２０１７年１２月 Ｄｅｃ．２０１７ 江苏水利 ＪＩＡＮＧＳＵ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ 信息化与物联网 ６５ 浅谈水利水电工程建筑信息模型与三维协同设计 杭旭超，杨雅新 （上海勘测设计研究院有限公司，上海２００４３４） 摘要：主要研究建筑信息模型（ＢＩＭ）与三维协同设计，明确ＢＩＭ的责任主体，以乌干达伊辛 巴水电站招标设计阶段发电厂房为例，阐述三维协同设计的工作方法，并对ＢＩＭ与三维协 同设计的关系进行了探讨。 关键词：ＢＩＭ；三维协同设计；伊辛巴水电站 中图分类号：ＴＶ２２２．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７－７８３９（２０１７）１２—００６５—０８ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ３Ｄ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ＨＡＮＧ Ｘｕｃｈａｏ，ＹＡＮＧ Ｙａｘｉｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ ｌｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， 碰，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３４，Ｓｈａｎｇｈａｉ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ（ＢＩＭ）ａｎｄ ３Ｄ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙ ｓｕｂｊｅｃｔ ｏｆ ＢＩＭ ｗａｓ ｍａｄｅ ｃｌｅａｒ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｂｉｄｄｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｙｉｘｉｎｂａ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｕｇａｎｄａ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ３Ｄ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ＢＩＭ ａｎｄ ３Ｄ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＢＩＭ；３Ｄ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ；Ｙｉｘｉｎｂａ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ０ 引言 随着中国公司越来越多地参与到国际工程项 目中，管理理念、设计思路也越趋国际化。水利水 文将对ＢＩＭ的发展、特点、责任主体等方面进行 阐述，以乌干达伊辛巴水电站招标设计阶段发电 厂房设计过程为例介绍三维设让最终介绍两者 的关系嘲。 电行业工程建设管理开始尝试使用建筑信息模型 技术，各设计院也开始使用三维协同设计技术。 建筑信息模型简称ＢＩＭ，是创建并利用数字 化模型对建设工程项目的设计、建造和运营全过 程进行管理和优化的过程、方法和技术［１－２］ｏ三维 协同设让是使用三维软件进行工程设计的方法 和技术［３－４］ｏ １建筑信息模型（ＢＩＭ） １．