BIM技术在防洪堤改造工程中的综合应用

BIM技术在防洪堤改造工程中的综合应用

吴坤占，,刘星

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）摘要：随着水利建设工程的发展，防洪堤已从单一的防洪功能逐渐转向集防洪、交通、景观、休闲功能于一体的工程综合体。本文主要阐述防洪堤改造工程在勘察、设计、施工及交付全过程应用BIM技术的总体思路和解决方案。研究表明跨阶段的综合应用可以更有效地发挥BIM技术的作用，包括有效避免设计差错、降低施工风险，提升项目设计建造和管理水平，并形成最终的工程建设数字资产。

关键词：BIM技术；防洪堤；全过程；数字资产

BIM技术是工程建设行业一种新的理念和技术，是以三维数字技术为基础，集成了工程建设项目各个相关信息的工程数据模型及信息集成过程。通过信息模型的不断传递和迭代，连接起工程全生命期的数据、过程和资源。应用BIM技术，特别是跨阶段BIM应用，能够对工程本身发挥更大的作用，带来提高质量、缩短工期、降低成本、提高资产利用和管理效率等实际工程价值。以下以某防洪堤改造项目为例讲述BIM技术在工程建设全过程中的综合应用。

防洪堤改造工程往往要求在现有防洪堤建设的基础上既提高防洪标准，又要最大限度的保护好现有景观效果，尽量减少现有绿化乔木移植，符合环保要求【1】。文中所引用项目建设内容包括防洪堤加高加固、局部穿堤管涵新（改）建、消防取水设施的建设以及配套的风光带景观修复、亮化及管线改造。该项目尝试全过程应用BIM技术，在工程勘察、设计、施工和交付建设全过程探索BIM应用的思路、方法和效果。主要工作包括：（1）应用BIM技术从勘察、设计源头保证工程质量；（2）应用BIM技术指导施工过程，辅助工程建设质量和进度保障，打造优质工程；（3）通过BIM技术可视化手段开发数字管理平台，创新成果展示，更好地管理工程信息，建立防洪堤工程数字资产。

1工程勘察BIM应用

勘察是工程建设的重要基础。在防洪堤改造工程中，老旧堤防、地形地质结构及周边市政设施对工程本身设计方案和施工工艺、工法的实施都影响很大。而现有的工程勘察成果大多数借助的还是传统的二维CAD设计，并以柱状图、钻孔平面信息、表格以及剖面图等的方式作为项目建设依据，这也是导致设计、施工人员对信息获取不形象和不及时的主要原因【2】。

采用激光扫描技术和无人机采集防洪堤周边环境数据，通过点云数据和倾斜摄影技术生成周边环境真实模型；利用三维地质工程软件可以对地质勘察数据自动生成地质模型；利用三维管线设计软件完成地下管线三维布置模型。通过勘察数据的可视化展示，分析建设工程周边现有条件情况，有利于设计方案的拟定、检验、对比和优化；有助于更精确编制预算，也便于多视角对方案进行审视。BIM技术应用于工程项目的勘察阶段，既可以提高勘察工作的质量和效率，同时也有利于模型信息的共享，促使勘察数据在各个生产环节之间的高效流转。

图1 地质结构模型                       图2 地下管线模型

2工程设计BIM应用

本防洪堤改造项目采用Bentley BIM软件为主，结合其他专业软件进行BIM协同设计，协同设计环境采用Bentley ProjectWise平台。BIM设计内容包括防洪堤、各处穿堤管涵、消防取水设施以及景观设计。

表1 BIM设计软件列表

（1）协同工作。通过建立基于BIM数据的协同平台，把工程项目各阶段、各专业的信息统一纳入到平台中，实现信息共享，便于协同工作；既可以实现设计各专业间的协同设计，又支持勘察、设计、施工及建设方等各参与方可以随时从平台调取所需信息，进行设计深化、施工模拟、进度把控、成本管控等，提升项目的设计品质和管理水平。

（2）BIM设计。在设计阶段通过构建防洪堤三维实体模型，能直观地观察、分析其场地规划布局【3】。采用BIM可视化技术，可以进行动态演示，对工程可行性进行验证，对各专业设计进行推导和方案细化，比较、确定最优设计方案。可以提高传统方案比选的工作效率，提前将施工过程中可能发生的问题尽可能最大限度地在设计阶段予以解决。

