新型建造技術(shù)在大型水庫(kù)工程中的應(yīng)用,防洪工程論文內(nèi)容摘要：在社會(huì)各行各業(yè)都在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)的今天，建筑行業(yè)新型信息技術(shù)建筑信息模型技術(shù)(BIM)成為實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)信息化的關(guān)鍵技術(shù)。在當(dāng)今水利工程的建設(shè)經(jīng)過(guò)中，介入的部門(mén)和專業(yè)諸多且工期較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)復(fù)雜，投資大等特點(diǎn)。同時(shí)還遭到所在區(qū)域的社會(huì)，人文和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響;且傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方式已經(jīng)不知足如今的政策和環(huán)境要求，需要運(yùn)用新型技術(shù)進(jìn)行水利行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。基于此，本文從新型建造方式出發(fā)，以?shī)^斗水庫(kù)為例，利用新技術(shù)和新理念，采用BIM技術(shù)探究寒區(qū)水庫(kù)初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行運(yùn)維數(shù)字化研究，使傳統(tǒng)水利工程升級(jí)為綠色水利工程，降低傳統(tǒng)形式的運(yùn)維成本和為建設(shè)智慧水庫(kù)提供一定的理論根據(jù)和技術(shù)支持。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：新型建造技術(shù),BIM,智慧水利1新型建造技術(shù)與智慧水利工程1.1新型建造技術(shù)隨著當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加速,城市人口隨之激增,出現(xiàn)了住房供給缺乏、寓居環(huán)境及條件逐步惡化、城市資源供給缺乏等社會(huì)問(wèn)題。城市基建發(fā)展滯后的城市化進(jìn)程速度的問(wèn)題日漸凸顯。尤其具體表現(xiàn)出在傳統(tǒng)建造方式上,其粗放管理、勞動(dòng)密集、技術(shù)粗糙的特點(diǎn),帶來(lái)建造周期較長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)當(dāng)代化程度不高且對(duì)環(huán)境的毀壞較大等世界性難題。基于此,各國(guó)根據(jù)本國(guó)國(guó)情提出了一些相應(yīng)的新型建造方式[1]。是以綠色為前提,以智慧為手段,以工業(yè)為方式,實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,提高效率,提升品質(zhì),保障安全的新型工程建設(shè)組織形式。1.2智慧水利水利工程,屬于基礎(chǔ)設(shè)施工程范疇,其參建單位(部門(mén))和牽涉專業(yè)諸多、建筑物體型大、設(shè)計(jì)復(fù)雜、多地下構(gòu)造。因而,水利工程在工程全生命周期(勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、拆除)中產(chǎn)生的信息量(工程信息和管理信息)是宏大的。而相較于傳統(tǒng)建造方式,新型建造方式更環(huán)境友好,管理高效透明?；诟咝录夹g(shù)武裝水利工程,將產(chǎn)生的信息構(gòu)成閉環(huán),消除信息孤島,進(jìn)而將傳統(tǒng)的水利工程升級(jí)為數(shù)字水利工程,進(jìn)而發(fā)展為智慧水利工程。1.3新型建造技術(shù)的應(yīng)用BIM(BuildingInformationModeling)即建筑信息模型技術(shù),以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),集成項(xiàng)目全生命周期中所產(chǎn)生的全部有效信息。完善設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)連接,使在項(xiàng)目施行的各個(gè)階段的實(shí)體和功能都有完好的數(shù)字化表示出。具有協(xié)同性、可視化、模擬性三大特點(diǎn)。