汾河新二坝工程BIM技术应用

（山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原030006）

1 汾河新二坝概况

汾河新二坝工程位于汾河太原城区段综合治理三期工程与汾河二坝之间的汾河河道上，距太原市33 km，距清徐县16 km。项目建成后其上游区间河道总蓄水量315.8 万m3，形成163 hm2的湿地水面。届时，人们乘坐游船、划艇等将可通过船闸在太原汾河公园至汾河二坝之间不同高程水位段汾河内通行。

新二坝工程主体由壅水建筑物和通航建筑物组成，壅水建筑物主要为5 孔弧形闸和4 孔钢坝闸，通航建筑物为船闸。主要建筑物布置：弧形闸5 孔，总长120 m；钢坝闸4 孔，总长136 m（其中，左岸2 孔钢坝闸长58 m，右岸2 孔钢坝闸长78 m）；船闸1 孔，顺水流向长43.5 m、垂直水流向宽19 m。

2 BIM 简介

BIM 即建筑信息模型（Building Information Modeling），是指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。它具有高度可视化、一体化、参数化、仿真性、协调性、可出图性和信息完整性等特点，其多维（三维空间、思维时间、五维成本、N 维更多应用）集成技术，可将工程的各种信息整合在一个三维模型信息数据库中，建设、设计、施工、监理、运营等单位的工作人员可以基于BIM 进行协同工作，提高工作效率。对施工单位，主要是对施工图纸进行审核、对土建和金结机电进行碰撞检查、对施工人员进行技术交底、对施工方案和工艺进行模拟、对施工进度进行调整、对工程成本采取管控、对交付后运营进行模拟等，实现对工程项目的事前、事中控制，避免施工中过程变更、工效降低、成本增加，确保工程目标顺利实现。

3 BIM 技术实际运用

3.1 施工前设计建模

基于BIM 的工程设计及建模，汾河新二坝采用了二维CAD 图纸与三维BIM 相结合的方式，进行规划设计。即三维设计采用了正向和逆向相结合的方式，例如对格网石笼、弧形闸门、底轴旋转式钢坝闸门等直接进行三维设计，对振冲碎石桩、高压旋喷防渗墙等结合CAD 图纸进行逆向三维设计。

汾河新二坝BIM 建模，采用Revit 建模软件，并采取基于中心服务器的协同建模，结合图纸，多人分部分项进行三维模型搭建，提高建模速度和质量，提升建模工作效率。

在BIM 三维设计过程中，技术人员深入工地现场，同设计人员进行讨论，与施工人员开展施工方案及工艺研究，参照汾河三期工程已经建成并运营的闸坝，将各种信息进行汇总分析，运用于BIM 三维设计当中。对防渗墙、碎石桩、5 孔弧形闸、4 孔钢坝闸，船闸等工程中涉及的土建和金结机电都进行了详细的建模，部分建模精度达到LOD400 以上。具体工程BIM 模型见图1～图4。

3.2 施工模拟

图1 5 孔弧形闸BIM 模型

图2 单孔弧形闸BIM 模型

图3 左岸2 孔钢坝闸BIM 模型

图4 船闸BIM 模型

汾河新二坝结合BIM 技术，进行了三维仿真施工 模拟。BIM 模型结合Fuzor、Navisworks 软件输出施工仿真动画，进行三维可视化技术交底，实现从二维平面化、静态化向三维可视化、动态化的升级，工程技术人员对施工过程有了较直观、形象的理解。

开工前先在室内计算机上虚拟施工场景进行模拟化操作，对工程的功能及可建造性等潜在问题进行预演练，包括施工工序、设备停放位置、机械使用数量、钢筋绑扎、模板支撑、混凝土入仓、设备安装等施工顺序、交叉干扰等做到提前知晓，通过模拟对施工中将会遇到的问题提前制定解决预案，如对弧形闸段维修用的叠梁门和坝体预留空口之间的对接问题，通过三维仿真模拟，提出改进方案。

3.3 工程算量

BIM 算量的方式以三维正向设计为开端，在设计模型的计算上，自动提取模型数据并计算直接生成工程量清单。施工前利用BIM 技术进行了自动化的施工量统计，用于材料采购和施工用量控制，有效控制了施工成本和材料浪费。

4 部分效果分析

4.1 辅助设计（误差分析）

利用BIM 技术，在施工之前发现了一些设计缺陷，通过有效沟通，得到及时解决。如：

1）BIM 建模过程中发现翼墙边超出了地基处理线，经同设计人员核实，确定是图纸存在偏差。

2）船闸上闸首部位，图纸未见分层，但经过求证，得出该部位应有分层隔板，三维模型已绘制，为实际施工提供依据。

3）船闸内部楼梯超出船闸顶部，经了解，应该为钢盖板封闭该出口，楼梯不能超出船闸顶，此处楼梯设计存在错误。

4.2 水利工程族库积累

族库是BIM 模型建立的核心内容，闸坝建模中，对碎石桩、防渗墙、格宾石笼、墙体、模板等构件添加几何尺寸、物理属性、材质装饰、经济造价、标识数据等参数信息，形成相应的标准化族库。对族构件进行参数编辑修改就可以得到新的模型，实现快速建模。

常用的土建、机电等公共资源总入库零件达20 000多个，标准的参数化模型400 多个，实现各专业之间最大共享。

水利工程目前还没有统一认可的BIM 族库，此次汾河新二坝BIM 技术的应用，积累了部分水利工程BIM 族库，对BIM 技术的水利工程的应用起到了推动作用，为水利工程BIM 族库的建立夯实了基础。部分BIM 族库图见图5和图6。

4.3 应用分析

通过此次BIM 的实施，探索水利工程BIM 建模标准化，积累水利工程BIM 应用经验，从中也发现BIM 实施中的一些难点和问题，为以后水利工程BIM项目实施提供参考。

图5 弧形闸门族

图6 钢坝闸族

汾河新二坝BIM 技术应用是山西水利建筑工程局有限公司将BIM 技术运用于水利工程建筑的首次探索，在实践中修正了部分图纸，优化了设计方案，三维可视化交底，指导工程细部施工，工程量的统计更是有效的控制了成本，实现了进度、成本、质量的三维信息化管控。

本工程采用BIM 技术，在缩短工期、提升质量、降低成本等方面取得良好效果，经济效益明显。

5 结语

BIM 技术在工程的可视化设计、指导施工、算量统计、三维技术交底、工程运维等方面都有较大的优势，三维仿真，所见即所得，仿真模拟指导施工，算量成本自动统计，三维可视化运维，即BIM 技术可以贯穿水利工程全生命周期。

BIM 技术在汾河新二坝水利工程中的尝试应用，为加快山西水利信息化进程，补山西水利信息化短板，打造智慧水利工程，提供了一项示范工程。通过实践，培养和锻炼了一批BIM 技术人员，激发起更多人员对BIM 的认知和浓厚兴趣，加大BIM 技术在更多水利工程中的应用，提升工程管理水平，助力传统水利向现代水利、智慧水利的数字化转型，推动水利工程进入智慧建造时代。