鄧 衛(wèi) 東

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

BIM 技術(shù)在 St． John Falls 水電站工程中的應(yīng)用

鄧 衛(wèi) 東

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

St.John Falls水電站位于利比里亞St.John河上，電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電。為適應(yīng)國(guó)外項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期短的要求，通過(guò)BIM設(shè)計(jì)管理模式的引入，達(dá)到工程便于頂目的管理，提高工作效率，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中能直觀了解工程的地層、巖性、構(gòu)造、物理地質(zhì)現(xiàn)象的分布及其規(guī)律，提交相應(yīng)工程地質(zhì)剖面，為設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化提供支撐。

BIM設(shè)計(jì)管理模式；工程地質(zhì)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)；地質(zhì)體模型編制；工作效率

1 BIM設(shè)計(jì)管理模式及引入

BIM(建筑信息模型——Building Information Modeling)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。

St.John Falls水電站位于利比里亞St.John河上，電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電。水庫(kù)正常蓄水位156 m，具有日調(diào)節(jié)性能，電站裝機(jī)容量120 MW，為三等中型水電工程。任務(wù)要求在3個(gè)月內(nèi)需提交勘察報(bào)告，其中近1個(gè)月時(shí)間為地質(zhì)測(cè)繪、勘探及試驗(yàn)資料的收集。期間，地質(zhì)專業(yè)須向下游專業(yè)(如水工專業(yè)、施工專業(yè)等)提供壩址比較、水工樞紐等大量工程地質(zhì)剖面的需求，按照常規(guī)，在短時(shí)間內(nèi)提供下游專業(yè)所需地質(zhì)剖面圖，并需大量工程地質(zhì)人員進(jìn)行圖件的編制，對(duì)人力資源和工作效率的要求較高。

根據(jù)我公司的發(fā)展戰(zhàn)略，即“將BIM打造成核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，提升我公司生產(chǎn)力水平”的目標(biāo)下，針對(duì)我公司國(guó)外項(xiàng)目的發(fā)展、適應(yīng)國(guó)外項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期短的要求，刨除大量人力資源進(jìn)行設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)管理模式，引入先進(jìn)的BIM設(shè)計(jì)模式管理以達(dá)到對(duì)原始資料的統(tǒng)一管理和減少地質(zhì)人員二維作圖時(shí)間，并通過(guò)模型化的建立，達(dá)到工程地質(zhì)剖面圖件保質(zhì)、保量、及時(shí)提供給下游專業(yè)使用。

對(duì)此，St.John Falls水電站可行性設(shè)計(jì)(地質(zhì)部分)引入了BIM設(shè)計(jì)管理模式。

2 St.John Falls水電站BIM設(shè)計(jì)管理過(guò)程

我公司地質(zhì)專業(yè)BIM設(shè)計(jì)管理模式為工程地質(zhì)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Geo Smart)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用(見(jiàn)圖1)，包括工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)和工程地質(zhì)三維解析系統(tǒng)，通過(guò)上述管理系統(tǒng)，可有效進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和模型的設(shè)計(jì)。

圖1 工程地質(zhì)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Geo Smart)

(1)原始資料的整理。在野外現(xiàn)場(chǎng)，地質(zhì)人員進(jìn)行了地質(zhì)點(diǎn)記錄、坑(槽)探編錄、鉆孔原始鑒定記錄、各種類型的照片等原始資料的整理(見(jiàn)表1)，并利用工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)離線模式進(jìn)行輸入管理(見(jiàn)圖2、3)，保證資料的完整性和查詢的方便性。

表1 現(xiàn)場(chǎng)收集原始資料匯總

(2)利用工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，將管理文件，如合同、策劃書(shū)、勘探、試驗(yàn)任務(wù)書(shū)、會(huì)議紀(jì)要等納入系統(tǒng)中相應(yīng)目錄(見(jiàn)圖4)。

圖2 鉆孔原始資料錄入示例 圖3 地質(zhì)點(diǎn)原始資料錄入示例

圖4 管理目錄文件輸入示例 圖5 根據(jù)錄入的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析示例

(3)對(duì)數(shù)據(jù)文件的解析。根據(jù)工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)錄入資料，組織專家對(duì)原始地質(zhì)資料(地層、構(gòu)造、物理地質(zhì)現(xiàn)象等)進(jìn)行分析和歸納，形成“解析成果”(見(jiàn)圖5)，為三維建模提供基礎(chǔ)資料。

(4)模型的建立。對(duì)“解析成果”形成關(guān)聯(lián)，結(jié)合地質(zhì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的總體認(rèn)識(shí)，利用工程地質(zhì)三維解析系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)界面模型的編制，在編制過(guò)程中，通過(guò)三維簡(jiǎn)易二維圖對(duì)編制界面進(jìn)行修改，達(dá)到界面地質(zhì)條件合理性(見(jiàn)圖6)。

(5)模型的生成。完成三維地質(zhì)界面后，即可直接利用“三維地質(zhì)圖”及時(shí)完成下游專業(yè)對(duì)地質(zhì)剖面圖件的需求(見(jiàn)圖7)。

