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【摘 要】随着打造多样化城市面貌的理念的推广，G市秉持自我城市建设特色拟在新区建设时打造一个大型水系工程项目。为探索如何实现多快好省地完成H水系工程建设项目，文章首先分析了H水系项目工程的复杂性、专业性和较高的建设要求，并以此为前提，通过描述利用BIM技术搭建协同合作的虚拟平台、建立精准的参数化三维模型、对复杂工程进行快速算量、对设计变更进行有效性验证及对关键部位进行模拟检查等工程应用活动，论述了如何利用BIM技术优势优化水系工程建设过程，实现该类型工程智能化、信息化的管理，从而证明了BIM技术在复杂的项目管理中应用的科学性和有效性。
【关键词】H水系项目;BIM技术;工程应用
【中图分类号】TU71 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）12-0098-03
0 引言
2012年G市开启新城区建设工作，基于其独特的城市水景观建设文化和新区雨洪管理的基建需求，G市政府决定依据新区现有的河流湖泊和地貌特点，通过整治和打通现有河道、建设壅水坝与补水渠及完善周边园林绿化等方式，建立一个集河道整治、净水蓄水、防洪排涝、景观园林等多种功用为一体的综合性水利建设工程——H水系建设项目。H水系工程项目具有以下特点：①建设规模较大，分部分项工程较多，具有相对复杂性和系统性;②对规划建设的合理性和预见性要求较高，工程建设过程试错成本较高;③建设投入大、耗时长，建设过程中不确定的风险较多;④专业程度高，不同专业、不同工种需要协调合作共同完成等。利用传统的CAD技术，其二维的特性导致在参数调整、施工交底及具体应用时存在时滞性高、表达不明等弊端[1]。因此，如何利用新技术帮助从设计到实物的转化过程加速推进成为亟需解决的现实问题。针对一些规模较大的项目，BIM技术以3D建模为框架构造的建筑信息存储库，可以对施工方案进行优化[2]。
BIM即Building Information Modeling的简称，是为了优化工程从设计到建造整个过程的数据化技术工具，将工程相关的信息数据通过参数化的模型进行整合，并为建设施工整个生命周期提供信息共享和交流的平台[3]。BIM不仅是单个的软件，它是一种新的项目建设实施方法，将施工过程从设计到建模，从管理到运营整个循环都集中到一个技术平台上。BIM技术所提供的一体化设计、管理、分析平台更适用于复杂工程，利用三维集成设计实现多专业与学科的联合应用，使得设计中的各方面信息点的转递与转化更加方便与快捷化[4];利用其仿真模拟特性，能够花费较少的成本在尽可能地接近实际情况的模拟系统内不断地进行设计方案的优化。
1 BIM技术在H水系工程项目中的应用
1.1 搭建协同合作的虚拟平台
由于H水系工程项目参与建设的单位众多，数量巨大的共享文件的传递和修改成为一项烦琐的工作，而为了让各参建方可以在整个建设过程中随时随地对项目工程实现网络化、协同化管理，让所有施工资料能够集成管理、及时读取和安全访问，水系建设业主单位搭建了Project Wise平台。在工程管理过程中经常使用的MicroStation、AutoCAD、Office等应用程序的文件，在ProjectWise平台上可以直接打开进行操作，加快了文件处理的速度，提升了办公效率。利用ProjectWise系统的应用优势，项目部整体实现了业主监理灵活发布、设计团队智能共享、施工团队动态审查等诸多管理优化，满足了多方信息实时交互的需求，实现了实时动态、集成高效的管理模式。
1.2 建立精准的参数化三维模型
在水系工程中，Civil 3D强大的地形处理能力与Revit建筑模型建立的便捷性得到了有效交互，三维模型是现实场地与设计建筑的真实结合。Civil 3D是土建活动中带状工程的建模首选，适用于H水系建设中的河道疏浚、护岸道路建设等带状工程的建模工作。利用Civil 3D的原始场地分析和三维地质分析功能，可以在施工前对河道的流向、交汇及护岸的坡度、坡向等进行预先分析，同时还可对现有建设方案进行有效验证。在进行该项目某渠道岸边道路建设时，借助Civil 3D的配套软件构件了包括路面、堤背、护坡、宾格和花池等各类部件，然后导入Civil 3D进行组合使用。只要对部件参数进行调整，就可以得出不同的建模设计，再配合Civil 3D所建立的原始河岸模型，选择出最适合的方案，减少后期返工。
