BIM在小南海水电站施工组织设计中的应用_林伟 (1)

DOI:10.13622/j.cnki.cn42-1800/tv.2013.06.011

2013年第6期2013Number6水电与新能源

HYDＲOPOWEＲANDNEWENEＲGY总第111期TotalNo．111

文章编号：1671－3354（2013）06－0032－04

BIM在小南海水电站施工组织设计中的应用

林

伟，路佳欣，程雷梓，武苗苗，张新宇

（中国葛洲坝集团股份有限公司三峡分公司，湖北宜昌443002）

摘要：以重庆小南海水电站为研究背景，介绍BIM在水利水电工程施工组织设计中的应用。针对BIM系列软件在小南

Civil3D软件处理地形、Ｒevit软件结构建模、AIM海水电站施工组织设计中的应用情况，分别介绍了CAD软件三维建模、Navisworks软件实时动态仿真以及3dsMax软件渲染、软件快速建模及全景展示、制作动画。研究证明BIM在水利水电工程施工组织设计中应用效果良好，能够使工程人员更容易领会施工组织设计意图，直观地了解各种因素的相互联系和制约关系，迅速把握关键项目控制点以及分析资源配置合理性。

关键词：BIM；水利水电工程；施工组织设计

中图分类号：TV512文献标志码：A

ApplicationofBIMintheConstructionOrganizationDesign

ofXiaonanhaiHydropowerStation

LINWei，LUJiaxin，CHENGLeizi，WUMiaomiao，ZHANGXinyu

（ChinaGezhoubaGroupCo．，Ltd．ThreeGorgesCompany，Yichang443002，China）

Abstract：TheapplicationofBIMinconstructionorganizationdesignofwaterconservancyandhydropowerprojectsisin-troducedintermsofXiaonanhaiHydropowerStationasanexample．AccordingtotheapplicationofBIM，severalmajorsoftwareareintroduced，suchas3DmodelingofCADsoftware，terrainprocessingofCivil3Dsoftware，structuremodel-ingofＲevitsoftware，fastmodelingandoveralldisplayofAIMsoftware，real-timedynamicsimulationofNavisworkssoftwareandrendering，animationof3dsMaxsoftware．TheresearchprovesthattheapplicationofBIMinconstructionorganizationdesignisefficient．BIMenablesengineeringpersonneltounderstandtheintentionofconstructionorganiza-tiondesigneasily，tounderstandthemutualconnectionandrestrictionrelationofallkindsoffactorsdirectly，tomasterthekeycontrolpointsquicklyandtoanalyzetherationalityofresourcesallocation．

Keywords：BIM；waterconservancyandhydropowerengineering；constructionorganizationdesign

（BIM）是为适应建筑行业信息化发展需求而产生的高新技术，由于BIM本身的巨大优势，近几年来在国内房屋建筑工程和市政公用工程等领域推广十分迅速，但是在水利水电行业还处于初始应用阶段。因此，本文以目前尚未开工建设的重庆小南海水电站作为研究对象，将BIM引入该工程施工组织设计中，对水利水电行业信息化发展具有一定的意义和参考价值。1．2

研究目的和内容

研究目的。将BIM应用于小南海水电站施工组织设计中，一方面，为施工展示提供模型，扩大参与人

1．1

概述

研究背景

20多年来，国内水利水电行业应用CAD逐步取

代手工绘图，促进了行业发展，改善了施工管理模式，推动了水利枢纽建筑功能的完善和工程质量的提升。CAD制图为水利水电行业的信息化起步作出了重要的贡献，但随着信息化建设的不断发展和信息化水平的逐渐提升，信息化技术的门槛也越来越高，传统CAD二维制图已无法满足要求。建筑信息模型

收稿日期：2013－07－03作者简介：林伟，男，助理工程师，主要从事水电工程施工三维数字化研究工作。32

林伟，等：BIM在小南海水电站施工组织设计中的应用2013年11月

群，提高沟通效率，使工程人员更容易领会施工组织设计意图，直观地了解各种因素的相互联系和制约关系，迅速把握关键项目控制点，确定施工重难点，分析资源配置合理性，为施工组织设计的优化调整提供决策支持；另一方面，提高企业员工的总承包管理能力、工期管理能力和沟通协调能力。

