基于BIM與VB技術的水閘模型信息應用

姜 楠, 劉永強

(河海大學 水利水電學院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

在當今大數據的時代背景下，隨著全國信息化產業的快速發展，各個行業都在進行對信息化的研究，傳統的圖紙和二維建模已經不能滿足當今社會的發展，實現工程的信息化資源共享，對提升建設工程項目管理水平有著重要意義。其中建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)這項全新的技術目前在土木建筑領域已經有了廣泛成熟的應用，但在水利行業中，目前相關的BIM研究大多處于初步設計階段，施工階段中BIM的應用鮮少提及，大多數的BIM應用是將模型與信息分離開的，造成了信息應用的脫節。

關于BIM在水利工程中的應用，龍潛等[1]對水利工程整體的BIM應用現狀做了研究，馬飛等[2]對側重研究BIM與SQL數據庫融合后的安全管理情況做了研究，王明明等[3]對水利工程應用BIM的障礙做了簡要概述，孫少楠等[4]對BIM在水利工程中的應用點做了簡要概述，為水利工程建設提供參考，王明明[5]利用Navisworks將土石壩模型與施工進度計劃相關聯，建立土石壩施工BIM模型，對BIM在水利工程施工中的應用做了探討。Ahmad等[6]認為BIM可以規避多種風險，但同時也會帶來諸多風險。Hattab等[7]探討了BIM采用是否能同時考慮社會互動機制和信息流動態，從而改善設計工作流程的問題。MA Zhiliang等[8]探討了BIM在施工質量管理中的可靠性和有效性。LI Meng等[9]通過BIM對施工自動安全風險識別進行了探討。Nizam等[10]對基于BIM的建筑評估工具進行了研究探索。MA Zhiliang等[11]基于本體論和自由平臺對BIM的快速開發做出了相關研究。Ham等[12]做了基于BIM的建筑誤差分析。LIAO Longhui等[13]對基于BIM的工程人員管理進行了研究。Rock等[14]為業主方開發了BIM管理模型等。

通過對文獻的閱讀與深入的思考，可以發現，現今水利行業對BIM的研究十分有限，大多數停留在BIM在水利行業發展的整體性綜述和概論上，細致深入的應用研究較少，關于施工進度控制方面的應用大多數停留在理論層面，而且大多數BIM相關操作具有單一性而缺乏動態性，無法形成一個動態管理的平臺機制。

針對以上水利行業BIM應用的不足之處，本文以一個實際水閘工程為例，首先采用Revit族參數建模，對工程量、圖紙、3D漫游等模型信息進行初步提取和匯集。其次，在Visual Studio平臺，采用VB編程對Revit軟件在三維族建模的基礎上進行二次開發，對提取的信息進行處理。最后，以BIM技術與VB語言為依托，建立BIM-VB施工進度與人材機資源配置的動態管理窗口，通過提取工程概算表中的人材機數據，動態生成施工進度圖與人材機計劃表，將模型與信息結合，為設計方和施工方提供一個共享的信息平臺，以對水利工程模型的信息應用進行有效的探索，提高工程效率，減少設計單位和施工單位之間的溝通問題等，信息管理流程大致如圖1所示。

圖1 信息管理流程圖

2 基于BIM與VB的模型信息應用系統

為解決水利工程施工中工程變更等問題，在Revit建模時，本文采取族模型，在后期工程的尺寸改變時可直接在屬性窗口修改尺寸，生成的圖紙和工程量也會隨之改變，不必重新建模。鑒于Revit軟件系統本身的局限性，本文基于Visual Studio平臺通過VB編程對Revit進行二次開發，可在程序設置中直接對提取的工程量進行預處理，利于工程概算的編制。結合上述流程，基于VB編寫的程序代碼，創立施工進度與人材機資源計劃配置的窗口。從上述已完成的工程概算表中提取工程單價中的人材機資源消耗量，按照概算中的分部分項工程表，在設計好的窗口中輸入工期等時間要素，生成該工程的施工進度圖、橫道圖和人材機計劃表，使生成的內容可以根據模型信息的改變而改變，達到“一處動則處處動”，有效實現模型信息的動態應用，模型信息應用流程如圖2所示。

