BIM在水電工程施工總布置設計中應用

——云南瀾滄江黃登水電站項目簡介

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內，是瀾滄江上游古水至苗尾河段水電梯級開發方案第五級，電站布置方案為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203m，總庫容15億立方米，裝機容量為1900MW，該電站以發電為主，兼有防洪、灌溉、供水、水土保持和旅游等綜合效益。本項目工程規模宏大，工程總投資估算額約173億元，建設總工期81個月，主體工程區范疇約20平方公里，區內布置大量工程生產區、生活區以及加工廠等輔助公司，并分布錯綜復雜道路交通系統。圖1黃登水電站設計效果圖解決方案謀求BIM理念與技術支撐

黃登水電站重要施工區域布置有數十個分類復雜大型施工區，施工交通系統縱橫交錯，主體建筑物中擋水建筑物、地下廠房、導流建筑物等均包括大量體型龐大且構造復雜建筑設施，設計流程與專業協調非常復雜，涉及到規劃、勘測、水工、廠房、機電、施工等重要設計專業。為此，在新設計思想和技術高速發展背景下，如何實現工程整體設計全面協調化，進行全面信息化和可視化設計，始終是中華人民共和國水電顧問集團昆明勘測設計研究院（簡稱“昆明院”）工程師們不斷追求和摸索目的。隨著BIM技術理念發展，以及歐特克公司一系列BIM設計軟件應用為昆明院帶來了全新設計思路和方式。通過實踐研究，BIM軟件平臺應用為昆明院各專業在設計方面帶來了巨大轉變，在進行三維一體信息化設計進程中，從水工構造設計采用AutodeskRevitStructure和AutodeskRevitArchitecture開始，逐漸到機電專業、金屬機構采用AutodeskRevitMEP和AutodeskInventor，以及施工等專業采用AutoCADCivil3D、AutodeskInfrastructureModeler（AIM），BIM理念實踐應用得到迅速發展。AIM提供新支撐

隨著AIM推出，其強大迅速建模功能與AutoCADCivil3D數據良好接口，以及在可視化方面優勢，為規劃設計、多方案比選以及方案演示等提供了強大技術支撐，特別是在初步設計階段，其道路、水域、植被、建筑、景觀以及信息關聯解決等便捷而迅速建模功能，為設計師提供了強大表達方式，同步可以把在AutoCADCivil3D中精準設計模型以及其她GIS數據等匯入到同一模型中，使不同種類數據和模型得以有效整合。在昆明院，設計人員將AIM強大都市規劃設計功能應用到了水電工程施工組織設計與規劃之中，特別是在黃登水電站施工總布置設計應用中，在AIM支持下，實現了以施工總布置為基本三維協同一體化設計，并且為施工規劃中景觀設計提供了高效便捷平臺，設計模型中每個個體都可實現獨立信息化和可視化連接，當設計變更時只需對局部設計文獻進行修改，導入AIM中便可進行自動更新，實現了多專業動態協同設計。BIM模型概況

水電站工程設計涉及各種不同專業，涉及地質、水工、施工、建筑、機電等。黃登水電站施工總布置以AutoCADCivil3D、AutodeskRevit、AutodeskInventor等為各專業建模基本，以AutodeskNavisworksManage為模型觀測與碰撞檢查工具，以AIM為總布置可視化和信息化整合平臺開展BIM協同設計。1.總體規劃

AutoCADCivil3D強大地形解決功能，可協助實現工程三維樞紐方案布置以及立體施工規劃，結合AIM迅速直觀建模和分析功能，則可輕松、迅速協助布設施工場地規劃，有效傳遞設計意圖，并進行多方案比選。圖2總布置方案規劃設計2.樞紐布置建模

樞紐布置、廠房機電等需由水工、機電、金屬構造等專業按照有關規定建立基本模型與施工總布置進行聯合布置。2.1基本開挖解決

結合AutoCADCivil3D建立三角網數字地面模型，在壩基開挖中建立開挖設計曲面，可協助生成精確施工圖和工程量。圖3壩肩壩基開挖設計模型2.2土建構造

水工專業運用AutodeskRevitArchitecture進行大壩及廠房三維體型建模，實現壩體參數化設計，協同施工組織實現總體方案布置。圖4大壩構造模型圖5廠房構造模型2.3機電及金屬構造

機電及金屬構造專業在土建BIM模型基本上，運用AutodeskRevitMEP和AutodeskRevitArchitecture同步進行設計工作，完畢各自專業設計，在三維施工總布置中則可以起到細化應用目。圖6廠房機電設備透視圖圖7發電機層及主變室構造透視圖3.施工導流