研究内容。结合现有资料利用BIM对小南海水电工程进行施工三维仿真、施工进度4D模拟和施工动画制作，并在此基础上探讨BIM在水电工程施工组织设计中的进一步应用。1．3

工程概况

小南海水电站位于长江宜宾至重庆河段重庆境《长江流域综合利用规划简要报告》内，是推荐梯级开发方案的重要枢纽，是三峡水利枢纽的上游衔接梯级。由大坝、厂房、通航建筑物、仿自然通道以及跳蹬溪改道工程等组成。大坝采用混凝土重力坝和土石坝，坝多顶高程为203．0m。电站总装机容量为2000MW，年平均发电量为100．5亿kW·h，是重庆统调电网中。“重庆小南海水电站预可投资规模最大的水电工程

行性研究报告”已于2011年通过审查，该工程目前正在开展前期准备阶段的工作。

AutodeskInfrastructureMod-vitStructure（简称Ｒevit）、

eler（简称AIM）、AutodeskNavisworksManage（简称Navisworks）、Autodesk3dsMaxDesign（简称3dsMax）等。这些软件在水利水电行业中的应用方案如图1所示，下面将针对这几款主要软件在小南海水电站施工组织设计中的应用情况进行展开介绍

。

图1水利水电工程施工组织设计BIM应用方案

2．2BIM软件应用研究

施工组织设计是水利水电工程设计文件的重要组

是编制工程投资概（估）算的主要依据和编制成部分，

招、投标文件的主要参考，是工程建设和施工管理的指导性文件。传统施工组织设计一般采用文字和二维图纸相结合，对工程概况、施工总体方案、施工总布置、进仅技术类文件和图纸就要印制成度计划等进行介绍，

若干套书册。工程人员通常要阅读海量文字，反复翻阅对比大量图纸来理解施工组织设计文件，极耗时间如何将BIM软件功能应用在小南海水和精力。因此，

让工程人员在短时间内迅电站施工组织设计方案中，

速领会设计意图，提高工作效率，是有待研究的问题，下文将详细阐述。2．2．1

CAD软件三维建模

CAD软件三维建模功能十分强大，利用它来对小南海水电站大坝主体工程进行1∶1三维建模，可以查如长、宽、高、面积和体积等，询模型结构的所有信息，

或对模型任意截面进行剖切，展示其内部情况，既直观又准确，有助于工程人员充分了解实体结构的所有特征。使用CAD软件建立的部分坝体结构三维模型如图2所示。2．2．2

Civil3D软件处理地形

Civil3D软件可以创建三维地形曲面，在曲面上做基坑开挖、放坡、渠道设计，以及道路平纵横设计，并进行土方计算与调配平衡、生成土方施工图。Civil3D软件在土石方工程施工方案中应用较多，简要介绍如下。

2．1

BIM辅助施工组织设计

BIM软件简介

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，

BIM）的定义为：创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程

［1］

。

从水利水电行业目前的三维信息化软件来看，无论国内、国外都没有可以解决一切设计、分析问题的完善的BIM软件。由于国内工程建设行业的三维信息化技术起步较晚，国家尚没有形成完整的三维设计、施目前BIM软件的应用基本处于各企业工规范和标准，

自行摸索、自行提高的阶段。如何应对越来越激烈的行业竞争，提升企业形象和核心竞争能力，迅速打开国国际市场，做好三维数字化研究无疑将是一个突破内、

口。经过认真比选，并借鉴了房建工程和市政工程应我们选择了目前技术比较成熟、用BIM软件的经验，

能适用于水利水电行业的软件产品－欧特克基础设施设计套件2013旗舰版。

该套件主要包含以下几款软件：AutoCAD（简称CAD）、AutoCADCivil3D（简称Civil3D）、AutodeskＲe-

水电与新能源2013年第6

期

用放坡创建工具在原始地形曲面上导流明渠设计边坡完成导流明渠开挖（可以用Civ-部位进行放坡和场平，

il3D对象查看器观察导流明渠开挖后地形）。

（2）创建施工道路。使用路线创建工具在地形曲面上创建路线，生成路线纵断面图，如图3所示；选择“放坡体积工具”对基坑开挖和场地平整进行土方计算，而施工道路的挖填方计算，可以通过自动创建多个最后生成总体积表。图3为某条下基道路横断面图，

