四川水电站枢纽工程BIM设计与应用

乌东德水电站枢纽工程BIM设计与应用1工程概况1.1项目简介乌东德水电站坝址位于四川省会东县和云南省禄劝县交界的金沙江下游河道上。电站上距攀枝花市213.9km、下距白鹤滩水电站182.5km，下距重庆市928km.坝址控制流域面积40.6万km2，占金沙江流域面积的86%，占长江宜昌以上流域面积40%以上。电站开发任务以发电为主，兼顾防洪。乌东德水电站正常蓄水位975m，坝顶高程988m，最大坝高270M(世界第5高拱坝)，总库容74.08亿m3，装机容量10200MW(世界第5)，工程静态总投资为789亿元，为I等大(1)型工程。枢纽工程主体建筑物由混凝土双曲拱坝、坝身5个表孔和6个中孔、右岸2条泄洪洞、两岸地下电站等组成。乌东德水电站枢纽工程CATIA三维勘测设计模型及效果图见图1.图1乌东德水电站枢纽工程CATIA三维勘测设计模型与效果图1.2工程特点和难点等乌东德水电站工程规模大，创造许多世界之最，是目前世界上最薄的300米级双曲拱坝，拥有世界最高的地下厂房(89.8米)，大坝单位坝顶弧长泄量世界第一，导流洞开挖断面世界第一，导流洞高度世界第一;尾水洞调压室开挖半径世界第一，是首个坝身不设导流底孔的高拱坝，首个采用半圆筒型调压室的水电站。乌东德水电站工程设计深度全面，技术难度巨大;施工条件复杂，技术难度高，建设工期紧张;参建单位众多，协调工作繁琐;涉移民、HYPERLINK"/hbs/"环保水保等专业领域，是一项规模宏大的系统性工程。2BIM组织与应用环境2.1BIM应用目标乌东德水电站枢纽工程基于我院初步构建的集地质、水工、桥隧、建筑、机电、金结、施工总体等多专业于一体的三维协同设计集成化平台，融合传统勘测设计模式，建立了多专业三维勘测设计模型，在工程勘测设计的不同阶段开展“方案比选与论证、参数化精细设计建模、有限元计算分析、多专业错漏碰检查、工程量自动统计、三维配筋、二维出图、施工组织设计仿真、视觉传达”等多方位的专业性工作，助力工程整体设计质量与效率的提升，为业主提供更为优质的设计产品与咨询服务。2.2实施方案乌东德水电站枢纽工程三维勘测设计为长江设计院BIM设计先驱项目，本项目通过GOCAD读取工程地质数据库，并在GOCAD中进行三维地质建模，通过二次开发插件，将GOCAD三维地质模型连同属性导入CATIA平台，作为枢纽布置设计上游主要数据源之一。并基于CATIA平台通过骨架关联设计技术与数据接口融合技术把水电工程多专业集于统一的数据源进行三维协同设计与应用。2.3团队组织本项目由项目经理挂帅，项目副经理、总工及项目BIM助理负责组织开展多专业三维协同设计应用工作，包括任务策划与分解、人员确定与分工、协调与组织实施，三维协同设计过程管理程序见图2.下设专业设计组、BIM技术支持组和二次开发组。专业设计组包括专业负责人、专业主设人，涉及测量、地质、坝工、厂房、导流、机电、金属结构等专业，其中坝工专业为牵头专业，负责项目三维设计整体的技术协调。BIM技术支持组负责平台维护、并对专业设计组在三维设计过程中遇到的重难点软件技术问题进行技术支持，同时梳理多专业共性、单专业特性需求并提交二次开发组，根据优先级进行针对性二次开发与定制后，反馈于BIM技术支持组与专业设计组进行迭代测试与使用，整个团队协作运行。其中专业设计组、BIM技术支持组和二次开发组大部分人员具备专业设计与BIM应用及研发的复合能力，为项目的推进提供了强力的技术人才保障。水使图幻2木三维协同设计拦过程管理左当调2.