導流建筑物如圍堰、導流隧洞及閘閥設施等及有關布置由導截流專業按照規定進行三維建模設計，AutoCADCivil3D協助建立精確導流設計方案，AIM運用AutoCADCivil3D數據進行可視化布置設計，可實現數據關聯與信息管理。圖8導流方案布置圖9導流洞進出口布置圖10上下游圍堰布置4.場內交通

在AutoCADCivil3D強大地形解決能力以及道路、邊坡等設計功能支撐下，通過裝配模型可迅速動態生成道路挖填曲面，可精確計算道路工程量，通過AIM可進行概念化直觀表達。圖11道路交通模型5.渣場與料場布置

在AutoCADCivil3D中，以數字地面模型為參照，可迅速實現渣場、料場三維設計，并精確計算工程量，且通過AIM實現直觀表達及智能信息管理。圖12渣場料場布置模型6.施工工廠

施工工廠模型包括場地模型和工廠三維模型，AutodeskInventor協助參數化定義造型復雜施工機械設備，聯合AutoCADCivil3D可實現精確施工設施布置，AIM則協助三維布置與信息表達。圖13砂石加工系統布置模型7.營地布置

施工營地布置重要包括營地場地模型和營地建筑模型，其中營地建筑模型可通過AutoCADCivil3D進行二維規劃，然后導入AIM進行三維信息化和可視化建模，可迅速實現施工生產區、生活區等布置，有效傳遞設計意圖。圖14施工營地布置模型8.施工總布置設計集成

\o"BIM信息"BIM信息化建模過程中將設計信息與設計文獻進行同步關聯，可實現整體設計模型碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動畫輸出。其中，AIM將信息化與可視化進行完美整合，可以不但提高了設計效率和設計質量，并且大大減少不同專業之間協同和交流成本。圖15施工總布置集成示意圖9.施工總布置面貌

在進行施工總布置三維一體信息化設計中，通過BIM模型信息化集成，可實現工程整體模型全面信息化和可視化，并且通過AIM漫游功能可從壩體到整個施工區，迅速全面理解項目建設整體和細部面貌，并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文獻。圖16蓄水前施工面貌圖17蓄水后工程面貌圖18施工總布置總體面貌圖19總布置漫游視頻BIM協同設計

BIM設計核心及精華在于信息全面性和專業協同，在設計過程中可將AutoCADCivil3D、AutodeskRevit、AutodeskInventor、AIM等設計數據文獻進行互聯共享，集中分級管理控制，各專業可以高效實現專業架構和設計，極大提高設計效率。BIM應用發展

1.設計理念轉變及提高。BIM能實現整個工程面貌全面信息化及可視化，實現多專業、多方案協同布置設計，各專業最新設計成果可以實時反映在同一BIM模型上，互有關系在三維模型上一目了然，可避免不必要設計干擾與信息阻隔問題。2.設計效率及質量奔騰。通過系統組織規劃，BIM設計理念實踐可以實現多專業協同設計與出圖，實現基于BIM模型工程量精準記錄以及設計模型智能沖突檢測，并且在模型信息化功能輔助下可以使設計人員從容應對設計變更，從而可以大大提高設計效率和設計質量。3.高效直觀設計表達形式。隨著BIM設計平臺應用發展，特別是AIM推出，可以讓設計人員輕松實現設計意圖概念化表達及應用，實現多方案虛擬互動漫游及展示。將來展望——不斷提高設計理念