坑施工道路纵断面图，表1为该道路挖填方总体积表。2．2．3

Ｒevit软件结构建模

Ｒevit软件主要用于结构建模、配筋、标注尺寸，以

图2

小南海水电站右岸厂房三维模型

“族”和参数化模型。Ｒevit软件可辅助施工总布及建

置及混凝土工程施工方案，并为施工附企结构及各种施工设备建立三维模型

。

（1）开挖导流明渠。将DWG格式小南海坝址区地形点文件导入Civil3D软件，生成地形曲面；然后利

图3表1

里程/m0+00．000+43．520+61．160+70．651+25．001+55．56

挖方面积/m

7．003．908．9416．014．9122．91

道路纵断面图

道路挖填方总体积表

填方面积/m

3．230．772．354．500．947．40

挖方体积/m

0．00237．12113．21118．49568．27445．24

填方体积/m

0．0087．0227．5232．57148．06123．02

累计挖方体积/m

0．00237．12350．33468．821037．091482．33

累计填方体积/m

0．0087．02114．54147．11295．17418．19

净体积/m0．00150．10235．79321．71741．921064．14

Ｒevit建族。新建Ｒevit族文件，使用拉伸、放样、旋转、融合、空心形状等命令绘制实体，如图4是采用Ｒevit软件建立的塔带机供料线族，该模型可以用来制作施工动画。

参数化模型。对“族”添加材质和装饰、尺寸标

注、标识数据等参数，可实现族的参数化。族可以轻松根据建模需导入到已打开的Ｒevit项目或其他族中，

要，通过修改已定义好的参数数值，可以更改族的尺寸、材质和装饰、标识等，而不必再费力去重新建族。Ｒevit模型建好以后，FBX、NWC等文可导出为DWG、

图6

图4

塔带机供料线族

三期工程右岸溢流及非溢流坝段施工设备布置

小南海全景展示视频中的一张快照

。

件格式，再导入到其他软件进行编辑和处理。一定数量的模型集合可以建立模型库，以供随时调用。2．2．4

AIM软件快速建模及全景展示

AIM软件侧重于快速方案表现和虚拟漫游效果展示，可以在虚拟环境中快速布置建筑物、机械设备、道路、水域等，进行初步规划和方案设计，快速表达方案效果。AIM软件可以对工程各施工阶段进行全景三维仿真，对这些阶段的施工布置、项目进展、采取何种施工方案一一进行展示。

（1）施工方案快速表现。从CAD、Civil3D、ＲevitFBX、XML、IMX以及光栅图像等软件中导出的DWG、

均可直接导入AIM，还原成建筑结等格式的文件对象，

构、地形曲面和机械设备等三维素材。图5为在小南海地形“landXML”文件基础上赋予光栅图像后的效果

。

图7

主体工程基本完工后三维全景

（3）方案设计数据输出。AIM中的布置方案，可Civil3D、Ｒevit、Navisworks和3dsMax等导入到CAD、

开展施工图设计。这种有效的数据转换方式软件中，

能避免重复劳动并极大提升工作效率。2．2．5

Navisworks软件实时动态仿真

Navisworks软件具有虚拟漫游、碰撞检查、施工进度模拟等功能。这里主要介绍如何利用该软件的Timeliner工具制作小南海水电站全过程施工进度4D模拟。

首先用项目管理软件MicrosoftProject编制施工并添加到Timeliner模拟器数据源，然后进度计划表，

CAD、Ｒevit等软件导出在Navisworks中附加Civil3D、

的地形文件、建筑结构模型文件、设备模型文件等，并分别为这些三维模型赋予材质和灯光。使用Timeliner工具任务选项板对导入的每一项任务赋予任务类型，并应用相应规则使附加的文件自动附着到对应的任务上。

然后利用模拟选项板播放施工进度模拟，可以看Timeliner模拟面板上甘特到随着时间轴的向前推进，

图工作活动不断变化，视图中可以演示小南海水电站从开工到完工的全部施工过程。图8为小南海工程开工第176周施工进度4D模拟视频截图。2．2．6

3dsMax软件渲染、制作动画

(下转第37页)