（3）碰撞检查分析。通过协同软件实现各专业的协调和配合实时进行，通过文件参考实现专业间的实时协作，在设计过程中及时发现设计存在的问题，并进行有效协调，在专业协作的同时进行碰撞检查，发现专业间的设计问题，优化设计，减少返工，提高设计效率和设计质量。

（4）工程量统计与成本分析。应用BIM技术可以提高工程量统计的准确性和减轻设计人员的工作量；同时模型构件还可以和成本数据相关联，当模型变更时，相应的工程量和成本数据可实时更新。

图3 穿堤管涵结构设计

图4 堤防结构及景观设计

3 工程施工BIM应用

BIM技术在施工阶段的应用主要包括：周边建筑空间分析、重点部位可视化渲染展示、施工进度模拟、施工工艺模拟等。

（1）周边建筑空间分析。通过BIM动态直观地仿真展示防洪堤及穿堤管涵周边建筑，通过碰撞冲突检查检验设计的正确性。可视化虚拟展示，供浏览、审阅、分析和讨论沟通，消除专业间认识差异、缩短沟通时间。

（2）重点部位可视化渲染展示。对重点区域进行可视化展示，采用模型渲染、漫游辅助施工相关技术人员理解该区域设计意图，以及辅助管理层领导决策。节约沟通成本、避免资源浪费和返工风险。

（3）施工进度模拟。对防洪堤工程全段进行施工进度模拟工作。结合工程施工横道图进行分析，对BIM模型进行WBS分解，并与对应的计划时间挂接，进行施工进度模拟，并创建出项目施工进度模拟动画，为参建各方掌握项目建设进度提供参考。

（4）施工工艺模拟。以三维动画形式对复杂部位施工工艺进行模拟，演示施工顺序、复杂工艺及其技术重难点，指导现场施工，帮助营造安全稳定的施工环境，合理组织人、材、机等施工资源，协调各专业工序，减少施工干扰，避免施工组织失误等问题的出现。

图5 工程施工工艺模拟

4 工程数字化交付

基于Unreal Engine 4（UE4）引擎开发工程数字化交付平台，是一种经济易用、效果逼真、开发功能强大的防洪堤工程可视化仿真的实现方法。综合利用UE4的实时渲染、贴图技术、光照技术对工程场景进行还原；融合Bentley BIM软件、SketchUp、3DMAX等软件建立的BIM模型，此外，还可以对植被、景观等进行真实还原，模拟出各标段的防洪堤景观，反映完工后的场景。

平台将工程BIM模型及周边场景模型导入平台，对工程场景进行仿真模拟，形象展示，真实呈现工程完工效果【4】。同时根据建设需要，开发完成工程形象展示、工程信息集成、场景情景切换、施工模拟可视化、水位变化情景模拟、项目整体展示等功能模块，随着工程的完工验收，同步完成数字资产的交付。

图6 防洪堤改造工程数字交付系统

5  结语

随着基础设施建设行业整体生产力的不断提高和信息化技术的快速发展和完善，BIM技术将覆盖到越来越多的工程建设项目，会更好地实现项目全生命周期各阶段的集成化管理。通过防洪堤改造工程的BIM技术综合应用，探索了BIM应用的标准化流程、方法，可为其他水利工程BIM应用提供思路和解决方案，最终形成工程数字化平台数字资产，能辅助今后的水利改造项目整体规划和建设，同时这一数字资产也为将来的智慧城市建设打下基础。

参考文献：

[1] 胡晓红，邓越胜. 堤防道路改造技术研究及应用[J].长江科学院院报.2020，37（12）：67-71.

[2] 於文汇.水利工程勘察中BIM技术的应用[J].珠江水运.2021，（9）：104-105.

[3] 马奔.基于Bentley软件的BIM技术在水利工程数字化的应用研究[J].水利科技与经济.2022，28（7）：130-134.

[4] 任海文,刘永强,闫文杰. 基于BIM技术的堤防工程运维信息管理系统设计与实现[J].水电能源科学.2020，38（10）：116-120

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