用BIM设计水闸

杨荣海 李芬花 赵萌萌 李 壮

（ 华北电力大学可再生能源学院，北京 102206）

BiM是一个设施物理和功能特性的数字表达；是一个共享的知识资源，它可以分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；并在设施的不同阶段，不同利益相关方通过在BiM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。文献[1]介绍了用BiM对农田项目的灌溉以及排水工程进行优化，建立各个构件的参数化族，完成信息关联和验证，研究BiM对水利工程带来的价值；文献[2]介绍了运用BiM制作水闸虚拟现实系统，对水闸进行调度管理和仿真实验，达到控制、调度和管理水闸的目的；文献[3]是基于BiM族和数字图形介质理论，总结水闸工程中的族构件的种类，并制作成参数化的族以及族文件；文献[4]则提出用C语言对Revit进行二次开发，将水闸工程量与概预算匹配，形成动态工程造价调整模型；文献[5]通过对碾盘山水电站枢纽部分的三维设计，介绍了BiM的设计平台、流程和专业设计成果，为优化和推广BiM提供经验；文献[6]利用BiM在设计实际工作时的时效性和集约化，提出全参数自分析模型的概念，取得了初步的成果；文献[7]采用了BiM与VB技术来对水闸进行族参数的建模，最终得出BiM与VB技术相结合，有利于提高水利工程施工进度管理；文献[8]分析了BiM技术在水闸规划、建设、施工和运行管理阶段中的优势，并对其发展进行了探讨；文献[9]利用三维数字模型对项目进行设计、建造、运营管理，使项目在设计、施工和使用等阶段都能够节约成本、提高效率；文献[10]通过海河口泵站工程项目管理过程中BiM技术的成功应用阐述了BiM技术必将引领水利领域新方向；文献[11]结合实例给予系统化的说明BiM技术在水利工程中的应用方式。

1 研究背景

随着经济发展迅速，建筑业蓬勃发展。近年来，人们消费水平提高，对居住环境有了更高的要求，相应的建筑公司对建筑项目工程的设计、施工和运行等过程也要求严格。为了更加高效率、高标准、高质量地完成项目，就要引进先进的技术或者在以前掌握的技术的基础上做进一步改善，而BiM技术无疑是最好的选择，也因此BiM技术在之后的建筑工程中得到了广泛的应用。相应的水利工程和建筑工程却有很大的不同，需要从全局考虑，系统地、全面地设计，有着规模大、工作条件复杂、技术复杂、工期长、各个专业的人需协同作业等特点[1]。因而，BiM技术在水利工程中应用缓慢，要想得到普及，还需要经过很长的一段时间。由于BiM技术在水利水电行业是一种先进的设计理念，全新的设计方式，最终必然会在设计行业中推广开来，为水利工程的建设做出巨大的贡献。

BiM技术在国外发达国家中普及程度很高，如欧美国家中美国是率先使用BiM技术的国家，使得BiM技术在美国建筑业中的使用率达到了80%以上，同时还发布了各种BiM标准[12]；韩国多部门制订规范化的BiM标准，在建筑开发公司广泛应用BiM并进行BiM的相关科研项目，最重要的是在高校中普及和推广BiM教育[13]；英国是BiM技术应用程度最快的国家，在5年的时间内从刚开始的13%到50%再到最终的95%，都得益于英国政府政策的支持、民间团体BiM活动的繁多、设计公司的先天优势以及对学习BiM的高度重视[3]。目前，我国越来越多的基础设施类工程中也开始逐渐应用BiM技术，取得了很好的成绩，如北京奥运会、上海世博会场馆、上海迪士尼乐园、南京青奥会议中心等都引用了BiM技术。在水利工程方面相对于建筑业来说更为滞后，但也做出了一定的成绩。如，长江勘测规划设计研究院将BiM技术应用到南水北调工程中，中水顾问集团昆明勘测设计研究院将BiM技术应用到水电设计中[14]；天津大学在水利水电工程可视化仿真中应用了BiM技术，中水顾问集团北京勘测设计研究院将BiM技术应用到地质处理上[15]。

2 BIM介绍

建筑信息模型 （Building information Modeling，BiM）是以三维数字信息为媒介来仿真模拟建筑工程的各项相关信息而建立起来的建筑模型，通过该模型实现了项目从策划、运行直至完结的全寿命周期的共享和传递。BiM技术的特点表现在以下三个方面[9]：（1） 设计的最终模型是以系统族、可载入族和内建族为基本元素，将建筑项目的各相关信息以数字化的形式存入模型，组成协同数据库，最终将真实世界的建筑以模拟的形式呈现；（2） 模型构件间数据相互关联，对于建筑师、工程师、绘图人员以及项目的其他相关人员能够即时共享数据和协调数据，提高了项目精确度和质量；（3） 除了可以出立面图、平面图、剖面图等普通的二维图纸外，在对建筑模型进行了可视化、协调、优化后，可以出经过碰撞检查和修改后的综合管线图、预埋套管图，还有检查报告跟修改意见方案，更进一步完善模型。这三方面中最重要的就是建筑项目的“信息”，信息的准确，信息的实时沟通共享，在提高生产效率、降低造价、缩短工期等方面发挥着十分重要的作用。