１ ＢＩＭ标准的提出及发展 １９９５年，一个由Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司组织的联盟成 立，开始探讨各软件之间信息互换问题；１９９６年 ＩＡＩ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｌｌｉａｎｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）成立，１９９７ 年１月ＩＦＣ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｅｓ）发布；２００８ 年ＩＡＩ更名为ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＳＭＡＲＴ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ【６］。其 标准框架见图１。 现阶段，ＢＩＭ与三维设计概念混淆。实际上 ＢＩＭ不依赖三维设 三维设计更不是ＢＩＭ。本 收稿日期：２０１７－０６—２６ 作者简介：杭旭超（１９９０一）男，本科，助理工程师，主要从事ＢＩＭ研究以及水电站结构设计工作。 江苏水利 一２０１７年ｌ２月 般认为建设方或者主管部门是ＢＩＭ 数据 的责任主体。 ２三维协同设计 ２．１三维协同设计简介 三维协同设计在理念、流程、方法上均有别 图１ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＳＭＡＲＴ的Ｂｉｎ标准框架 于传统方法。 维协同设计的核心价值在于协同 二字。 此后以ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＳＭＡＲＴ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ发布了 多个ＩＦＤ、ＩＤＭ、ＩＦＣ标准。在理论研究的基础上， 相关国家发布了多个ＢＩＭ标准（指南），其中仅美 国就有２２部。 我国的ＢＩＭ标准起点在２０１２年，住建部启动 了标准制定工作，共有《建筑工程信息模型应用 奉 盈嘲 ＿ 啊 —圈圆 图３三维协同设计框架 统一标准》《建筑工程信息模型存储标准》《建 筑ｌ丁程设计信息模型交付标准》《建筑工程设计 信息模型分类和编码标准》《制造工业Ｔ程设计 信息模型应用标准》《建筑工程施工信息模型应 用标准》等６部。水利水电Ｔ程行业暂还没有发 布的国家标准、行业标准。 １．２ ＢＩＭ的特点 三维协同设计预可研或可研阶段整体Ｔ作框 架如图３所示： （１）得到基础数据，规划提供水文、泥沙资料， 水机提供机组方案，地质及测绘专业提供相关地 质测量资料： ＢＩＭ必须是开放性的，任何限定信息存储格 式，限定信息流通格式的建筑信息模型都是假的 ＢＩＭ。只有信息可以真正在工程全范围、全周期内 可以无障碍流通，才是真正的ＢＩＭ。ＢＩＭ信息共 享具体项目见图２。 （２）水工专业搭建设计基础模型； （３）各主要参与专业在设计基础模型上进行 协同工作。 三维协同设计与传统设计相比在前２个步骤 没有太多的不同，第３个步骤是提质量、提效率 的核心。协同设计时设计成果需要存储在某一特 定的，可以被参与设计的所有人员读取到的网络 位置上。依托设计基础模型，机电专业开始进行 设备、管线设计布置，建筑等专业开始方案设讯水 工专业开始结构细化。 招标设计及施工图设计时，依托上一阶段已 有的设计成果，可以直接进行优化和细化。 图２ ＢＩＭ的信息共享 ２．２三维协同设计基础 １．３ ＢＩＭ的责任主体 开展 维协同设计需要２大基础，一是软件，二 是标准。 就水利水电＿丁程而言，Ｔ程参与方主要有建 设方、设计方、施工方、监理方，简单来说就是人多、 国内普遍采用的有Ａ、Ｂ、ｃ三大平台，Ａ平台 为Ｒｅｖｉｔ，Ｂ平台为Ｂｅｎｔｌｅｙ，Ｃ平台为Ｃａｔｉａ，三大平 信息多、流程多。参建各方都是责任方，但其中只 有建设方才可以统揽全局、协调各方。一般情况下 建设方拥有一个工程管理平台，该平台可以衔接 其他参建方的数据与信息，并将这些资料进行汇 总，随后依托预先设定的算法进行分析评估。 