而Revit软件可以完成H水系建设项目中渡槽、桥梁、坝体等水工建筑物的三维建模，通过族功能创建出目标物的各个构件再组合成完整的三维模型，提供更直观的设计呈现，同时能对配筋、钢骨等组件进行分析，方便后续算量和调整。图1为H水系项目中大皇山闸坝的三维建模。河道渡槽建设规模不大，但施工工序较繁琐，渡槽架构包括独立圆柱槽墩、梯形墩边和渡槽顶面，每一个构件都分布大量需要人工绑扎的钢筋，因此需要进行明确的施工交底。为解决书面交底难以说明的弊端，采用了更高效、更直观的Revit軟件建模，利用建立的3D钢筋模型对关键的槽墩和槽身部位在实地建设前进行模拟施工，确保现场操作人员迅速掌握施工要求。
1.3 实现复杂工程的快速算量
基于三维模型的快速算量是BIM参数化优势的体现，也是普及最快的应用方向，通过BIM技术传递出来的数据信息具备较高的精准性及真实性[5]。在水系建设过程中，无论是河道工程还是水工建筑物工程，都会涉及大量的工程量计算，BIM技术利用现代化的数字信息处理技术，信息处理能力更强，可为工程建设提供更强有力的数据支持[6]。
（1）使用BIM技术进行土方量计算。技术人员结合原始设计图和放线测量所得出的数据，建立与实际地形吻合的三维模型。在河道工程施工前，利用Civil 3D曲面模型的建立功能，可以先由技术人员结合原始设计图与放线测量所提供的原始地形数据，建立原始地形模型与设计模型，两个不同模型结合在一起后就可以清晰地表现出需要进行填挖处理的土石方区域。基于BIM模型的参数化动态关联特性，工程部可以以模型为基础进行挖掘和填筑实验，从而选出最佳方案，并准确、快速地计算出土（石）方的开挖和回填量。 （2）使用BIM技术进行工程材料量的计算。以往的水利建设工程量计算常常采用人工统计的方式，二次复核耗时且费工。例如，水系建设中坝体、护坡、渡槽等异形结构体，钢筋图纸复杂，人工算量容易出现错项和漏项。在H水系建设工程引入BIM后，就可以在完成目标物的三维建模后，直接从Revit软件中获取钢筋等材料的工程量统计，再和原有数据进行比对，就可以大大提高计量效率和准确度。
1.4 针对设计变更的有效验证
设计变更是建设过程中难以避免的问题，一旦变更就需要对新旧方案进行对比，同时对新的设计的可行性进行验证。以H水系项目为例，某河段原本设计为渡槽与人行道分离的形式，该渡槽长度较长又位于河道转弯处，但原方案对行洪泄洪会产生不利影响。加之该河段后續河道岸线发生了变更，原有渡槽的设计长度不再适合现有河道宽度，因此需要进行设计变更。在修改讨论时，设计人员曾提出直接增加渡槽跨数的方案，利用Revit模拟建设后发现该方案中桥台会直接压于亲水步道上方隔断亲水平台，为避免重新设计花费过长时间，设计单位与施工方在BIM建模的基础上对原方案进行了修改验证，设计出结构更紧凑的“下通水、上行人”的新型渡槽，通过Revit设计出来的圆柱形独立墩，不仅美观度有所提高，水流通过情况也更好，更好地满足了业主的需要。
在项目河道岸线设计变更时，项目部引入了基于真实环境数据进行基础设施设计的InfraWorks 360软件，利用Civil 3D制作的三维河道模型导入到InfraWorks 360进行数据交互，可执行洪水位模拟和分析，明确显示修改过后的河道在不同降雨量的情况下，一段时间内水面高程、水深和洪水淹没区域的变化，以在真实的数字场地环境模拟洪水淹没区域的过程。这种详实的数据分析，有效地验证了河道设计变更后能否满足既定的防洪要求，既提高了设计变更的效率，也为水系后续防洪排涝运行管理提供重要依据。
1.5 对关键部位进行模拟检查
