BIM在水电综合项目工程综合项目施工总布置设计中的应用.doc

BIM在水电工程施工总布置设计中应用
 ——云南澜沧江黄登水电站
项目简介
黄登水电站位于云南省兰坪县境内，是澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案第五级，电站布置方案为碾压混凝土重力坝，最大坝高203m，总库容15亿立方米，装机容量为1900MW，该电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、供水、水土保持和旅游等综合效益。本项目工程规模宏大，工程总投资估算额约173亿元，建设总工期81个月，主体工程区范畴约20平方公里，区内布置大量工程生产区、生活区以及加工厂等辅助公司，并分布错综复杂道路交通系统。

图1 黄登水电站设计效果图
解决方案
谋求BIM理念与技术支撑
黄登水电站重要施工区域布置有数十个分类复杂大型施工区，施工交通系统纵横交错，主体建筑物中挡水建筑物、地下厂房、导流建筑物等均包括大量体型庞大且构造复杂建筑设施，设计流程与专业协调非常复杂，涉及到规划、勘测、水工、厂房、机电、施工等重要设计专业。为此，在新设计思想和技术高速发展背景下，如何实现工程整体设计全面协调化，进行全面信息化和可视化设计，始终是中华人民共和国水电顾问集团昆明勘测设计研究院（简称“昆明院”）工程师们不断追求和摸索目的。随着BIM技术理念发展，以及欧特克公司一系列BIM设计软件应用为昆明院带来了全新设计思路和方式。通过实践研究，BIM软件平台应用为昆明院各专业在设计方面带来了巨大转变，在进行三维一体信息化设计进程中，从水工构造设计采用Autodesk Revit Structure和Autodesk Revit Architecture开始，逐渐到机电专业、金属机构采用Autodesk Revit MEP和Autodesk Inventor，以及施工等专业采用AutoCAD Civil 3D、Autodesk Infrastructure Modeler（AIM），BIM理念实践应用得到迅速发展。
AIM提供新支撑
随着AIM推出，其强大迅速建模功能与AutoCAD Civil 3D数据良好接口，以及在可视化方面优势，为规划设计、多方案比选以及方案演示等提供了强大技术支撑，特别是在初步设计阶段，其道路、水域、植被、建筑、景观以及信息关联解决等便捷而迅速建模功能，为设计师提供了强大表达方式 ，同步可以把在AutoCAD Civil 3D中精准设计模型以及其她GIS数据等汇入到同一模型中，使不同种类数据和模型得以有效整合。
在昆明院，设计人员将AIM强大都市规划设计功能应用到了水电工程施工组织设计与规划之中，特别是在黄登水电站施工总布置设计应用中，在AIM支持下，实现了以施工总布置为基本三维协同一体化设计，并且为施工规划中景观设计提供了高效便捷平台，设计模型中每个个体都可实现独立信息化和可视化连接，当设计变更时只需对局部设计文献进行修改，导入AIM中便可进行自动更新，实现了多专业动态协同设计。
BIM模型概况
水电站工程设计涉及各种不同专业，涉及地质、水工、施工、建筑、机电等。黄登水电站施工总布置以AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、Autodesk Inventor 等为各专业建模基本，以Autodesk Navisworks Manage为模型观测与碰撞检查工具，以AIM为总布置可视化和信息化整合平台开展BIM协同设计。
1. 总体规划
AutoCAD Civil 3D强大地形解决功能，可协助实现工程三维枢纽方案布置以及立体施工规划，结合AIM迅速直观建模和分析功能，则可轻松、迅速协助布设施工场地规划，有效传递设计意图，并进行多方案比选。

图2 总布置方案规划设计
2. 枢纽布置建模
枢纽布置、厂房机电等需由水工、机电、金属构造等专业按照有关规定建立基本模型与施工总布置进行联合布置。
2.1 基本开挖解决
结合AutoCAD Civil 3D建立三角网数字地面模型，在坝基开挖中建立开挖设计曲面，可协助生成精确施工图和工程量。

图3 坝肩坝基开挖设计模型
2.2 土建构造
水工专业运用Autodesk Revit Architecture进行大坝及厂房三维体型建模，实现坝体参数化设计，协同施工组织实现总体方案布置。