揉4繁应用措施宪乌东德水符电站枢纽工类程冶BI刚M待设计实施继承热勘测设计的设啄校审机制，施开行我院现有香的渡BI蚕M涌设计标准体系钻，主要包括：懒《水利水电工壶程三维设计过狠程管理程序》植、《水利水电雕工程三维协同指设计文件编码茂规则》、《水刊利水电工程三衬维地质建模规勤定》、演《坦CATI窝A棉水工结构三维霞设计技术指南娃》、宾《叨CATI魄A亏水工结构三维坝设计出图规定骑》、《基冶于喘CATI锻A日的水利水电工贤程模板入库条俱件与管理通则备》等院企业标弱准。街单寨2.盲5翻软硬件环境等松我院进以库CATI浇A兆为三维协同设吼计基础平台，呢目前在不同程奋度上打通了各铅类具有本专业朝优势的设计专野用软忧件尘(认表静1没)抬与我CATI坝A巡的数据接口融软合，持续提高竭平台的软件接买口集成化与协乌同化程度。营通过企业励私有云架设基候于网络的三维鸣协同设计基础驱平台，配陪置葱DellPo送werEdg菠e径系列数据库服毛务器凶、述Del施l雀图形工作站等苹，保证了图形涨显示和运算效杀率。翻川按3BI调M话应用牛烘竭3.1BI漆M艇建模见乌东德水精电站枢纽工程于在预可研、可次研、施工详图虑等各设计阶段绿，基刃于楚CATI槽A锋基础平台及专姥业软件开展了筹地质、坝工、昼电站建筑物、充导流、机电与监金结等多专业瓣三维协同设计搅，不同设计阶沟段有逐步求精极的模型深度等基级。临鼠教(1章)程三维数字化勘芒测与三维地质北建模。乌东德棍水电站通过平窑板式工程地质法测绘系统和平同板式钻孔地质肯信息录入系统亿完成菜了栗1300搭0狡米勘探平洞朗和优15腰0觉多个、蒸近慨2600豪0逢米的地质钻孔干。药在前期勘聚测阶段，现场革实测地质数据张如地质点、勘户探点等数据按水标准格式，现乘场即时录入平蠢板电脑，并及熄时发送到工程站地质数据库，庙从源头上解决吨数据录入问题驾，大幅提高地锅质勘测效率。震在后期施邮工阶段，通过慈施工地质可视讲化快速编录系撇统，现场直接墓完成施工地质抓编录工作，生妹成施工地质照论片为底板的施债工地质编录图冤，还可以将编搏录内容与照片但转入三维模型孝，并及时发送雁到工程地质数侄据库，能够提催供更为详细的夫三维地质施工略解译成果。隔从工程地辆质数据库中读至取测绘点、钻偶孔、平洞等地址形地质数据并纤自动导脑入续GOCA暴D扶中，结谁合慈ArcGi帖s锻技术，构建高宁精度三维地质刮模抬型窜(踩图粥3启)餐后，连同地质叶属性信息导入辱至尊CATI督A谷基础平台中，摔进行后续枢纽威布置等多专业廊三维协同设计狗。足假图帝3贷高精度地质三斗维模型构建过件程铃担栏(2辈)而枢纽工程总骨芒架与专业子骨彼架创建。基于甚地质三维模型出，充分利用三浸维可视化的优示势，进行坝址忘坝线坝型比选辅，布置导流洞辜、引水发电建妄筑物等关键控弟制点与轴线，齿并建立枢纽工派程主要建筑物希三维参数化模销型，进行空间拜分析与优化布愈置。根据枢纽索布置结果，完豆善总体和专业煮子骨架。通过侧骨架关联设计锡技术、协同技齐术与权限管理胳机制保证了上镇下游专业设计律数据关联、一俱致和及时变更记。燃步密(3蜓)产坝工专业复杂絮形体精细化设缎计。通怒过童ADA误O嫩程序进行拱坝画形体方案设计坏，生成形体参眯数设计表并对拿接莲CATI塑A酒拱圈三维模板尊快速完成各高颂程拱圈曲线，懂拟合成拱坝基蓄本体型。结合胀三维模板完成布表孔、中孔、牙结构分缝、混手凝土分区及坝演体廊道的设计幕与优化，过程妙见爆图老4.剩垂图辛4含双曲拱坝三维葬设计过程罪团拖(4杠)鹊电站建筑物与仪导流专业全程久模板化三维设惊计。基于地质合模型，电站建挽筑物专业采被用凝“男骨叹架胞+诵模哪板跌”弃的方法完成地区下式引水发电印建筑物三维设届计整体模型，环导流专业采用晚类似的方法完回成了导截流建邮筑物的三维设性计建模，见难图篇5.宋橡图倚5叨地下式引水发判电建筑物和导既截流建筑物全忠程模板化三维论设计蚀麻谊(5福)冠机会电肺(需电一、电二、昏水机、暖顶通袖)坏多专业三维协剖同设计。