台各有优劣，对其适用性不进行深入探讨，设计团 队需要使用共同的工作环境。 标准方面为满足协同设计，至少需要成果交 付标准，建模深度标准。成果交付标准规定每个 杭旭趟 等：浅谈水利水电 程建筑信息模 与 维协同设汁 ｉＪ ６７ Ｊ 设计阶段，设汁闭队需要递交的设汁内容，ｊ维 ；ｉ； ）ｉ ） ） ，一 ３ 设计的内容与传统设计基本一致。传统设计时随 ｉｉｊ设计阶段的深入，设计成果是从少到多，从简 到详细的过程；ｉ维设计随设计阶段的深人，设 计成果只足南粗到细的过程 设汁深度标准建议参照美圈建筑师协会ＡＩＡ 提出的Ｉ （）Ｄ（Ｌｅｖｅｌ ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ），从设汁角度出发一 般遵循ＩＡ）Ｄ１００～ＬＯＤ３００， 表ｌ。 表１模型精细度 模型精细腹 注释 慨念化，Ｃｏｌ ｅｐｔｕａｌ 近似构件，Ａｐｐｒ（）ｘｉｍａｌｅ ｇｅｏｍｅｔｔ＿、 精确构件，ｌ＇ｒｅ（・ｉｓｅ ｇｅｏｍｅｔｉ＇ｙ ２．３三维协同设计流程 以乌十达伊辛巴水电站招标设计阶段发电厂 房为例对 维协同设计的流程进行介绍。 伊辛 水电站项目位于鸟 ｒ达境内白尼罗河 上，位于首都坎ｒ１）ｎ－ｔ￣：东北１２０ ｋｍ处，水电站总装 机１８３ ＭＷ。为低水头河床式电站。Ｔ程内容主要 包括混凝土重力坝、黏土 墙堆石坝、溢流坝、电站 厂房、机电设备、金属结构、开关站以及配套输变 电Ｔ程等、 （１）设汁基础模型 伊辛巴水电站厂房设计方案为河床式电站， 设计深度为ＬＯＤ２００。设计ｆ１寸 接使用可研阶段 的模型作为设计基础模型，基础模型主要供机电 专业使刚， 图４、５。 图４乌干达伊辛巴水电站三维设计成果 设计基础模型要求有准确的厂房尺寸；准确 的进（出）水平台高程、轨顶高程、机组安装高程 等控制高程；准确的框架柱（Ｊ 寸町微渊），与框 架柱连接的主梁（尺寸可微调）。对于楼板体系、 图５厂房基础设计模型 非框架体系只要求有内容体现，对其尺寸及位置 没有要求。 （２）各々业协同设计 在设计蛙础模型上，水机、电气专业优先介入， 见图６。 ． ，ｌ 意 一 ・ ｌ ● 图６乌干达伊辛巴水电站水机、电气模型 水机、电气２个专业优先介入的原冈是这２ 个专业是发电厂房实现其功能的主要专业，除了 电缆桥架外其他设备均可优先 他；暖通、给排水 等专业在布置时需要避让水机、电气设备。金属结 构专业一般相对，可并行开展。在机电、金结、 建筑等专业设计时水Ｔ专业需要埘基础模型进行 细化。 协同设计时各 业均遵循先占位、后细化的 原则。工艺系统设计中，布置灵活方便的没备及附 件应避让不易于调整的。譬如，小的管路应绕开 大的风管，桥架；各系统巾无法更改的接口位置应 优于风管、桥架等布置。譬如，主机组电气ｍ线开口、 油气水接口位置等；各管路系统布置应美观，和谐， ６８ 江苏水利 各专业设备及附件的布置应满足有关规范要求。 （３）设计成果 上述提高ＢＩＭ的信息储存和流通格式是不 限定的，但三维设计时必须使用统一的平台。三 维协同设计软件目录见表２。 表２专业软件目录 三维协同设计时设计成果是计算机内的一个 已经虚拟建成的水电站，各专业设计完成后由设 计团队组织碰撞检查。因为协同设计的存在，大 部分的碰、缺已在设计过程中发现并修改完成。 厂房设计成果见图７。 ３ ＢＩＭ与三维协同设计 ３．１两者的优点 ＢＩＭ具有直观性、可计算性、可共享性、可管 理陛等优点。 三维协同设计可节省专业配合时间，提高专 业配合质量；便于整体把控，便于建筑物间联系 设计；设计成果完整，不存在加密断面等工作；按 —图７乌干达伊辛巴水电站招标设计阶段厂房设计成果 定规则划分的建（构）筑物可以任意组合。 图８为施工组织的ＢＩＭ应用典型流程，图中 ３．２两者的关系 ２．４三维协同设计软件 施工图 Ｄ Ｄ ：资源组织和平耐 Ｄ 妊： 热 施工组织 布置信息 Ｄ 施 进度信息 ： 设计 ’ Ｉ ＾ 开始 ｒ＼ ’ Ｊ．