同時(shí)在項(xiàng)目全產(chǎn)業(yè)鏈中,從上游的項(xiàng)目建議書(shū)和可行性報(bào)告,到中游的勘察設(shè)計(jì),到下游的施工和設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù),全部工作都留有痕跡,反向促進(jìn)建造行業(yè)的管理體系升級(jí)。當(dāng)下,在設(shè)計(jì)企業(yè)在初設(shè)階段用BIM技術(shù)[2]進(jìn)行造型、空間等分析外,還可進(jìn)行能耗、成本分析,使初設(shè)方案更具有科學(xué)性。運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì),可使設(shè)計(jì)重心前移,使設(shè)計(jì)師更注重設(shè)計(jì)本身而不是繁瑣而重復(fù)的出圖經(jīng)過(guò),同時(shí)進(jìn)行各專業(yè)的碰撞檢查生成高質(zhì)量的施工圖。施工企業(yè)在施工經(jīng)過(guò)中運(yùn)用BIM技術(shù):(1)檢查錯(cuò)漏碰缺。最大程度減少返工;(2)模擬施工,多維管理。有效協(xié)同各參建單位的施工任務(wù);(3)模型遨游,VR安全教育。所見(jiàn)即所建,做到預(yù)施工,進(jìn)而防患于未然。GIS(GeographyInformationSystem)即地理信息系統(tǒng)技術(shù),是以測(cè)繪測(cè)量為基礎(chǔ),以地理空間數(shù)據(jù)為操作對(duì)象,以計(jì)算機(jī)語(yǔ)言為平臺(tái)的分析技術(shù),主要根據(jù)無(wú)人機(jī)測(cè)繪生成DEM(DigitalElevationModel)和無(wú)人機(jī)建模生成大范圍的城市模型。BIM數(shù)據(jù)作為GIS數(shù)據(jù)的重要來(lái)源,可生成三維城市模型,GIS數(shù)據(jù)可以作為BIM模型的空間數(shù)據(jù)[3]。因而,建立以BIM技術(shù)+GIS技術(shù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),利用新技術(shù)和新理念,結(jié)合傳統(tǒng)工程經(jīng)歷體驗(yàn)。構(gòu)建基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)軟件為工具[4],以參數(shù)化模型和構(gòu)件庫(kù)為資源,輔以新技術(shù)使傳統(tǒng)水利工程升級(jí)為綠色水利工程,運(yùn)用新工具使水利工程行業(yè)建造技術(shù)升級(jí)為智慧水利建造技術(shù),工程各個(gè)階段信息數(shù)據(jù)的可查詢性為水利工程的運(yùn)營(yíng)管理提供便利。2項(xiàng)目應(yīng)用2.1項(xiàng)目大概情況奮斗水庫(kù)行政區(qū)劃屬于黑龍江省穆棱市,距穆棱鎮(zhèn)東南14.1公里的穆棱河干流上游,地理坐標(biāo)東經(jīng)13016,北緯4428,壩址以上流域面積1740平方公里。奮斗水庫(kù)工程是以城鎮(zhèn)供水為主、結(jié)合防洪、兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的工程。水庫(kù)校核水位385.85米,水庫(kù)總庫(kù)容為1.91億立方米,為大(2)型,屬Ⅱ等工程,正常蓄水位382.0米,防洪庫(kù)容0.25億立方米,為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。奮斗水庫(kù)工程是國(guó)家十三五期間172項(xiàng)重大水利項(xiàng)目之一,水庫(kù)攔河壩采用碾壓式混凝土重力壩,是黑龍江省第一座碾壓混凝土重力壩,其魚(yú)道工程是黑龍江省第一個(gè)施工的過(guò)魚(yú)設(shè)施,也是中國(guó)為數(shù)不多的高寒地區(qū)碾壓混凝土重力壩。該水庫(kù)初次采用BIM技術(shù)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì),并開(kāi)發(fā)了運(yùn)維數(shù)字化移交系統(tǒng),將是黑龍江省第一個(gè)采用BIM全生命周期技術(shù)的大型水利水電工程。2.2BIM技術(shù)應(yīng)用(1)全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)完成多專業(yè)復(fù)合特點(diǎn)的水利水電工程設(shè)計(jì)奮斗水庫(kù)工程是以城鎮(zhèn)供水為主、結(jié)合防洪、兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的工程。