图4 大坝构造模型

图5 厂房构造模型
2.3 机电及金属构造
机电及金属构造专业在土建BIM模型基本上，运用Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Architecture同步进行设计工作，完毕各自专业设计，在三维施工总布置中则可以起到细化应用目。

图6 厂房机电设备透视图

图7 发电机层及主变室构造透视图
3. 施工导流
导流建筑物如围堰、导流隧洞及闸阀设施等及有关布置由导截流专业按照规定进行三维建模设计，AutoCAD Civil 3D协助建立精确导流设计方案，AIM运用AutoCAD Civil 3D数据进行可视化布置设计，可实现数据关联与信息管理。

图8 导流方案布置

图9 导流洞进出口布置

图10 上下游围堰布置
4. 场内交通
在AutoCAD Civil 3D强大地形解决能力以及道路、边坡等设计功能支撑下，通过装配模型可迅速动态生成道路挖填曲面，可精确计算道路工程量，通过AIM可进行概念化直观表达。

图11 道路交通模型
5. 渣场与料场布置
在AutoCAD Civil 3D中，以数字地面模型为参照，可迅速实现渣场、料场三维设计，并精确计算工程量，且通过AIM实现直观表达及智能信息管理。

图12 渣场料场布置模型
6. 施工工厂
施工工厂模型包括场地模型和工厂三维模型，Autodesk Inventor协助参数化定义造型复杂施工机械设备，联合AutoCAD Civil 3D可实现精确施工设施布置，AIM则协助三维布置与信息表达。

图13 砂石加工系统布置模型
7. 营地布置
施工营地布置重要包括营地场地模型和营地建筑模型，其中营地建筑模型可通过AutoCAD Civil 3D进行二维规划，然后导入AIM进行三维信息化和可视化建模，可迅速实现施工生产区、生活区等布置，有效传递设计意图。

图14 施工营地布置模型
8. 施工总布置设计集成
BIM信息化建模过程中将设计信息与设计文献进行同步关联，可实现整体设计模型碰撞检查、综合校审、漫游浏览与动画输出。其中，AIM将信息化与可视化进行完美整合，可以不但提高了设计效率和设计质量，并且大大减少不同专业之间协同和交流成本。

图15 施工总布置集成示意图
9. 施工总布置面貌
在进行施工总布置三维一体信息化设计中，通过BIM模型信息化集成，可实现工程整体模型全面信息化和可视化，并且通过AIM漫游功能可从坝体到整个施工区，迅速全面理解项目建设整体和细部面貌，并可输出高清效果展示图片及漫游制作视频文献。