在水系工程建设过程中，技术人员可根据施工图纸在Civil 3D应用上建立高精度的地形、环境及水工建筑主体结构三维信息模型，用以清晰地展示建设场地与设计构造物之间的微妙关系。以该项目某河道堤防与渡槽连接处的设计为例，通过BIM建模发现新渡槽进出口的渐变段位于河岸堤防的上方，但堤防可能出现不规则的沉降导致与其交汇的渡槽结构出现裂缝，因此决定在交汇处设置搭板用以承载渠道。但这一关键部位变更会调整渡槽进出口的位置，导致与原有渠道无法平顺连接。为解决这一问题，在BIM模型中对该接口采用渐变处理和圆弧形连接的手段进行处理，并通过了设计验证。这一模拟检查避免了施工过程中变更渡槽走向而造成的工期拖延和成本增加。
2 结语
本文以H水系工程项目为例，说明了BIM技术在河道工程、渡槽工程中应用的科学性，主要结论如下。
（1）参数化的建模为河道工程及各类水工建筑提供了便于调整的智能设计方式，无论是复杂部件的分部处理，还是关键部位的施工模拟，其三维可视化和动态链接性的特点都为设计方和施工方提供了极大的便利。
（2）与传统二维施工图相比，BIM建模图元之间的关系更清晰、信息承载更丰富，为设计审查和施工交底提供了更为直观易懂的展示方法。同时，对于目标物与环境之间的关系显示得更为真实，所有的冲突点一目了然，为方案验证提供了可靠的技术支持。
（3）BIM自带的统计功能和信息输入输出功能，极大地减少了统计分析的工作量，更利于项目成本和进度管理。同时，通过三维模型的参数化自动调整，确保跟随施工进度实时更新。
（4）在设计和建设过程中对水系各个部位进行全生命周期的数字化处理，在后期资产管理和运营阶段打造一个基于BIM数据的资产信息管理平台的难度将大大降低，为后期管理与维护提供了坚实保障。
参 考 文 献
[1]余军，田永生，胡燚，等.拱坝三维设计技术应用与研究[J].人民黄河，2013，35（3）：79-81.
[2]付永建.论BIM技术如何更高效指导工程施工[J].中国标准化，2019（10）：49-50.
[3]叶建科，耿茜，郑易，等.BIM建模技术在海事码头结构设计中的应用[J].水运工程，2018（10）：172-176.
[4]李莉.BIM技术在建筑设计、项目施工及管理中的应用[J].山东工业技术，2019（18）：116.
[5]曾晓真.BIM技术在建筑工程设计中的应用优势分析[J].中国标准化，2019（10）：63-64.
[6]任一希.BIM技术在建筑施工现场管理上的应用[J].中华建设，2019（1）：64-65.
【关键词】H水系项目;BIM技术;工程应用
【中图分类号】TU71 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）12-0098-03
0 引言
2012年G市开启新城区建设工作，基于其独特的城市水景观建设文化和新区雨洪管理的基建需求，G市政府决定依据新区现有的河流湖泊和地貌特点，通过整治和打通现有河道、建设壅水坝与补水渠及完善周边园林绿化等方式，建立一个集河道整治、净水蓄水、防洪排涝、景观园林等多种功用为一体的综合性水利建设工程——H水系建设项目。H水系工程项目具有以下特点：①建设规模较大，分部分项工程较多，具有相对复杂性和系统性;②对规划建设的合理性和预见性要求较高，工程建设过程试错成本较高;③建设投入大、耗时长，建设过程中不确定的风险较多;④专业程度高，不同专业、不同工种需要协调合作共同完成等。利用传统的CAD技术，其二维的特性导致在参数调整、施工交底及具体应用时存在时滞性高、表达不明等弊端[1]。因此，如何利用新技术帮助从设计到实物的转化过程加速推进成为亟需解决的现实问题。针对一些规模较大的项目，BIM技术以3D建模为框架构造的建筑信息存储库，可以对施工方案进行优化[2]。
BIM即Building Information Modeling的简称，是为了优化工程从设计到建造整个过程的数据化技术工具，将工程相关的信息数据通过参数化的模型进行整合，并为建设施工整个生命周期提供信息共享和交流的平台[3]。BIM不仅是单个的软件，它是一种新的项目建设实施方法，将施工过程从设计到建模，从管理到运营整个循环都集中到一个技术平台上。BIM技术所提供的一体化设计、管理、分析平台更适用于复杂工程，利用三维集成设计实现多专业与学科的联合应用，使得设计中的各方面信息点的转递与转化更加方便与快捷化[4];利用其仿真模拟特性，能够花费较少的成本在尽可能地接近实际情况的模拟系统内不断地进行设计方案的优化。