因而,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制定三維工作大綱后,各專業(yè)在Bentley平臺(tái)下ProjectWise協(xié)同平臺(tái)下,根據(jù)設(shè)計(jì)院標(biāo)準(zhǔn)文件開(kāi)展三維設(shè)計(jì)工作,各專業(yè)互相參考,協(xié)同設(shè)計(jì)。將以往在施工階段才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)在模型中得到修正,模型總裝后進(jìn)行會(huì)審,模型固化后進(jìn)行二維圖紙的抽取、統(tǒng)計(jì)工程量。(2)三維地質(zhì)模型復(fù)雜水利水電工程地質(zhì)解決方案通過(guò)GIS工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目勘查和地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理和查詢,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)工程數(shù)據(jù)管理、三維地質(zhì)建模以及分析、出圖一體化的工程地質(zhì)設(shè)計(jì)和管理。奮斗水庫(kù)三維地質(zhì)模型是根據(jù)初設(shè)階段的地勘數(shù)據(jù)建立的,供后續(xù)水工、施工專業(yè)應(yīng)用。(3)CAD/CAE一體化設(shè)計(jì)奮斗水庫(kù)大壩碾壓混凝土施工采用通倉(cāng)碾壓,最大壩高45.9米,在大壩建成初期以及水庫(kù)蓄水之后,壩體壩趾、壩踵、孔洞周圍易出現(xiàn)應(yīng)力集中情況,因而,需要應(yīng)用三維模型導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行壩體應(yīng)力應(yīng)變分析,簡(jiǎn)化了以往需要在有限元分析軟件中進(jìn)行建模的經(jīng)過(guò)。(4)三維配筋知足施工圖階段最后一公里需求AglosRebar是以MicroStation為基礎(chǔ)圖形平臺(tái)開(kāi)發(fā)的大體積混凝土構(gòu)造的三維配筋,遵循行業(yè)規(guī)范要求以及設(shè)計(jì)院的工作習(xí)慣,能夠?qū)崿F(xiàn)鋼筋表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)生成知足規(guī)范的鋼筋圖、自動(dòng)標(biāo)注、模版化配筋。在施工圖階段,根據(jù)優(yōu)化后的初設(shè)階段模型進(jìn)行三維配筋、二維出圖,交付施工單位施行大幅度提升了設(shè)計(jì)院施工圖出圖效率。奮斗水庫(kù)施工圖90%由三維配筋軟件完成。(5)機(jī)電金全專業(yè)綜合應(yīng)用模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工奮斗水庫(kù)發(fā)電廠房?jī)?nèi)除板、梁、柱等構(gòu)造外,還有大量的其他專業(yè)的設(shè)備,水機(jī)的油氣水管路以及電氣的電纜支架、橋架更是縱橫分布,二維圖紙很難表示出清楚明晰,現(xiàn)場(chǎng)施工安裝時(shí)容易出錯(cuò)。在奮斗水庫(kù)施工圖設(shè)計(jì)階段,運(yùn)用SolidWorks建立機(jī)電金模型,并對(duì)于布置復(fù)雜的空間構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)化模擬和仿真,以所見(jiàn)即所建的方式指導(dǎo)施工。施工現(xiàn)場(chǎng)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)終端訪問(wèn)設(shè)計(jì)施工一體化平臺(tái)進(jìn)行模型屬性查詢,大大提高現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的效率。(6)BIM+信息化,搭建運(yùn)行維護(hù)管理平臺(tái)奮斗水庫(kù)運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)是基于最新的B/S架構(gòu)技術(shù)搭建,使用Webservice提供數(shù)據(jù)中心服務(wù);使用WEBGL的方式展示模型,無(wú)需安裝插件能夠在閱讀器中閱讀BIM模型,能夠?qū)⒍喾N數(shù)據(jù)格式進(jìn)行輕量化。