案例分享：BIM技術(shù)在曼維萊水電站工程中的應(yīng)用

1.工程概況

曼維萊水電站工程位于喀麥隆共和國南部瑪安省境內(nèi)緊鄰赤道幾內(nèi)亞的恩特姆河上，地處熱帶叢林地區(qū)，是一座大流量明渠引水式電站，工程主要任務(wù)為發(fā)電。電站采用引水徑流式開發(fā)，攔河壩長(zhǎng)1.62km，最大壩高28.3m，正常蓄水高程392m，總庫容1.3億m3，電站總裝機(jī)容量211MW，工程規(guī)模為大型。工程主要建筑物由首部擋水和泄水建筑物以及位于工程區(qū)左岸的引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。工程于2012年12月開工建設(shè)，2016年8月16日下閘蓄水，2018年2月8日完成主體驗(yàn)收。

該工程先后榮獲中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)2019年度行業(yè)優(yōu)秀工程勘察與巖土工程一等獎(jiǎng)、2020年“海河杯”天津市優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)市政公用工程——水利工程一等獎(jiǎng)以及2019年“海河杯”天津市優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)工程勘察一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，2021年該工程榮獲中國建設(shè)工程最高獎(jiǎng)——中國建設(shè)工程“魯班獎(jiǎng)”。

在曼維萊水電站項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)初期，中水北方公司成立了針對(duì)此項(xiàng)目的BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，BIM團(tuán)隊(duì)從地勘及地質(zhì)三維建模、工程建筑物的三維建模、基本BIM模型的計(jì)算分析、工程建筑物三維參數(shù)化建模、施工進(jìn)度仿真分析、三維設(shè)計(jì)出圖、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用等方面展開研究。

2.地勘及地質(zhì)三維建模

地勘數(shù)據(jù)及地質(zhì)信息的處理分析一直以來都是水利水電工程勘察設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。曼維萊工程BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用地質(zhì)三維勘察設(shè)計(jì)系統(tǒng)將原始測(cè)繪數(shù)據(jù)高精度擬合為三維地形圖，并將前期已有平面地質(zhì)剖面信息導(dǎo)入到三維模型空間中，形成高精度三維地質(zhì)模型。

應(yīng)用BIM計(jì)算進(jìn)行地勘及地質(zhì)三維建模，不僅便于勘察數(shù)據(jù)的整合、校核前期地質(zhì)成果，而且大大提高了設(shè)計(jì)效率，設(shè)計(jì)成果更加直觀、更具針對(duì)性。此外，三維地質(zhì)模型還可以用于生成滿足現(xiàn)行水利水電工程制圖標(biāo)準(zhǔn)的平面圖、剖面圖、平切圖和鉆孔柱狀圖等。

3.工程建筑物的三維建模

應(yīng)用BIM三維建模技術(shù)，對(duì)工程總體布置及水工建筑物進(jìn)行三維建模。模型方便直觀的展示了工程的總體布置及各建筑物之間的相對(duì)關(guān)系，為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)人員全面準(zhǔn)確了解工程提供了更加便利的手段。

4.基本BIM模型的計(jì)算分析

基于BIM三維模型，運(yùn)用大型計(jì)算軟件對(duì)工程關(guān)鍵建筑物進(jìn)行有限元計(jì)算分析。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，調(diào)整細(xì)化工程結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)最優(yōu)目的。以曼維萊泄水建筑物為例，基于BIM技術(shù)建立泄水建筑物三維模型，運(yùn)用Flow3d中CFD模塊，對(duì)泄水閘在上游水位393.8m時(shí)5個(gè)閘孔同時(shí)泄水時(shí)的水流形態(tài)進(jìn)行了數(shù)值模擬，為泄水閘后續(xù)設(shè)計(jì)提供了充分的理論依據(jù)。

5.三維參數(shù)化設(shè)計(jì)

在BIM技術(shù)應(yīng)用初期，BIM技術(shù)的應(yīng)用通常是利用已設(shè)計(jì)完成的平面設(shè)計(jì)成果建立三維信息模型，這樣的逆向設(shè)計(jì)流程不僅對(duì)提高設(shè)計(jì)效率不利，更增加了設(shè)計(jì)人員的工作量。曼維萊項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，逐步解決了“正向設(shè)計(jì)”問題。通過預(yù)先設(shè)定一組或多組對(duì)應(yīng)關(guān)系和約束關(guān)系，再通過關(guān)鍵參數(shù)集對(duì)實(shí)體進(jìn)行描述，實(shí)體其他參數(shù)通過對(duì)應(yīng)關(guān)系與約束關(guān)系得出，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動(dòng)，大幅度簡(jiǎn)化實(shí)體模型的建立與修改過程，模型準(zhǔn)確率也大大提升。

6.施工進(jìn)度仿真分析

利用BIM技術(shù)把三維信息模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，使施工系統(tǒng)各部分及其在進(jìn)度計(jì)劃中的相互關(guān)系通過形象直觀的圖形和動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來，還可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢工程的三維可視化信息，提高工程管理的效率和質(zhì)量。

7.三維設(shè)計(jì)出圖

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙存在著表達(dá)信息不夠直觀完整、工程量計(jì)算不夠準(zhǔn)確、不同專業(yè)圖紙“錯(cuò)、漏、碰”等問題。

基于三維建模技術(shù)，各專業(yè)在三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上共同完成三維模型設(shè)計(jì)，生成三維設(shè)計(jì)圖紙。三維模型直觀、形象，避免了“錯(cuò)、漏、碰”等問題，應(yīng)用模型計(jì)算工程量完整準(zhǔn)確。

8.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

在BIM領(lǐng)域，使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)演示單體建筑、空間規(guī)劃，可以讓人以不同的俯仰角度去審視其動(dòng)感形象及其平面布局的特點(diǎn)。在本項(xiàng)目中也對(duì)VR技術(shù)的應(yīng)用做了嘗試，將廠房三維模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中，建立左右眼攝像頭，通過Cardboard等程序?qū)崿F(xiàn)廠房?jī)?nèi)部VR效果。

BIM模型在施工過程中的應(yīng)用可全面提升工程造價(jià)行業(yè)效率與信息化管理水平，優(yōu)化管理流程，高效率、高精準(zhǔn)度的完成工程量計(jì)算工作。以上內(nèi)容就是“案例分享：BIM技術(shù)在曼維萊水電站工程中的應(yīng)用”，更多BIM熱點(diǎn)資訊/教程分享歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)“BIM實(shí)訓(xùn)”，也可點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載領(lǐng)取精品學(xué)習(xí)資料。