1 BIM技术在H水系工程项目中的应用
1.1 搭建协同合作的虚拟平台
由于H水系工程项目参与建设的单位众多，数量巨大的共享文件的传递和修改成为一项烦琐的工作，而为了让各参建方可以在整个建设过程中随时随地对项目工程实现网络化、协同化管理，让所有施工资料能够集成管理、及时读取和安全访问，水系建设业主单位搭建了Project Wise平台。在工程管理过程中经常使用的MicroStation、AutoCAD、Office等应用程序的文件，在ProjectWise平台上可以直接打开进行操作，加快了文件处理的速度，提升了办公效率。利用ProjectWise系统的应用优势，项目部整体实现了业主监理灵活发布、设计团队智能共享、施工团队动态审查等诸多管理优化，满足了多方信息实时交互的需求，实现了实时动态、集成高效的管理模式。
1.2 建立精准的参数化三维模型
在水系工程中，Civil 3D强大的地形处理能力与Revit建筑模型建立的便捷性得到了有效交互，三维模型是现实场地与设计建筑的真实结合。Civil 3D是土建活动中带状工程的建模首选，适用于H水系建设中的河道疏浚、护岸道路建设等带状工程的建模工作。利用Civil 3D的原始场地分析和三维地质分析功能，可以在施工前对河道的流向、交汇及护岸的坡度、坡向等进行预先分析，同时还可对现有建设方案进行有效验证。在进行该项目某渠道岸边道路建设时，借助Civil 3D的配套软件构件了包括路面、堤背、护坡、宾格和花池等各类部件，然后导入Civil 3D进行组合使用。只要对部件参数进行调整，就可以得出不同的建模设计，再配合Civil 3D所建立的原始河岸模型，选择出最适合的方案，减少后期返工。
而Revit软件可以完成H水系建设项目中渡槽、桥梁、坝体等水工建筑物的三维建模，通过族功能创建出目标物的各个构件再组合成完整的三维模型，提供更直观的设计呈现，同时能对配筋、钢骨等组件进行分析，方便后续算量和调整。图1为H水系项目中大皇山闸坝的三维建模。河道渡槽建设规模不大，但施工工序较繁琐，渡槽架构包括独立圆柱槽墩、梯形墩边和渡槽顶面，每一个构件都分布大量需要人工绑扎的钢筋，因此需要进行明确的施工交底。为解决书面交底难以说明的弊端，采用了更高效、更直观的Revit軟件建模，利用建立的3D钢筋模型对关键的槽墩和槽身部位在实地建设前进行模拟施工，确保现场操作人员迅速掌握施工要求。
1.3 实现复杂工程的快速算量
基于三维模型的快速算量是BIM参数化优势的体现，也是普及最快的应用方向，通过BIM技术传递出来的数据信息具备较高的精准性及真实性[5]。在水系建设过程中，无论是河道工程还是水工建筑物工程，都会涉及大量的工程量计算，BIM技术利用现代化的数字信息处理技术，信息处理能力更强，可为工程建设提供更强有力的数据支持[6]。
（1）使用BIM技术进行土方量计算。技术人员结合原始设计图和放线测量所得出的数据，建立与实际地形吻合的三维模型。在河道工程施工前，利用Civil 3D曲面模型的建立功能，可以先由技术人员结合原始设计图与放线测量所提供的原始地形数据，建立原始地形模型与设计模型，两个不同模型结合在一起后就可以清晰地表现出需要进行填挖处理的土石方区域。基于BIM模型的参数化动态关联特性，工程部可以以模型为基础进行挖掘和填筑实验，从而选出最佳方案，并准确、快速地计算出土（石）方的开挖和回填量。 （2）使用BIM技术进行工程材料量的计算。以往的水利建设工程量计算常常采用人工统计的方式，二次复核耗时且费工。例如，水系建设中坝体、护坡、渡槽等异形结构体，钢筋图纸复杂，人工算量容易出现错项和漏项。在H水系建设工程引入BIM后，就可以在完成目标物的三维建模后，直接从Revit软件中获取钢筋等材料的工程量统计，再和原有数据进行比对，就可以大大提高计量效率和准确度。