－ 犍施工组 【织模型 Ｊ模型与施１ 组１ 织信息关联Ｊ ｆ……．１ ／／满足＼臣Ｊ指导成１．ｆ方案’Ｌ．Ｊｆ ｊ一＼ ｊ ／ ： 果制作厂 【交底厂 础｛求毒爨 ｝芏 Ｕ冒 优化指书导文件 簿 犀 口 ． ＜ Ｄ 攥 骆 上游模型 裁 施工进度计划 Ｄ 资源配置计划 施工组织模型 Ｄ Ｄ 模拟视频说明文件等 、 Ｄ ， 图８ ＢＩＭ应用流程 第ｌ２期 杭旭超，等：浅谈水利水电工程建筑信息模型与三维协同设计 的上游模型一般意义上可以理解为设计成果，在图 中可以看出即使没有上游模型也可单独创建ＢＩＭ 所需的模型（施工组织模型）。 ＢＩＭ对水利水电工程建设的帮助是明显的，但 是ＢＩＭ的普及和推广只能由部门或业主单位 主导。三维协同设计则是现阶段提高设计院竞争 就服务对象而言，ＢＩＭ服务的是整个工程，三 维协同设计服务的是个体。三维协同设计的成果 可以被ＢＩＭ使用，但只是作为ＢＩＭ最基础的一环 即Ｍ，而ＢＩＭ最核心的是Ｉ，即Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ。 就价值而言，ＢＩＭ的价值体现在工程全生命 周期中，对整个工程可以管进度、管质量、管费用。三 维协同设计的价值则体现在设计团队内，只能对 进度跟质量进行事后管控，无法对过程经行优化， 更无法管理费用。 力的武器，但因为行业问题，三维协同设计还不 能全面替代传统方法。 参考文献： 【１】马智亮．我国建筑施工行业ＢＩＭ技术应用的现状、问 题及对策【Ｊ】．中国勘察设计，２０１３（１１）：３９—４２． 【２】马智亮．ＢＩＭ技术及其在我国的应用问题和对策【Ｊ】． 中国建设信息，２０１０（０４）：１２—１５． 【３】宋明佳．水利水电行业三维协同设计中三维可视化的应 就信息、数据存储流通模式而言，ＢＩＭ可以兼 容不同的信息、数据形式，三维协同设计只有其 特定的规则。 由ＣＡＤ到ＢＩＭ的跨越意义不亚于图板到 ＣＡＤ，但三维设计只是现有设计的一次升级。 用与研究［Ｊ】．水利规划与设讹２０１３（１２）：５７－５９＋６６． 【４】陈功军，张金辉，高英．实施水利工程三维协同设计的 探索［Ｊ】．人民长江，２０１３（１６）：１０５—１０８． 【５】张翔，章程，徐蒯东，蒋海峰．三维设计在龙开口水电 站的应用【Ｊ】．水力发电，２０１３（Ｏ２）：４３—４６． ４结论与建议 ［６】潘婷，汪霄．国内外ＢＩＭ标准研究综述［Ｊ】．工程管理 学报，２０１７（０１）：１＿５． （责任编辑：华智睿） （上接第６４页） 与评定规范》（ＤＢ３２／Ｔ ２３３４—２０１３）６．４沉人桩进 行 。工程评定中，主要对桩身完整性、承载力、垂 直度、桩位偏差、终锤条件以及桩顶高程进行 评定，其中由于土质为一般土质，桩身完整性检 测未进行加测，终锤条件以桩端高程满足设计高 程为控制条件。 建议尽陕编制液压高频振动锤施工工法以及质量 评定标准，规范液压高频振动锤的施工方式、施 工要求。 参考文献： 【１】刘剑，陈龙珠，曹国俊，等．中国土木工程学会第十届 土力学及岩土工程学术会议论文集【ｃ】．重庆：重庆大 学出版社，２００７． 【２ Ｊ ＧＢ５０２０２－２００２，建筑地基基础工程施工质量验收规范 ［Ｓ】． ５ 结语 液压高频振动锤这一技术，在欧美、日本等地 区早已广泛投人使用，其高效、低噪、低震、安装 简便、对场地要求低等特性备受施工企业的青睐， 规范和有效控制这一技术的施工质量，将是这一 技术最有效的推广方法。进一步研究液压高频振 动锤施工机理，明确高频振动对土壤的影响，能够 为后续施工、检测提供更充分的理论依据。同时， 【３ １ ＤＢ３２／Ｔ ２３３４－２０１３，水利工程施工质量检验与评定规 范【ｓ】． 【４］ＪＧＪ９４—２００８，建筑桩基技术规范【Ｓ１。 【５】ＣＪＪ２—２００８，城市桥梁工程施工与质量验收规范【Ｓ】． 【６】ＳＬ１７６－－２００７，水利水电工程施工质量检验与 规程【Ｓ】． （责任编辑：王宏伟）