图16 蓄水前施工面貌

图17 蓄水后工程面貌

图18 施工总布置总体面貌

图19 总布置漫游视频
BIM协同设计
BIM设计核心及精华在于信息全面性和专业协同，在设计过程中可将AutoCAD Civil 3D、Autodesk Revit、Autodesk Inventor、AIM等设计数据文献进行互联共享，集中分级管理控制，各专业可以高效实现专业架构和设计，极大提高设计效率。
BIM应用发展
1. 设计理念转变及提高。BIM能实现整个工程面貌全面信息化及可视化，实现多专业、多方案协同布置设计，各专业最新设计成果可以实时反映在同一BIM模型上，互有关系在三维模型上一目了然，可避免不必要设计干扰与信息阻隔问题。
2. 设计效率及质量奔腾。通过系统组织规划，BIM设计理念实践可以实现多专业协同设计与出图，实现基于BIM模型工程量精准记录以及设计模型智能冲突检测，并且在模型信息化功能辅助下可以使设计人员从容应对设计变更，从而可以大大提高设计效率和设计质量。
3. 高效直观设计表达形式。随着BIM设计平台应用发展，特别是AIM推出，可以让设计人员轻松实现设计意图概念化表达及应用，实现多方案虚拟互动漫游及展示。
将来展望——不断提高设计理念
随着设计理念和技术发展，昆明院始终在追求更高效设计方式，BIM作为一种新型生产组织方式，是管理思想与技术有机组合，BIM强调建筑项目整体全面信息化，强调信息模型和管理流程在建筑全生命周期中应用。在黄登水电站工程设计应用上，昆明院项目团队使用了欧特克公司各种BIM设计主流软件，在不同阶段开展相应设计工作，高质量地完毕了设计任务。
通过欧特克公司系列BIM软件设计平台应用，给昆明院设计理念和质量都带来了极大提高，同步在BIM技术支撑下，各个阶段设计流程与工作模式等数据也得到了有积累和继承，为后续项目设计提供了宝贵经验。
BIM在大型复杂项目中深度应用–南京禄口国际机场二期工程
-11-05 来源：BIM中华人民共和国网 字号：大 中 小
摘要：当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司（简称“华东院”）是以建筑设计为主当代科技型公司，从属于上海当代建筑设计（集团）有限公司，是中华人民共和国成立最早、规模最大综合性甲级建筑设计院之一，也是当今中华人民共和国...
当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司
当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司（简称“华东院”）是以建筑设计为主当代科技型公司，从属于上海当代建筑设计（集团）有限公司，是中华人民共和国成立最早、规模最大综合性甲级建筑设计院之一，也是当今中华人民共和国最具影响力建筑设计研究院之一。
当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司创立于1952年，总部设在上海，设计项目遍及27个省市、16个国家和地区，完毕工程设计及征询2万余项，为不同行业和地区客户提供优质满意增值服务。该院完毕了国家电力调度中心、中央组织部大楼、上海浦东国际机场一期及二期、上海铁路南站、央视新址、国家图书馆二期、上海环球金融中心等一大批具备代表性重大工程，并在上海世博园区建设和虹桥综合交通枢纽中心等重大工程设计中成绩明显，赢得了广泛赞誉。
案例：
南京禄口国际机场 二期航站楼
有关软件及解决方案：
Autodesk Revit Architecture
Autodesk Revit Structure
Autodesk Revit MEP
Autodesk Ecotect Analysis
Autodesk Navisworks
Autodesk 3ds Max
BIM技术使得建筑全生命周期信息共享成为也许，并逐渐打破长期以来建筑行业存在信息隔阂，对建筑行业将来具备深远意义。
——当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司
技术中心副主任 徐浩
从建筑模型到建筑信息模型，从建筑信息模型到建筑信息管理，BIM成为建筑行业可持续发展催化剂和助推器。
——当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司
数字化建筑设计研究中心主任、南京机场BIM项目经理 耿跃云
BIM软件在整个项目过程当中发挥了重要作用，而基于BIM欧特克软件，如Autodesk Revit系列软件、Autodesk Navisworks、Autodesk 3ds Max均在项目中起到了重要作用，使得项目得以顺利进行。
——当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司
数字化建筑设计研究中心建筑师 南京机场BIM建筑师 陈顺
基于BIM欧特克设计软件变化了建筑师以往设计模式和思考方式，使得设计更加富有创意和可控性。
——当代设计集团华东建筑设计研究院有限公司
数字化建筑设计研究中心建筑师 南京机场BIM建筑师 李远晟
案例正文：
南京禄口国际机场二期工程¬——BIM在大型复杂项目中深度应用
项目简介
南京禄口国际机场位于南京市东南部，距市中心直线距离为35.8公里，为满足预测航空业务量规定，将建设二期工程，在既有跑道南侧间距米处建设长度为3600米、宽60米第二跑道，飞行区级别指标为4F，新建T2旅客航站楼，面积约为26万平方米，满足年解决旅客1800万人次规模，与原有T1航站楼共同承担3000万人次吞吐量，工程预测总投资90亿元，筹划青奥会前投入使用，全面满足青奥会运营需求，同步打造江苏省及南京市全新门户形象。

图1 南京禄口国际机场二期航站楼夜景效果图
南京是六朝古都、十朝都会，素有“虎踞龙盘”之称，“风从虎，云从龙”——新航站楼形体轻盈通透，布满张力，飘逸舒展多曲面顶盖，如行云流水，气势非凡。金属屋盖采用“大跨度、小曲率、多变化”构造，国内首创。

图2 南京禄口国际机场二期航站楼车道边效果图

图3 南京禄口国际机场二期航站楼空侧立面效果图
项目机遇与挑战
智慧机场——安全、便捷、高效
智慧机场示范项目
1、“大跨度、小曲率、大变化”航站楼金属屋盖；
2、各种先进数字化建筑技术载体；
3、将BIM与建筑物安全、健康监测结合起来；
解决方案
基于BIM可视化协同设计
运用Autodesk Revit系列BIM软件对南京禄口国际机场二期航站楼建筑、构造和MEP进行模型构建，对设计图纸进行校核，并运用BIM模型与各专业设计师一起进行沟通，协调解决设计中由于沟通不及时导致设计碰撞问题，这不但提高了设计效率，并且提高了设计品质。