图5一期工程下河前原始地形

将各软件创建的不同施工时段的三维素材导入重组，可以展现从工程开工到完工所有关键节点施工现AIM样式选项板内置有一些常见的场的情况。另外，

三维素材样式（也可自行添加样式），可以结合施工规划来使用它们进行布置，并根据需要增减素材或调整其尺寸和布局对施工规划进行快速修改。图6为三期工程混凝土施工设备布置情况。

（2）全景展示。采用AIM软件的ShowMotion功能可以创建演示或视频，视频由多个快照生成，图7

为

3dsMax软件可以用于三维效果图渲染、制作三

道直接到达轴承保持架滚道位置；前轴承处增加右挡脂环，润滑油脂从加油通道直接到达轴承保持架滚道位置。本方案同更改前比较，轴承补充加脂的可靠性但要拆除前后轴承盖才能察看轴承油脂得到保证，状况。

水泵轴承保养。每年度检修时，除了改进轴承压还应强调水泵都应进行一次解体检查、盖板结构之外，

图4

最终改进方案

清洗。轴承填充润滑脂的用量以能够填充轴承腔的1/3～1/2为宜。润滑脂过多或加脂不足均会导致轴承在工作中温升增大。若轴承明显晃动或其他损伤，需及时更换。水泵运行1500h后或每一个季度，应拆解水泵轴承端盖进行检查，若轴承油脂变质或进入杂质，则应对轴承进行清理，彻底更换润滑脂。

的不通盖，润滑油脂从加油通道直接到达轴承保持架滚道位置，可卸下后盖板察看轴承油脂状况；前轴承处由前轴承盖（一）替换可通盖，润滑油脂从加油通道直接到达轴承保持架滚道位置，骨架油封可通过其补脂通道获得润滑油脂，轴承补充加脂的可靠性得到保证。本方案同更改前比较，是要拆除前轴承盖才能察看轴承油脂状况。

（2）改进方案二。后轴承处更改同方案一；前轴承处由前轴承盖（二）替换可通盖，润滑油脂从加油通松开防尘盖后可察道直接到达轴承保持架滚道位置，

看前轴承油脂状况。本方案较更改前相比，前后轴承补充加脂的可靠性得到保证。但前轴承腔的防尘效果比方案（一）弱。

（3）采用的改进方案。经比较分析，最后采用的方案是在后轴承处增加左挡脂盘，润滑油脂从加油通

2主变技术供水泵电机过载处理

在运行中发生过主变供水泵电动机过载的故障，

分析其主要原因是瀑布沟机组投入AGC后，机组负荷因而主变冷却器启动台数也相应频繁变化，频繁变化，

当单台冷却器运行时，过水流量超过设计值30m/h，

内部流速增加过大，加快了冷却器磨损。为此，决定将主变的技术供水泵叶轮加以更换，重新安上1台最大

更换新叶轮后，水泵电机未流量为260m/h的叶轮，

再出现过载。

檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱

(上接第35页

)

3结语

以BIM三维数字技术为基础展开研究工作，集成了小南海水电站项目相关信息的工程数据模型（而不是只能用来出效果图的可视化模型），可以为设计和施工提供相协调的、内部保持一致的、并可进行初步运算的信息。

将BIM应用于小南海水电站施工组织设计，在结

图8

二期工程施工进度4D模拟视频截图

构三维建模、地形处理、施工方案展示、施工进度模拟等都取得了良好的效果，不仅极大丰富了施工组织设计的内涵，彰显了企业的信息化水平和科技研究实力，更重要的是让工程人员在施工之前，就能以数字化的方式看到整个施工过程，对如何优化设计方案、合理组织施工、保证质量、缩短工期、降本增效都有一定的意义。参考文献：

［1］《建筑信息模型》——设计与施报告编委会．建筑信息模型—

Ｒ］．北京：麦格劳－希尔建工的革新，生产与效率的提升［2009筑信息公司，

维动画，效果十分逼真，是一款家喻户晓的常用软件，

此处不再赘述。2．2．7

BIM软件应用的效果

BIM软件应用将工程人员从海量的文字和二维图纸中解放出来，采用三维可视化的方式，让参与者获得

让沟通变得更为顺畅；而对施工方更加直观的认识，

BIM应用人员来说，在施工规划阶段采用协同设计可以极大提高工作效率，在施工组织设计中合理有效地

运用BIM，可以提高建筑功能识别度，为工程量的准确计算提供依据，对指导施工具有实际意义。