3 水闸建模

3.1 闸室段

闸室段是通过内建族来完成的。首先，通过内建构建中的拉伸选项来绘制边墩和中墩平面图，然后在立面视图中将其拉伸到所需要的高度 （提前设定好的标高），这样中墩和边墩就拉伸出来了；第二步，通过内建族来分别绘制支墩族和支座族族并载入到项目中，放好它们的位置，可以通过对齐选项，将它们对齐；第三步，绘制闸室的底板，这一步骤可以通过Revit中结构基础的板功能实现，而且通过编辑类型可以编辑出自己想要的楼板厚度；第四步，绘制齿墙，用revit中墙功能实现，同样可以通过编辑类型设定自己想要的参数；第五步，绘制闸门槽族，闸门槽族是用空心拉伸来完成的，载入到闸墩中后需要剪切掉门槽族；第六步，用revit中楼板和梁的功能分别绘制交通桥和梁，然后将它们分别连接到闸墩中，通过切换连接顺序切掉多余部分；第七步，通过revit中墙、栏杆扶手和楼梯功能绘制防浪墙、栏杆和楼梯；第八步，绘制启闭机房，首先确定启闭机房的顶部标高以及底部标高，然后通过revit中梁、板、柱、墙、门、窗、屋顶等直接实现启闭机房的各部分绘制，这样就完成了闸室段的设计。图1～9为设计步骤图。

图1 边墩

图2 中墩

图3 支墩族

图4 支座族

图5 闸门槽族

图6 闸墩三维图

图7 交通桥

图8 启闭机房

图9 闸室段

3.2 内消力池

首先确定挡土墙的底部和顶部标高；然后通过revit中的墙族来绘制挡土墙，挡土墙的数据依然可以通过编辑类型自己定义，底板用Revit中板族实现；最后，消力池的异形底板可以用内质构建中的拉伸来绘制并载入到项目中。图10～13为设计步骤图。

图10 挡土墙

图11 异形底板

图12 内消力池平面图

图13 内消力池三维图

3.3 内引港

首先绘制左右岸挡墙中心线，然后创建埋石砼挡墙轮廓族并载入到项目中，通过放样功能拾取挡墙中心线来绘制左右岸挡墙轮廓。注意到左右岸挡墙不同，可以通过修改族来改变左右岸的挡墙。最后，用Revit中的板族来绘制内引港的底板。图14～17为设计步骤图。

图14 埋石砼挡墙轮廓

图15 挡墙左岸

图16 挡墙右岸

图17 内引港

3.4 外消力池

首先绘制轴网用来控制消力池的尺寸，然后用Revit中板族绘制挡墙底板，用墙族绘制扶壁，最后通过内建族来绘制异形底板，再通过空心拉伸去掉两侧多余的部分。图18～20为设计步骤图。

图18 挡墙底板和扶壁

图19 异形底板

图20 外消力池

4 水闸三维模型图

完成水闸各个部件之后，通过链接Revit将它们分别导入新建的项目文件，将它们的位置对齐，然后通过共享位置来修正项目文件中的定位，修正之后就可以根据闸室的尺寸位置来对其他部位进行修改。打需要修改的文件，通过链接Revit载入闸室，载入闸室时候选择通过共享坐标，这样就可以保证它们是对齐的状态，方便修改尺寸。内引港的标高与其他部件的标高是不统一的，修改时可以将其基点标高修改为零，然后调整其他标高的数值。都修改完成后，水闸的设计完成。图21为水闸三维模型图。

图21 水闸三维模型图

5 结语

本文利用BiM软件中的Revit来设计水闸，详细阐述了水闸各个部件的建模过程，通过上面的设计可以得出以下结论：

（1） Revit软件中“族”很重要，几乎所有的设计都需要通过创建族或者利用软件中已有的族来完成；

（2） 在精确建模的基础上，Revit建模生成的平面图与立图完全对得起来，图面的质量受人为影响的因素影响很小，而利用CAD绘图或其他绘图工具画出的平面图和立图受人为因素影响较大，很可能有很多地方不交接；

（3） Revit具有强大的联动功能，平、立、剖面、明细表双向关联，一处修改，处处更新，自动避免低级错误，而且可以通过平铺视图来同时观察多个视图，本文中最后三维模型图，就是根据共享位置来实现水闸各个部件的联动；

（4） Revit是使用一个图形化的“族群编辑器”创建参数化构件，而非使用程序语言的方式，设计会节省成本，节省设计变更，加快工程周期。