蔡 慶， 黃 志 澎， 文 伏 靈

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

1 概 述

水電站設(shè)計(jì)樞紐布置錯(cuò)綜復(fù)雜，水工隧洞、交通隧洞縱橫交錯(cuò)。各個(gè)專業(yè)之間交叉較多，容易出現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰、缺等現(xiàn)象。BIM設(shè)計(jì)多用于前期設(shè)計(jì)階段，主要表現(xiàn)建筑物之間的相互關(guān)系，以及整體樞紐布置方案的整體性[1]。

但設(shè)計(jì)至技施階段，為清楚表達(dá)建筑物結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)成果大多以平面、剖面圖紙表達(dá)，尤其塔體鋼筋圖，配筋復(fù)雜，鋼筋圖繪制費(fèi)工費(fèi)時(shí)。且塔體結(jié)構(gòu)多背靠基巖，后邊坡與側(cè)向邊坡經(jīng)常存在超欠挖現(xiàn)象。優(yōu)化回填混凝土體型，實(shí)現(xiàn)根據(jù)開挖地形實(shí)時(shí)更新，也將是決定電站建設(shè)經(jīng)濟(jì)性的重要因素。本文基于CAITA三維設(shè)計(jì)軟件，重點(diǎn)研究施工圖階段水工模型的三維建模及出圖方式，為設(shè)計(jì)人員提高工作效率、節(jié)省時(shí)間最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

2 模型建立

結(jié)構(gòu)模型建立主要依靠CAITA三維建模的基本功能，以點(diǎn)、線、面體分別控制，形成規(guī)則的建模體系。

2.1 尾水出口總體模型

猴子巖尾水閘室位于尾水隧洞出口，主要由1#閘室、2#閘室、出口底板、出口護(hù)坡以及回填混凝土幾大部分組成。建模時(shí)要求規(guī)范模型樹，做到隨時(shí)可查可改。

2.2 單體閘室結(jié)構(gòu)模型

兩座閘室結(jié)構(gòu)形式基本相同，在單個(gè)閘室體系中，可將二期混凝土，檢修T型梁、通氣孔、電纜溝等細(xì)部結(jié)構(gòu)建立清晰，在和機(jī)電起閘專業(yè)對(duì)接交叉時(shí)，表達(dá)直觀簡(jiǎn)單，有效提高了工作效率。

圖1 猴子巖尾水出口閘室模型

圖2 單體尾水閘室模型

2.3 單體閘室鋼筋模型

鋼筋模型采用由成勘院基于CAITA平臺(tái)2次開發(fā)的HydroRebar程序[2]，該程序主要依據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL-T 5057-2009)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的配筋要求，如保護(hù)層厚度、錨固長(zhǎng)度、鋼筋等級(jí)、鋼筋直徑、以及鋼筋彎起等做了充分考慮，實(shí)現(xiàn)鋼筋模型建模立體化，可視化。

同結(jié)構(gòu)模型一樣，需做好鋼筋模型樹的整理，對(duì)不同高程、不同方向的鋼筋按照配筋序號(hào)進(jìn)行整理，最終形成可查可改的動(dòng)態(tài)鋼筋模型。

圖3 鋼筋模型示意圖

準(zhǔn)確建模后，可在catia界面中直接量取結(jié)構(gòu)工程量以及鋼筋工程量，同時(shí)可生成鋼筋表，供后續(xù)出圖使用。

3 三維出圖

3.1 三維軸測(cè)圖出圖方式

由于現(xiàn)場(chǎng)施工情況還不具備模型交付的外部條件，因此設(shè)計(jì)成果的表達(dá)仍然要依靠圖紙。

傳統(tǒng)的出圖方式主要是依賴平剖面，步驟繁瑣，尤其是鋼筋圖，設(shè)計(jì)人員容易出現(xiàn)平剖面鋼筋無法對(duì)應(yīng)，鋼筋表數(shù)漏鋼筋的情況，往往需反復(fù)校審修改，影響設(shè)計(jì)進(jìn)度。

CATIA三維出圖方式主要依靠已建立的鋼筋模型，將已有的閘室結(jié)構(gòu)分為若干部分，并按照不同的鋼筋配布方向，直接以清晰簡(jiǎn)單的軸測(cè)圖形式表達(dá)，利用cad中的ucs局部坐標(biāo)命令，可清晰的指定文字和尺寸的標(biāo)注方向。

對(duì)比較復(fù)雜的斷面，可考慮用剖視圖進(jìn)行補(bǔ)充。其余的圖簽、說明等要素按相關(guān)制圖標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

圖4 三維鋼筋軸測(cè)圖出圖方式示意

3.2 鋼筋表生成

鋼筋表可由CAITA直接生成，只要對(duì)字體及表格大小稍作調(diào)整，即可形成完整的鋼筋表。

4 建筑物優(yōu)化及調(diào)整

由于洞室出口基巖邊坡開挖難以準(zhǔn)確控制，普遍存在超挖及欠挖現(xiàn)象，因此根據(jù)實(shí)際開挖地形對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而優(yōu)化回填混凝土工程量，也是BIM技術(shù)的重大優(yōu)勢(shì)。

由圖6和圖7可見，將實(shí)際開挖測(cè)量地形導(dǎo)入catia中，形成簡(jiǎn)單的局部GIS系統(tǒng)，可清楚的反應(yīng)超欠挖現(xiàn)象，以此為依據(jù)，對(duì)兩閘室之間的回填混凝土體型進(jìn)行了優(yōu)化，且有效的增大了閘室頂部的作業(yè)面積。最終優(yōu)化混凝土2 700 m3。

圖5 鋼筋表示意

圖6 閘室出口原設(shè)計(jì)方案

圖7 根據(jù)實(shí)際開挖地形優(yōu)化后

5 結(jié) 語

水電站樞紐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖過程中超挖現(xiàn)象普遍，因此，在猴子巖尾水閘室設(shè)計(jì)中，采用BIM正向設(shè)計(jì)，進(jìn)行三維出圖，直觀表達(dá)了塔體結(jié)構(gòu)及配筋布置，有效提高了工作效率；同時(shí)結(jié)合GIS系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況動(dòng)態(tài)更新設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化塔體兩側(cè)回填混凝土工程量。通過CATIA平臺(tái)對(duì)猴子巖尾水出口閘室進(jìn)行三維正向設(shè)計(jì)，形成了完整的BIM模型設(shè)計(jì)鏈條，模型中涵蓋了結(jié)構(gòu)尺寸、材料、工程量的重要信息；同時(shí)，探索了三維出圖的全新方式，為提高設(shè)計(jì)人員生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化，節(jié)省了工程投資造價(jià)。