机电紫专业参照地下笔式引水发电建快筑物中的主厂炮房、调压室、韵主变洞等三大麻洞室土建结构驰，调用机电标规准件库，进行受机电管路和设素备等综合布置循设栏计沫(村图束6字)熟。闲喇图柔6裹机电多专业三郊维协同设计宏替码3.2BI细M裂应用情况劈汪泄(1指)种碰撞检测。机旗电多专业通过甘碰撞检测工具案进行错、漏、霞碰检查，形成怪碰撞检测报表孕并可自动定位模到有问题的位星置，及时进行类方案调整与优安化。裳蜂挪(2羊)泉工程量统计。吨通过三维设计处可一次性精确争获取模型的各饭种参数如数量愿、质量、形心督等，省去了人温工算量的过程岂，尤其是解决怒了对复杂异性献结构工程算量击精度低下、机缘电设备明细统肚计过程繁琐的换难题。王跑晌(3盯)绒计算分析。初谋步形成三维设肠计模型到分析丈计算模型的简模化准则，提高遇分析计算前处昨理效率。惯栽房(4催)来地质出图。基窝于壤GOCA圆D营高精度三维地长质模型，任意竟布设平切面和塞纵剖面，快速床切剖生成地质真剖面疮图略(就图狂7姜)震和等值线图。春米赠(5爷)哭结构出图。通避过我院自主研恰发犹的塞CATI惊A糊水工结构三维编设计二维出图中技术解决方案费，通过三维模环型抽取二维图张与轴侧图，尤纺其是提高了复莫杂曲面结构的役出图表达质宵量负(稀图贴8匪)介。尤弹悔(6拜)居三维配筋出图哨。将模型导入糊到我院自主研工发的三维配筋财软件中，基于乏计算分析结果海，进行交互式歪三维配筋，剖升切出图并自动肤生成钢筋邀表乏(切图然9弱)饺，特别对于复线杂曲面结构能川够显著提高钢驳筋图出图效率汁。跌屿私(7肯)本机电出图。提佩出二三维混合局、结构图叠加殊效果图的出图跨表达理屿念核(嗓图笔10析)代并应用。倡赵图圈7框地质剖面出愚图辫迹图缸8脏结构出图糕姥图垫9撑三维配筋出绵图版买图鸭1猫0牲机电出图候鹅状(8景)航基于模型的延参伸应用恼。抗①弱开发了交互式屋三维演示系统塘，结合虚拟现朋实引擎进行场爆景实时渲染，意提供交互式体爬验挥(筹图恳11)融;辣②融进行坝址区模企型塌3耀D副打印，采档用另LO率M敞技术一次性打市印成漠型按(撤图尺12亦)卧。期赠图普1郑1日交互式三维演梁示系痕统暑见图国123嘴D暂打印模援型仗(本精突度捆0.1mm)判篇测4谊应用效果靠通过乌东恰德水电站枢纽泄工悄程奴BI恶M滨设计的实施，狗积累了融合设刻计经验和规则昼的三维模板库爪。其中，水工您参数化模板库溜扩充蝴至烫50如0捏量级，机电专艰业标准件库扩软充原至骄2双万量级。罚基本打通晨了三维设计二义维出图环节，新提高了设计质旦量与效率，包袭括地质剖面图揉、水工结构图孝与钢筋图、机雨电三维图。基剪于三维地质模蚂型的剖面出图壁效率相比传统狡模式提柜高嫂3.混5亚倍，三维设计魂结构出图率标达崖30%~35御%病，三维配筋出赌图率高老达殊80%.泻发现并解愈决了机电与厂址房土建结构以阵及机电专业内赞部之间的碰撞搅干涉问题，在写机电专业内部戏共检查拜出寇4敞2误处碰撞问题，临机电专业和厂糊房专业间共检半查淡出贺1跨2怠处碰撞问题，寻均以较快的速石度优化了达到型设计要求的方士案。5总结留项煮5.窝1隶创新点那勺弓(1泊)辱将我院《水利宏水电工程三维输协同设计过程盐管理程序》内涌嵌斧至删CATI储A年平台，保证项务目议BI雪M错设计工作有序寒开展。按咏希(2志)叠以水利水电工锻程制图基础标珍准和工程制图逼学原理为基础旺，研发了基酒于区CATIAV召5肠的水工结构三食维设计出图解气决方案，基本寺解决了由水工餐结构三维设计保模型向二维工灶程图生成过程鸦中出现的技术昼难题。泽京骂(3舱)障研发基于三维讨地质模型剖切观快速生成标准巷地质剖面图，御减少大量的图赤形后处理工作竭量，大幅提高离出图效率。矮殊节(4莫)缝研发并解决了枣针对复杂曲面转水工结构三维