3 工程實例

3.1 工程概況

某水閘工程位于安徽省阜陽市的淮北大堤上，建筑物等級為1級，該排水閘兼有擋洪和蓄水功能，水閘共7孔，單孔凈寬 5 m，順水流方向長18 m，閘室型式為胸墻式，采用雙層平面鋼閘門擋水，下層門采用卷揚式啟閉機啟閉，上層門采用螺桿式啟閉機啟閉，閘室兩岸上下游均設置擋土墻與兩岸連接。該閘閘室總凈寬35 m，底板頂高程18.16 m，底板厚1 m。閘室中間三孔一聯，其余兩孔一聯[15]。

3.2 參數化建模

在工程的設計和施工過程中，設計和施工單位都需要大量的平面圖和剖面圖，有時還要隨著工程的變動，對相應的一系列圖紙進行改進。本文根據已有的地形圖紙和水閘主體工程圖紙，對該水閘的主體工程和地形進行三維建模，既能形象直觀地展示工程的情況，更能根據實際工程尺寸的變更，對參數化模型進行調整，而改正后的尺寸也可以自動在圖紙中展示出來，減少了大量的工序。三維參數建模的流程圖如圖3所示，最終的主體工程模型與開挖后地形模型的相互安置如圖4所示。

圖2 模型信息應用系統流程圖

圖3 三維參數建模流程圖

3.3 信息提取與預處理

3.3.1 VB二次開發 Revit軟件具有導出工程量的功能，但是針對水閘工程這種工程量相對較為復雜的工程，導出的工程量不易處理。為了對所提取的工程量數據進行預處理，本文通過VB編寫二次開發程序，生成Excel表格進行工程量統計以備后期的數據運用。

圖4 水閘工程與地形三維模型

此項程序是在Visual Studio 2012軟件上實現的，在VB編程界面中添加Revit API和Revit APIUI等引用，然后對二次開發工程量統計的代碼進行編寫，資源管理界面如圖5所示。通過程序的編寫，將代碼與相關的工程概算表格地址相關聯，導入Revit后可以導出相關工程量的相應屬性如“標記”“注釋”“體積”“凈剪切填充”等，以此達到對工程量信息的預處理。在完成程序的編寫后，將程序相關的addins文件插入Revit的地址文件中，即可完成Revit的二次開發。

3.3.2 工程概算的編制 工程概算是工程成本控制的重要指標，高效準確地編制工程概算對于工程的進展有著重要的意義，如果使用已有的概預算方法，當材料的價格發生改變時，概預算就需要進行重新計算。

本文基于二次開發后預處理的工程量，結合國家規定的相關概算編制規范，編制工程概算Excel表格，實現概算各部分的聯動性。任意改變材料的價格，總概算也會隨之改變，減少了工程變更帶來的繁瑣工序，提升了概算編寫的效率，并為后續信息處理提供了數據支撐，在模型信息應用系統中起到“承上啟下”的銜接作用。

3.4 信息的處理與共享

3.4.1 界面設計 對于界面的參數設計，主要分為兩類：第一類是時間參數，反映了該工程計劃的進度，包括開工日期、竣工日期，以及可以根據前兩項參數自動導出的總工期數；第二類是控制參數，如圖6界面第二行所示的控制按鈕，編寫相應的控件代碼將時間和相關的概算數據銜接，導出需要的進度表、橫道圖和資源計劃表。這些參數的設置都是環環相扣的，在完成工期的設置后，能根據銜接的概算數據動態生成相應的配置內容。同理，在工程進度發生變更后，施工進度表、橫道圖和資源計劃表也會隨之進行改動。

3.4.2 VB程序編寫 在Visual Studio中選擇相應的VB編程界面添加相關引用。先插入兩個Date Time Picker的控件來顯示日期，在上方插入兩個label進行標記時間點，然后插入一個Button控件并編輯控件的程序為完工日期與開工日期的差值，將計算的天數放于后方的“總工期”控件中。在左上角通過“Tool Strip Menu Item”控件設置下拉菜單分別為“新建工程”，“打開工程”，“已有工程”，實現對相關概算文件的引用，在上述已建立的控件下方插入3個Button控件，分別命名為“生成進度表”、“生成橫道圖”、“生成資源計劃表”，并在每個控件上編寫程序，操作界面如圖6所示。

3.4.3 施工資源計劃的生成 在水利工程施工的過程中，施工進度控制十分繁瑣，工程項目的變更有時會直接導致后續一系列的數據調整。在根據上述流程把模型、圖紙和概算進行了動態結合后，編制VB程序將施工進度圖和人材機計劃表進行關聯，以達到模型信息的進一步應用。