图4 南京禄口国际机场二期航站楼建筑模型 图5 南京禄口国际机场二期航站楼构造模型

图6 南京禄口国际机场二期航站楼行李系统机电模型
基于BIM屋面设计
南京禄口国际机场二期航站楼金属屋面采用“大跨度、小曲率、多变化”构造形式，整体持续一气呵成，如行云流水气势非凡。主楼金属屋面由9个鼓包构成，从中间到两边逐渐递减，为多曲面形式。在屋面设计过程中，运用Grasshopper对机场屋面进行参数化找形，并将生成模型与Tekla软件相结合来完毕构造分析和计算，同步与Autodesk Ecotect软件对接，对屋面性能进行分析，以保证机场屋面整体美观同步满足设计需要考虑因素。然后借助Autodesk Revit软件将屋面模型导入Revit模型中，通过模型导出生成CAD图纸，辅助设计出图。最后运用Autodesk Navisworks软件碰撞检查功能，对屋面钢构造、屋顶板块和室内吊顶以及其她专业之间进行设计校核。

图7 屋面设计
基于BIM技术参数化表皮划分
运用Grasshopper对机场屋面进行参数化找形，然后运用Rhino投影功能将屋面三维模型投影到二维平面，再运用二维AutoCAD对屋面进行板块划分，然后再重新投影到屋面三维模型，最后完毕对屋面表皮划分。

图8 屋面表皮划分
基于BIM技术参数化设计程序
运用Grasshopper强大参数化找形功能对屋面进行编程，对不拟定条件进行参数设立，当代设计集团华东院通过对参数调节达到对形体控制目，最后协助设计师实现心中所想。

图9 参数化设计程序
基于BIM技术参数化屋面排水坡度分析
运用犀牛软件强大参数化设计功能，对屋面进行取点，测试相邻两点之间高差，从而确认两点间斜率，最后得出排水方向。通过对排水坡度参数设立，很容易分析出屋面不满足排水区域，然后再对屋面进行局部调节，最后使得整个屋面达到排水规定。

图10屋面排水坡度分析
基于BIM模型——钢构造深化
一方面运用Autodesk Revit Structure软件构建机场屋面钢构造模型，然后运用Autodesk Navisworks软件碰撞检查功能，对屋面钢构造、屋顶板块和室内吊顶以及其她专业模型进行设计校核，通过Autodesk Revit Structure软件编辑功能，对不符合规定构造构件进行修改，并对各构件边界条件、构造荷载等进行构造参数设立，最后通过Autodesk Revit软件和构造分析软件Tekla相结合，对机场屋顶构造进行分析、计算和深化，有效地运用BIM设计模型对施工深化进行控制，保证设计合理性和美观性以及施工可行性。

图11钢构造深化模型-整体 图12钢构造深化模型-局部
基于BIM设备材料记录
运用Autodesk Revit软件对屋面钢构造桁架进行模型构件，通过模型导出生成明细表，对屋面不同类型构件进行材料记录，同步对设计进行校核。

图13设备材料记录
基于BIM辅助施工图出图
机场屋面复杂性，老式设计工具已经无法满足出图需要，因此当代设计集团华东院一方面运用Rhino对机场屋面进行参数化找形，然后将模型导入到Autodesk Revit，运用Autodesk Revit导出生成二维CAD图纸，并在AutoCAD中进行加工，最后完毕施工图出图。

图14正立面图

图15侧立面图 图16屋面控制点定位图
标记系统
运用Autodesk Revit和Sketchup相结合构建模型，运用Autodesk Navisworks漫游功能，实时直观地反映机场室内标记系统效果，与设计师进行沟通交流，通过重复修改，拟定最后方案。

图17标记系统效果图
室内空间设计
运用Autodesk Revit和Sketchup相结合构建模型，运用Autodesk Navisworks漫游功能，直观地反映出机场室内空间和人物对比关系，还可以运用Autodesk Navisworks测量功能，直接测量出楼板与吊顶间高度，与设计师进行沟通交流，报告展示。