隨著設計理念和技術發展，昆明院始終在追求更高效設計方式，BIM作為一種新型生產組織方式，是管理思想與技術有機組合，BIM強調建筑項目整體全面信息化，強調信息模型和管理流程在建筑全生命周期中應用。在黃登水電站工程設計應用上，昆明院項目團隊使用了歐特克公司各種BIM設計主流軟件，在不同階段開展相應設計工作，高質量地完畢了設計任務。通過歐特克公司系列BIM軟件設計平臺應用，給昆明院設計理念和質量都帶來了極大提高，同步在BIM技術支撐下，各個階段設計流程與工作模式等數據也得到了有積累和繼承，為后續項目設計提供了寶貴經驗。BIM在大型復雜項目中深度應用–南京祿口國際機場二期工程-11-05來源：BIM中華人民共和國網字號：大中小摘要：當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司（簡稱“華東院”）是以建筑設計為主當代科技型公司，從屬于上海當代建筑設計（集團）有限公司，是中華人民共和國成立最早、規模最大綜合性甲級建筑設計院之一，也是當今中華人民共和國...當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司（簡稱“華東院”）是以建筑設計為主當代科技型公司，從屬于上海當代建筑設計（集團）有限公司，是中華人民共和國成立最早、規模最大綜合性甲級建筑設計院之一，也是當今中華人民共和國最具影響力建筑設計研究院之一。當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司創立于1952年，總部設在上海，設計項目遍及27個省市、16個國家和地區，完畢工程設計及征詢2萬余項，為不同行業和地區客戶提供優質滿意增值服務。該院完畢了國家電力調度中心、中央組織部大樓、上海浦東國際機場一期及二期、上海鐵路南站、央視新址、國家圖書館二期、上海環球金融中心等一大批具備代表性重大工程，并在上海世博園區建設和虹橋綜合交通樞紐中心等重大工程設計中成績明顯，贏得了廣泛贊譽。案例：南京祿口國際機場二期航站樓有關軟件及解決方案：\o"查看Autodesk中所有文章"AutodeskRevitArchitecture\o"查看Autodesk中所有文章"AutodeskRevitStructureAutodeskRevitMEPAutodeskEcotectAnalysisAutodeskNavisworksAutodesk3dsMax\o"BIM"BIM技術使得建筑全生命周期信息共享成為也許，并逐漸打破長期以來建筑行業存在信息隔閡，對建筑行業將來具備深遠意義。——當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司技術中心副主任徐浩從建筑模型到建筑信息模型，從建筑信息模型到建筑信息管理，\o"查看BIM中所有文章"BIM成為建筑行業可持續發展催化劑和助推器。——當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司數字化建筑設計研究中心主任、南京機場\o"查看BIM中所有文章"BIM項目經理耿躍云BIM軟件在整個項目過程當中發揮了重要作用，而基于BIM歐特克軟件，如AutodeskRevit系列軟件、AutodeskNavisworks、Autodesk3dsMax均在項目中起到了重要作用，使得項目得以順利進行。——當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司數字化建筑設計研究中心建筑師南京機場BIM建筑師陳順基于BIM歐特克設計軟件變化了建筑師以往設計模式和思考方式，使得設計更加富有創意和可控性。——當代設計集團華東建筑設計研究院有限公司數字化建筑設計研究中心建筑師南京機場BIM建筑師李遠晟案例正文：南京祿口國際機場二期工程?——BIM在大型復雜項目中深度應用項目簡介南京祿口國際機場位于南京市東南部，距市中心直線距離為35.8公里，為滿足預測航空業務量規定，將建設二期工程，在既有跑道南側間距米處建設長度為3600米、寬60米第二跑道，飛行區級別指標為4F，新建T2旅客航站樓，面積約為26萬平方米，滿足年解決旅客1800萬人次規模，與原有T1航站樓共同承擔3000萬人次吞吐量，工程預測總投資90億元，籌劃青奧會前投入使用，全面滿足青奧會運營需求，同步打造江蘇省及南京市全新門戶形象。

圖1南京祿口國際機場二期航站樓夜景效果圖南京是六朝古都、十朝都會，素有“虎踞龍盤”之稱，“風從虎，云從龍”——新航站樓形體輕盈通透，布滿張力，飄逸舒展多曲面頂蓋，如行云流水，氣勢非凡。金屬屋蓋采用“大跨度、小曲率、多變化”構造，國內首創。

圖2南京祿口國際機場二期航站樓車道邊效果圖

圖3南京祿口國際機場二期航站樓空側立面效果圖項目機遇與挑戰智慧機場——安全、便捷、高效智慧機場示范項目1、“大跨度、小曲率、大變化”航站樓金屬屋蓋；2、各種先進數字化建筑技術載體；3、將BIM與建筑物安全、健康監測結合起來；解決方案基于BIM可視化協同設計運用AutodeskRevit系列BIM軟件對南京祿口國際機場二期航站樓建筑、構造和MEP進行模型構建，對設計圖紙進行校核，并運用BIM模型與各專業設計師一起進行溝通，協調解決設計中由于溝通不及時導致設計碰撞問題，這不但提高了設計效率，并且提高了設計品質。

圖4南京祿口國際機場二期航站樓建筑模型圖5南京祿口國際機場二期航站樓構造模型

圖6南京祿口國際機場二期航站樓行李系統機電模型基于BIM屋面設計南京祿口國際機場二期航站樓金屬屋面采用“大跨度、小曲率、多變化”構造形式，整體持續一氣呵成，如行云流水氣勢非凡。主樓金屬屋面由9個鼓包構成，從中間到兩邊逐漸遞減，為多曲面形式。在屋面設計過程中，運用Grasshopper對機場屋面進行參數化找形，并將生成模型與Tekla軟件相結合來完畢構造分析和計算，同步與AutodeskEcotect軟件對接，對屋面性能進行分析，以保證機場屋面整體美觀同步滿足設計需要考慮因素。然后借助AutodeskRevit軟件將屋面模型導入Revit模型中，通過模型導出生成CAD圖紙，輔助設計出圖。最后運用AutodeskNavisworks軟件碰撞檢查功能，對屋面鋼構造、屋頂板塊和室內吊頂以及其她專業之間進行設計校核。