1.4 针对设计变更的有效验证
设计变更是建设过程中难以避免的问题，一旦变更就需要对新旧方案进行对比，同时对新的设计的可行性进行验证。以H水系项目为例，某河段原本设计为渡槽与人行道分离的形式，该渡槽长度较长又位于河道转弯处，但原方案对行洪泄洪会产生不利影响。加之该河段后續河道岸线发生了变更，原有渡槽的设计长度不再适合现有河道宽度，因此需要进行设计变更。在修改讨论时，设计人员曾提出直接增加渡槽跨数的方案，利用Revit模拟建设后发现该方案中桥台会直接压于亲水步道上方隔断亲水平台，为避免重新设计花费过长时间，设计单位与施工方在BIM建模的基础上对原方案进行了修改验证，设计出结构更紧凑的“下通水、上行人”的新型渡槽，通过Revit设计出来的圆柱形独立墩，不仅美观度有所提高，水流通过情况也更好，更好地满足了业主的需要。
在项目河道岸线设计变更时，项目部引入了基于真实环境数据进行基础设施设计的InfraWorks 360软件，利用Civil 3D制作的三维河道模型导入到InfraWorks 360进行数据交互，可执行洪水位模拟和分析，明确显示修改过后的河道在不同降雨量的情况下，一段时间内水面高程、水深和洪水淹没区域的变化，以在真实的数字场地环境模拟洪水淹没区域的过程。这种详实的数据分析，有效地验证了河道设计变更后能否满足既定的防洪要求，既提高了设计变更的效率，也为水系后续防洪排涝运行管理提供重要依据。
1.5 对关键部位进行模拟检查
在水系工程建设过程中，技术人员可根据施工图纸在Civil 3D应用上建立高精度的地形、环境及水工建筑主体结构三维信息模型，用以清晰地展示建设场地与设计构造物之间的微妙关系。以该项目某河道堤防与渡槽连接处的设计为例，通过BIM建模发现新渡槽进出口的渐变段位于河岸堤防的上方，但堤防可能出现不规则的沉降导致与其交汇的渡槽结构出现裂缝，因此决定在交汇处设置搭板用以承载渠道。但这一关键部位变更会调整渡槽进出口的位置，导致与原有渠道无法平顺连接。为解决这一问题，在BIM模型中对该接口采用渐变处理和圆弧形连接的手段进行处理，并通过了设计验证。这一模拟检查避免了施工过程中变更渡槽走向而造成的工期拖延和成本增加。
2 结语
本文以H水系工程项目为例，说明了BIM技术在河道工程、渡槽工程中应用的科学性，主要结论如下。
（1）参数化的建模为河道工程及各类水工建筑提供了便于调整的智能设计方式，无论是复杂部件的分部处理，还是关键部位的施工模拟，其三维可视化和动态链接性的特点都为设计方和施工方提供了极大的便利。
（2）与传统二维施工图相比，BIM建模图元之间的关系更清晰、信息承载更丰富，为设计审查和施工交底提供了更为直观易懂的展示方法。同时，对于目标物与环境之间的关系显示得更为真实，所有的冲突点一目了然，为方案验证提供了可靠的技术支持。
（3）BIM自带的统计功能和信息输入输出功能，极大地减少了统计分析的工作量，更利于项目成本和进度管理。同时，通过三维模型的参数化自动调整，确保跟随施工进度实时更新。
（4）在设计和建设过程中对水系各个部位进行全生命周期的数字化处理，在后期资产管理和运营阶段打造一个基于BIM数据的资产信息管理平台的难度将大大降低，为后期管理与维护提供了坚实保障。
参 考 文 献
[1]余军，田永生，胡燚，等.拱坝三维设计技术应用与研究[J].人民黄河，2013，35（3）：79-81.
[2]付永建.论BIM技术如何更高效指导工程施工[J].中国标准化，2019（10）：49-50.
[3]叶建科，耿茜，郑易，等.BIM建模技术在海事码头结构设计中的应用[J].水运工程，2018（10）：172-176.
[4]李莉.BIM技术在建筑设计、项目施工及管理中的应用[J].山东工业技术，2019（18）：116.
[5]曾晓真.BIM技术在建筑工程设计中的应用优势分析[J].中国标准化，2019（10）：63-64.
[6]任一希.BIM技术在建筑施工现场管理上的应用[J].中华建设，2019（1）：64-65.