图18室内空间效果图 图19室内空间效果图
室内吊顶方案比选
一方面运用AutoCAD对屋面投影面进行板块划分，再将划分完线段导入到犀牛中，并投影到室内吊顶上，然后运用Autodesk Revit和Sketchup相结合构建模型，与设计师进行沟通交流，通过多方案比选，拟定最后方案。

图20室内吊顶方案 图21室内吊顶方案
施工组织管理
南京禄口国际机场二期航站楼工程在施工开始阶段，就在每台塔吊顶部装配监控设备，运用无线视频技术对施工现场进行24小时实时监控，并将施工现场建造状况与当代设计集团华东院BIM模型进行对比，有效地控制施工顺序和施工误差。

图22无线视频监控技术
现场变更和误差分析流程
为了更好地对施工质量、进度和成本进行控制，明确施工各参建方责任，当代设计集团华东院对施工现场变更和误差进行分析和疏理，总结出了一套施工现场变更和误差分析流程，在南京禄口国际机场二期工程指挥部大力推动和支持下，同步监理单位对整个流程进行控制和审核，以及各施工参建单位认真贯彻和积极配合下，有效地控制了施工质量，提高了施工效率，减少了施工返工。

图23现场变更流程图 图24现场误差分析流程图
设计校核与管线优化
运用Autodesk Revit系列软件构建模型，并导出NWC格式文献，通过Autodesk Navisworks软件进行漫游和碰撞检查，对不同专业模型进行设计校核，对发现问题进行标记，并提出修改意见，同步将碰撞报告反馈给各专业设计师，与设计师一起协调解决碰撞问题。

图25碰撞报告-1 图26碰撞报告-2

图27碰撞修改先后对比 图28碰撞修改先后对比
基于BIM有关分析
运用BIM模型与各专业分析软件相结合，对建筑物可视度、高程、填挖高度、标高优化、构造稳定性、采光、通风、遮阳、火灾、人员疏散、二氧化碳含量、温度、烟气等进行分析模仿，以提高建筑品质、安全性和合理性，使得建筑空间分派更加合理、健康，并且还可以减少能耗、减轻环境影响，使得建筑与生态环境更加和谐。
可视度分析

图29可视度分析 图30塔楼视线图45-63m

图31塔楼视线图70m 图32塔楼视线图80m
高程分析

图33高程分析
填挖高度分析

图34填挖高度分析
标高优化分析

图35标高优化分析
构造分析

图36屋面构造挠度分析 图37屋面构造大震弹塑性分析

图38 Y形柱稳定分析
采光和通风模仿

图39采光和通风模仿
灯光模仿

图40灯光模仿
建筑遮阳模仿

图41遮阳模仿
火灾模仿

图42火灾模仿 图43火灾模仿

图44火灾模仿
人员疏散模仿

图45人员疏散模仿截图（火灾10秒） 图46人员疏散模仿截图（火灾20秒）

图47人员疏散模仿截图（火灾30秒）
二氧化碳含量模仿

图48二氧化碳含量模仿截图（火灾10秒） 图49二氧化碳含量模仿截图（火灾20秒）
温度模仿

图50室内温度模仿截图（火灾10秒） 图51室内温度模仿截图（火灾20秒）
烟气模仿

图52室内烟气模仿截图（火灾10秒） 图53室内烟气模仿截图（火灾20秒）
将来展望
随着信息技术不断发展与创新，BIM平台各项功能日益增长，专业软件也不断地增多，BIM徐徐地被越来越多人所熟知和认同。
BIM提出与发展，是对整个建筑行业技术一次改革，是引领建筑行业信息技术走向更高层次一项创新，同步也是对老式行业行为模式和管理方式一种新挑战。BIM是建筑行业信息技术发展必然产物，由于BIM可以解决工程信息创立、管理、共享与无损传递，可以使工程中单一、离散数据构造化、集成化，从而使得工程自身更加精益化和智能化，因此BIM可觉得建筑从概念到拆除全生命周期中所有决策提供可靠根据。BIM必将在不久将来成为建筑行业主流力量，当代设计集团华东院也将需要加强对BIM专业知识和软件学习，以便在日益发展信息时代中不被裁减。
来源：欧特克