圖6 施工資源計劃界面

程序數據來源于上述工程概算編制中的主體建筑工程概算表和工程單價分析表，在程序啟動后生成的Excel表格中，右上方顯示窗口設置的月份，本文以從5月至9月的時間點為例，輸入在相應的時間段完成的工程量比例，如圖7所示，在5月份的上半月需要完成上游引渠段土方開挖工程量的50%，完成所有進度設置后需要進行保存?！吧蓹M道圖”按鈕會依據上述保存過后的表格生成相應的橫道圖，橫道圖是由“*”組成的，其中每一個“*”代表著10%的工程量，如圖8所示?！吧少Y源計劃表”按鈕會基于上述步驟保存的內容以及工程單價分析表中的數據生成相關的人材機資源計劃表，根據相關定額內容及進度表中計劃的工程量，對相應的數據進行分配，生成相應時段的人材機消耗量，如圖9所示。

基于VB的施工資源窗口設置可以達到工程信息的高效共享，有效解決水利工程施工過程中的資源分配問題。在發生工程量變更及人、料、機資源配置不均等狀況時，工程人員可以通過該窗口及時進行動態更新，可節省大量的人力物力，便于工程設計方、施工方和承包方的信息交流，利于工程進度的快速推進。

圖7 施工進度表部分預覽圖

圖8 橫道圖部分預覽圖

圖9 人、材、機計劃表部分預覽圖

3.5 信息動態追蹤

在所構建的模型信息應用系統中，信息的動態追蹤主要在以下3部分中進行：首先，設計方和施工方可以根據VB創建的施工資源計劃窗口，對實際工程變更引起的信息量的改變進行更改，實現信息平臺上的資源共享；其次，在對信息的處理階段，主要是概算方面的調整、市場價等可變因素發生變化時，可直接修改相應數據后動態生成相應的進度和人材機計劃表；最后，在工程信息的提取階段，當圖紙變更導致工程量發生變化時，只需修改模型相關聯的族屬性，對應的概算與施工信息會動態更改。通過采用BIM與VB的技術，對模型信息的動態追蹤，不僅實現了大數據背景下的水利工程資源信息共享，還可以有效提升水利工程的施工管理水平。

4 結 論

為響應大數據時代號召，針對現今水利工程施工工序繁瑣、工期長、管理復雜等特點，以及BIM技術在水利工程中的應用中雖然大力普及，但仍然存在與實際工程脫節等問題，本文以某實際水閘工程為例，利用VB技術，對Revit進行二次開發，完成對三維模型信息的提取收集、處理和共享，并基于程序設置的窗口平臺，實現對模型信息的動態追蹤，共有以下3個成果：

(1) 信息的提取收集和預處理，采用VB二次開發，規避Revit自身的不足之處，并對模型信息量進行預處理，為水利工程概算的編制提供便利。

(2) 信息的處理與共享，用VB代碼設置施工資源配置窗口，對提取的信息進行處理，并在該平臺上實現共享，通過編寫程序和相關函數，實現模型、概算、施工進度、人材機計劃的動態關聯，有效節省施工組織管理的時間，提升施工控制效率。

(3) 信息動態追蹤，通過施工資源配置窗口、概算文件、三維模型等途徑，對工程信息進行定位追蹤，針對材料價差、資源配置不均、工程圖紙變更等工程問題，可直接進行修改，并達到與其他內容的動態關聯，實現對模型信息的有效追蹤和修改，提高了施工進度控制的效率。

實踐證明，Revit三維建模軟件在經過VB二次開發之后，在水利行業有著極好的前景，一方面代替了傳統的二維圖紙模式，實現了水利工程的數字化建模；另一方面通過Revit二次開發，結合VB編程的施工資源配置窗口，實現動態關聯，有效減少工程變更所帶來的繁瑣工作量，且該信息應用系統可以在對信息進行共享的同時，實現對信息的追蹤，進一步提升水利工程的設計及管理水平。另外，考慮到水利工程的復雜性和多樣性，本次對模型信息應用的探索僅限于水閘工程，未來還可以對其他水利工程進行相關的探索。BIM技術應用于水利工程需要有成熟的流程和統一規范的管理體系，配合熟練技巧的從業人員，才能充分發揮BIM的價值，從而促進整個水利行業的發展。