奮斗水庫(kù)運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)在三維模型基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)工程信息及圖文資料,構(gòu)建BIM移交系統(tǒng),應(yīng)用于項(xiàng)目施工和運(yùn)維管理階段。該平臺(tái)提升了建設(shè)資料的完好性和標(biāo)準(zhǔn)化程度,降低了基于不完好數(shù)據(jù)的決策風(fēng)險(xiǎn),改善了運(yùn)維工作的技術(shù)知識(shí)積累形式,減少了傳統(tǒng)形式的運(yùn)維成本。2.3新型建造技術(shù)效益(1)通過(guò)錄入地勘資料,建立奮斗水庫(kù)工程三維地質(zhì)模型,清楚明晰表示出出全、強(qiáng)、弱風(fēng)化巖石的界線以及各斷層、破碎帶的位置、范圍、走向等,使重力壩各壩段建基面設(shè)計(jì)更合理,計(jì)算開(kāi)挖工程量更為方便、準(zhǔn)確,既保證了構(gòu)造安全又使工程造價(jià)得到了優(yōu)化,這是以往二維設(shè)計(jì)手段難以做到的。初設(shè)階段風(fēng)化料開(kāi)挖2.8萬(wàn)立方米,大壩混凝土4.9萬(wàn)立方米,相比可研階段分別減少了21%和19%。(2)奮斗水庫(kù)魚(yú)道工程最大設(shè)計(jì)水頭差達(dá)32.43米,魚(yú)道豎縫流速為1.0米/秒,魚(yú)道總長(zhǎng)2200.9米。魚(yú)道的布置難度較大,且混凝土和開(kāi)挖工程量大,通過(guò)三維地形、地質(zhì)模型,則很好地解決了魚(yú)道布置、基礎(chǔ)建基面等問(wèn)題。初設(shè)階段風(fēng)化料開(kāi)挖13.9萬(wàn)立方米,魚(yú)道混凝土2.8萬(wàn)立方米,相比可研階段分別減少了23%和24%。(3)作為全省第一座碾壓混凝土重力壩,奮斗水庫(kù)壩址區(qū)極端氣溫低于零下40度,這種高寒地區(qū)碾壓混凝土壩的溫度控制和保衛(wèi)措施在全國(guó)都是先例,因而需要細(xì)化溫控標(biāo)準(zhǔn)及施工期溫控措施、越冬層面保溫及永久保溫措施。通過(guò)采用Bentley日照分析軟件,選擇典型天氣進(jìn)行最大日照分析,進(jìn)而為進(jìn)行壩體區(qū)的溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力計(jì)算提供參數(shù),進(jìn)而提出可靠的溫控防裂措施。(4)奮斗水庫(kù)采用全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì),廠房、水機(jī)、電氣、金屬構(gòu)造等電站廠房相關(guān)專業(yè)在Projectwise協(xié)同平臺(tái)下開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,三維模型由于真實(shí)準(zhǔn)確的表示出了各個(gè)專業(yè)的模型,在模型完成錯(cuò)、漏、碰檢查、合理性檢查、優(yōu)化布置后,在三維模型中抽取構(gòu)成的二維圖紙可不再會(huì)簽,節(jié)省了會(huì)簽的時(shí)間。奮斗水庫(kù)較其他大型樞紐工程,初設(shè)周期縮短了近1周,施工圖縮短了2周,隨著三維協(xié)同設(shè)計(jì)經(jīng)歷體驗(yàn)的積累,這種比照將愈加明顯。結(jié)論與瞻望新型技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)行業(yè),既是對(duì)傳統(tǒng)的傳承和發(fā)展,也是對(duì)前沿技術(shù)的肯定和支持。建造行業(yè)產(chǎn)能宏大,社會(huì)影響力深遠(yuǎn),要大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)信息化和技術(shù)升級(jí),進(jìn)而建立在新技術(shù)革命下的管理體系。BIM技術(shù)屬于建造行業(yè)本身的技術(shù)升級(jí),結(jié)合其他行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用,能夠完善建造行業(yè)本身的缺乏,這華而不實(shí)的每一項(xiàng)都值得進(jìn)行更深切進(jìn)入的研究。以下為參考文獻(xiàn)[1]毛志兵，李云貴，郭海山等．建筑工程新