圖7屋面設計基于BIM技術參數化表皮劃分運用Grasshopper對機場屋面進行參數化找形，然后運用Rhino投影功能將屋面三維模型投影到二維平面，再運用二維AutoCAD對屋面進行板塊劃分，然后再重新投影到屋面三維模型，最后完畢對屋面表皮劃分。

圖8屋面表皮劃分基于BIM技術參數化設計程序運用Grasshopper強大參數化找形功能對屋面進行編程，對不擬定條件進行參數設立，當代設計集團華東院通過對參數調節達到對形體控制目，最后協助設計師實現心中所想。

圖9參數化設計程序基于BIM技術參數化屋面排水坡度分析運用犀牛軟件強大參數化設計功能，對屋面進行取點，測試相鄰兩點之間高差，從而確認兩點間斜率，最后得出排水方向。通過對排水坡度參數設立，很容易分析出屋面不滿足排水區域，然后再對屋面進行局部調節，最后使得整個屋面達到排水規定。

圖10屋面排水坡度分析基于BIM模型——鋼構造深化一方面運用AutodeskRevitStructure軟件構建機場屋面鋼構造模型，然后運用AutodeskNavisworks軟件碰撞檢查功能，對屋面鋼構造、屋頂板塊和室內吊頂以及其她專業模型進行設計校核，通過AutodeskRevitStructure軟件編輯功能，對不符合規定構造構件進行修改，并對各構件邊界條件、構造荷載等進行構造參數設立，最后通過AutodeskRevit軟件和構造分析軟件Tekla相結合，對機場屋頂構造進行分析、計算和深化，有效地運用BIM設計模型對施工深化進行控制，保證設計合理性和美觀性以及施工可行性。

圖11鋼構造深化模型-整體圖12鋼構造深化模型-局部基于BIM設備材料記錄運用AutodeskRevit軟件對屋面鋼構造桁架進行模型構件，通過模型導出生成明細表，對屋面不同類型構件進行材料記錄，同步對設計進行校核。

圖13設備材料記錄基于BIM輔助施工圖出圖機場屋面復雜性，老式設計工具已經無法滿足出圖需要，因此當代設計集團華東院一方面運用Rhino對機場屋面進行參數化找形，然后將模型導入到AutodeskRevit，運用AutodeskRevit導出生成二維CAD圖紙，并在AutoCAD中進行加工，最后完畢施工圖出圖。

圖14正立面圖

圖15側立面圖圖16屋面控制點定位圖標記系統運用AutodeskRevit和Sketchup相結合構建模型，運用AutodeskNavisworks漫游功能，實時直觀地反映機場室內標記系統效果，與設計師進行溝通交流，通過重復修改，擬定最后方案。

圖17標記系統效果圖室內空間設計運用AutodeskRevit和Sketchup相結合構建模型，運用AutodeskNavisworks漫游功能，直觀地反映出機場室內空間和人物對比關系，還可以運用AutodeskNavisworks測量功能，直接測量出樓板與吊頂間高度，與設計師進行溝通交流，報告展示。

圖18室內空間效果圖圖19室內空間效果圖室內吊頂方案比選一方面運用AutoCAD對屋面投影面進行板塊劃分，再將劃分完線段導入到犀牛中，并投影到室內吊頂上，然后運用AutodeskRevit和Sketchup相結合構建模型，與設計師進行溝通交流，通過多方案比選，擬定最后方案。

圖20室內吊頂方案圖21室內吊頂方案施工組織管理南京祿口國際機場二期航站樓工程在施工開始階段，就在每臺塔吊頂部裝配監控設備，運用無線視頻技術對施工現場進行24小時實時監控，并將施工現場建造狀況與當代設計集團華東院BIM模型進行對比，有效地控制施工順序和施工誤差。

圖22無線視頻監控技術現場變更和誤差分析流程為了更好地對施工質量、進度和成本進行控制，明確施工各參建方責任，當代設計集團華東院對施工現場變更和誤差進行分析和疏理，總結出了一套施工現場變更和誤差分析流程，在南京祿口國際機場二期工程指揮部大力推動和支持下，同步監理單位對整個流程進行控制和審核，以及各施工參建單位認真貫徹和積極配合下，有效地控制了施工質量，提高了施工效率，減少了施工返工。

圖23現場變更流程圖圖24現場誤差分析流程圖設計校核與管線優化運用AutodeskRevit系列軟件構建模型，并導出NWC格式文獻，通過AutodeskNavisworks軟件進行漫游和碰撞檢查，對不同專業模型進行設計校核，對發現問題進行標記，并提出修改意見，同步將碰撞報告反饋給各專業設計師，與設計師一起協調解決碰撞問題。

圖25碰撞報告-1圖26碰撞報告-2

圖27碰撞修改先后對比圖28碰撞修改先后對比基于BIM有關分析運用BIM模型與各專業分析