圖6 模型的建立 圖7 根據(jù)模型進(jìn)行工程地質(zhì)剖面圖的生成

3 成果的利用及效果對(duì)比

本次工作中，BIM設(shè)計(jì)管理與傳統(tǒng)工作方式的對(duì)比優(yōu)勢(shì)明顯。

3.1 工程管理

通過(guò)BIM設(shè)計(jì)管理模式，共錄入原始資料：鉆探9孔，404條記錄；槽探1個(gè)，坑探7個(gè)，照片188張，該項(xiàng)目綜合描述2條，工程附件158個(gè)，勘探對(duì)象附件55份，根據(jù)勘探資料的深入，形成漸進(jìn)式模型51個(gè)，最終模型部件7個(gè)。

對(duì)上述資料根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行了分門別類，如工程信息類中，分為工程基本信息、工程人員信息、工程設(shè)計(jì)階段信息、工程信息點(diǎn)坐標(biāo)、工程方案信息、工程附件信息等，做到了有序可查。而傳統(tǒng)工作方式中均靠工作人員進(jìn)行分類，無(wú)統(tǒng)一模式，分類無(wú)章。

在系統(tǒng)中，設(shè)置有設(shè)、校、審專項(xiàng)，直接網(wǎng)上對(duì)輸入原始資料、模型的編制進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，做到了責(zé)任明確。傳統(tǒng)工作模式則需單獨(dú)進(jìn)行。

3.2 工程設(shè)計(jì)

工程項(xiàng)目信息項(xiàng)查閱，按傳統(tǒng)工作方式需翻閱報(bào)告或咨詢相關(guān)專業(yè)，以了解工程項(xiàng)目的特性，而現(xiàn)在通過(guò)工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)，工作人員可直接、直觀在系統(tǒng)中查閱。

原始資料錄入后，在樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件的分析中，直接在系統(tǒng)中查閱地質(zhì)點(diǎn)、鉆孔、坑(槽)探等資料，并進(jìn)行任意工程部位勘探、試驗(yàn)的查詢和對(duì)比，極為方便。如根據(jù)傳統(tǒng)工作方式需找出原始記錄、照片等資料，由于資料多，查閱分析較為困難，導(dǎo)致工作時(shí)間的增加，效率降低。

本工程直接利用輸入數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了模型建立，且在二維出圖方面有了很大的提高：傳統(tǒng)CAD二維剖面制圖，需在平面圖上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，再進(jìn)行二維剖面的編制，并需進(jìn)行各剖面同一位置地形、巖層界線、風(fēng)化、卸荷界線等地質(zhì)界線的一致，完成1張地質(zhì)剖面圖至少需1天的時(shí)間，如要完成下游專業(yè)提出的剖面和時(shí)間要求，需2～3名地質(zhì)人員同時(shí)進(jìn)行編制?，F(xiàn)在通過(guò)模型，僅需1名地質(zhì)人員將剖面端點(diǎn)輸入后，即可批量自動(dòng)形成地質(zhì)剖面。

傳統(tǒng)CAD二維剖面制圖由于每張二維圖是相對(duì)孤立的，分析過(guò)程具有局限的，但從三維模型中編制的二維圖，均為三維整體的一個(gè)表達(dá)，具統(tǒng)一性，編制更合理、更精細(xì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

BIM數(shù)字化信息模型有助于原始資料的管理和保存，可完成自項(xiàng)目啟動(dòng)至項(xiàng)目結(jié)束的所有技術(shù)文件、管理文件的及時(shí)整理，形成管理、工作一體化，做到隨查隨到，防止資料因工程周期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致部分原始資料的丟失。

將原始資料及設(shè)計(jì)理念進(jìn)行地質(zhì)體模型編制，有利于水工布置的選擇，完成模型后，可進(jìn)行地質(zhì)剖面的任意選擇，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。

地質(zhì)模型的編制可更有效地適應(yīng)國(guó)外項(xiàng)目前期工作中的短、平、快的設(shè)計(jì)周期，同時(shí)，可直觀了解工程的地層、巖性、構(gòu)造、物理地質(zhì)現(xiàn)象的分布及其規(guī)律。

本次St.John Falls水電站引入BIM管理模式后， 從人力資源、工作效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量等方面的管理都有了很大的提高：工程共投入人力資源3人，完成野外資料收集后，在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)錄入、模型編制、報(bào)告編寫(xiě)及相關(guān)專業(yè)的配合。實(shí)現(xiàn)了在原工作模式條件下不可能完成的任務(wù)。因此，可斷定，BIM設(shè)計(jì)理念將是今后工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的趨勢(shì)。

[1] 李明超,鐘登華,王忠耀,劉杰.水利水電工程地質(zhì)——水工三維協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].中國(guó)工程科學(xué),2010,12(1):3-47.

[2] 王剛,李明超,周四寶.水利水電工程多源地質(zhì)數(shù)據(jù)集成處理與分析[J].水利水電科技進(jìn)展,2015,35(2):73-76.

[3] 王剛,楊靜熙.復(fù)雜地質(zhì)背景下的三維建模及應(yīng)用分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2016.

2017-01-16

鄧衛(wèi)東(1967-)，男，四川成都人，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水利水電工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)工作。

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