的受體，一定要按照相關規定的步驟進行修改。首先要確定開挖建筑的設計曲面，然后利用放坡把設計曲面延伸到原始地形曲面，從而可以獲得兩個曲面的交線，最后利用原始地形曲面，沿相交線進行剪切，切除多余的填筑邊坡交線，從而將原始地形與挖填設計曲面完美結合，形成一個新的地形曲面。

3.3 混凝土壩建模

土石壩分區示意圖見圖2。由于土壩壩體地面是不規則的曲面，因此可以采用Rhino實體建模技術來進行混凝土壩三維實體的可視化建模。首先要根據材料的不同以及功能的不同來區別不同的壩體，然后再進行土石壩分區的三維實體模型的繪制，然后組合起來形成整個大壩的模型。初次之外，還要注意每個分區要根據填料的供給情況和施工進度情況來劃分填筑層，從而實現可視化仿真系統土壩的動態施工演示，從而得到土壩的最終效果圖如圖3所示。

4 BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用

1)地形處理仿真應用，BIM系統地形處理仿真可以利用特殊軟件進行處理，創建出三維的地形曲面，可以清楚的繪制出地形地質的特征，將植被、河流等的數據整合變為實體模型。

2)實時動態仿真與施工進度管理，BIM系統中還有Navisworks軟件，它可以導入各個模型設備，然后進行渲染和動態模擬分析。除此之外，還可以導入力學分析數據以及土方計算數據等等，從而來查詢水利工程的施工情況以及地形道路的作業情況。

3)水利工程CAD建模應用，它尅為施工進度仿真、地形仿真、施工動畫模擬提供實體模型，導入三維設計軟件建立的模型。

在CAD建模應用中還要注意以下兩點：要保證圖紙與模型的實效性，因為在水利工程設計中圖紙的變更次數比較多，因此必須做到明確圖紙的實效性。除此之外，為了提高設計效率，工程項目部還要做到統一三維建模標準。

圖2 土石壩分區示意圖

圖3 土石壩最終效果圖

5 總 結

在建筑工程行業發展中，BIM三維建筑信息模型是一項非常關鍵而且核心的技術，在數據模型化、信息數據化中起著直觀重要的作用，它打破了常規二維設計空間上的局限，為工程的數字化發展提供了技術支撐。水利事業不斷發展，出現了越來越多的高難度工程項目，因此，必須明確可視化仿真技術在水利水電工程中的運用，從而提升水利水電工程的施工質量。

[1]馮旭.水利水電工程可視化仿真中 BIM 技術的應用分析[J].自動化與儀器儀表,2016(03):214-215.

[2]寇豫吉.基于BIM技術的水利水電工程施工的研究[J].科技尚品,2016(08):38.

[3]苗倩.基于BIM技術的水利水電工程施工可視化仿真研究[D].天津：天津大學,2011.

[4]趙繼偉,魏群,張國新，等.水利工程信息模型的構建及其應用[J].水利水電技術,2016,47(04):29-33.

[5]姜少偉,滕愛軍,蔡兆虎，等.BIM技術在海洋工程可視化仿真中的應用[J].電腦迷,2017(01):131.

1007-7596(2017)10-0133-03

TP391.9；TV51

B

2017-09-18

劉麗華(1971-)，女，江西上饒人，工程師，研究方向為水利水電工程。