BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用研究

城市建筑

BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用研究

鲜　伟

（中国水利水电第五工程局有限公司，辽宁朝阳　122119）

摘要：将BIM技术应用于水利水电工程可视化仿真中，能够简化仿真技术的开发应用过程，为项目施工提供科学依据。通过分析BIM技术的可视化、模拟性和科学性等特点，从数字化地形模型、填挖地形动态、构建混凝土坝动态模型和实体建模等角度，提出了BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用过程，并结合三维可视化模型，实现了项目施工过程的模拟展示和仿真信息的可视化查询。

关键词：BIM技术；水利水电工程；可视化仿真；应用研究［中图分类号］TP391.9；TV52󰀁

［文献标识码］A

Research on the Application of BIM Technology in Visual Simulation for Water Conservancy and Hydraulic Engineering Projects

Xian Wei

(Sinohydro Bureau 5 Co., Ltd., Chaoyang Liaoning 122119, China)

Abstract: The application of BIM technology in visual simulation technology of water conservancy and hydraulic engineering projects can simplify the development and application of simulation technology and provide scientific basis for project construction. This paper analyzes BIM technology from visualization, simulation and science, puts forward the application of BIM technology in the visualization simulation of water conservancy and hydraulic engineering projects from the perspective of digital topographical model, dynamic concrete dam model and practical modeling, etc., and then combines with a three-dimensional visualization model to achieve the visual query of simulation display and simulation information of the project construction process.

Key words: BIM technology; water conservancy and hydraulic engineering projects; visual simulation; applied research

BIM技术是一种通过使用数字化科技构建完全虚拟的建筑信息模型，进而为工程建设提供数据信息、科学指导的技术形式。将BIM技术科学应用到水利水电工程施工中，能够有效适应项目的复杂性和独特性，对项目施工形成合理指导，从而降低施工成本，提高施工效率。

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1水利水电工程可视化仿真中三维数字模型构建

在水利水电工程项目施工过程中，为确保施工计划、成本核算和施工方案的精准性，要利用可视化仿真技术，事先构建完善的工程三维数字模型。1.1数字化地形模型

数字化地形模型是模型的重要部分，也是水利水电工程施工、布置的重要基础。建立建筑工程坐标系，旨在确定工程区域之间的相对坐标，进而建立可视化仿真数字模型。坐标原点为水利水电工程规划时确定的原点，该点对应地理位置中的经纬度，从而更直接、直观地表示水利水

（见图1）。电工程项目的位置信息[1]

1.2填挖地形动态

根据Auto CAD Civil 3D所建立的数字化模型对整个工程进行地形动态的填挖工作。首先，要在开挖坝基中，确立以边坡、大坝为主的设计曲面，并且借助软件精确生成工程施工图，确定施工工程量。其次，将设计曲面与原有地形曲面相结合，进而获取相应的交线。最后，根据原始地形曲面，沿着交线切除多余的建筑边坡，通过将原始地

作者简介：鲜伟（1994-），男，本科，助理工程师。研究方向：BIM项目管理 。

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图1　水利水电工程项目坐标系示意图（图片来源：作者自绘）

形与设计曲面相融合，进而构造填挖后的地形曲面。

1.3构建混凝土坝动态模型

随着施工时间变化，土坝的形态也会随之调整。为此，要对混凝土坝进行分段浇筑。为实现各模块的最佳浇筑效果，还要融合浇筑施工量、施工器械的特征等。使用Auto CAD建模时，要按照二维设计图纸将混凝土坝划分为不同坝段，从而确定混凝土坝各组成部分的空间信息，再使用Auto CAD软件直接绘制混凝土坝的三维模型。在对混凝土

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坝进行分块时，要使用Auto CAD软件嵌入到整个仿真系统中，实现混凝土坝体浇筑过程的仿真计算与浇筑块自动同步，通过仿真系统所计算的浇筑信息用Access数据库的方式存储[2]。1.4实体建模

在水利水电工程可视化仿真系统中，还涉及土石坝、施工器械设备和围堰、隧道等实体建模。辅助施工的设备类型较多，构造复杂。整体上以Autodesk Revit Architecture软件为基础，进行实体建模，并确定总体施工方案。因此，通过3D Max建模，并导入Navisworks予以渲染。在土石坝实体建模时，要先考虑坝底的不规则特征，使用Rhino软件来建立模型，发挥系统的动态展示功能。同时，各个区域要按照施工进度和填筑料来划分填筑层，从而形成土石坝的模型。

建筑技术·应用 2019年10月第16卷总第335期

2.2仿真信息查询

在查询仿真信息时，通过Navisworks来查询整个工程各单元的对应属性，或者使用Navisworks的API应用程序接口来进行.NET二次开发，从而以插件的方式具体展示仿真信息。使用该技术，能够对水利水电工程的施工全过程和施工强度等信息进行查询。同时，在具体显示界面上，用不同类型的颜色以直方图的方式来显示施工强度。在建立插件方面，首先，建立动态的链接库文件；其次，新建一个类似继承相应的插件，并设定属性；最后，要编写具体的程序代码，将.dll文件存入软件安装包，最终建立插件，并应用于整个仿真系统中。2.3信息查询及应用

将BIM技术应用于水利水电工程可视化仿真中，系统开发简单，同时能够简单、快速查询仿真信息，基于.NET的开发模式，大大缩短了工程的施工周期。使用Navisworks可以随意查询坝段模型的形体和二维信息，通过审阅工具向模型视点中记录工程分析，添加相关注释。将BIM技术应用于整个工程可视化仿真系统中，能够对工程建筑的性能、设备管理和运营维护等各个环节进行有效优化。施工人员在读图时，通过发挥BIM技术的优势，精准获取施工信息，从而有效提升读图的精准度与效率。使用BIM技术有效辅助了整个施工过程，在技术应用、各环节协同等方面，均可以实现可视化操作，通过自动计算水利水电工程的施工量，有效减少或避免出现工艺冲突现象[4]。

2󰀁BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用及实现

将BIM技术应用于水利水电工程可视化仿真系统中，

通过发挥BIM技术的信息化集成功能，实现水利水电工程模型的信息化与可视化，通过BIM软件从混凝土坝延伸到工程施工，使设计、施工和成本等各方人员能快速全面了解整个施工项目，实现技术应用的最佳效果。2.1工程施工环境的动态展示

在工程施工时，通过使用Navisworks来对工程进行三维动态展示。使用仿真计算获得水利水电工程施工的具体信息，主要有混凝土坝的浇筑信息、各单元的施工时间等。通过使用BIM技术将施工活动的各环节充分结合，实现建筑工程的模型化。在工程施工方面，利用Navisworks的TimeLiner规则将CSV数据相结合，并且设定适当的任务

以该工程管线施工某一环节类型，生成施工过程动画[3]。

为例，在Autodesk Revit Architecture软件平台中，通过应用本算法对施工进度进行模拟，参照设计模型为施工方案提供依据（见图2）。

3结语

水利水电工程规模庞大，涉及技术较为复杂。使用

BIM技术，能够对水利水电工程的复杂过程充分了解，并将数据、信息以图形的方式来表达，为组织开展水利水电工程的设计、施工和整体决策提供有效分析。因此，将BIM技术引入水利水电工程可视化仿真系统中，充分发挥该技术的可视化与四维模拟功能，简化了系统开发过程，实现了最佳应用效果。

参考文献

[1] 吴永强，王楚濛，徐佩斌，等．BIM可视化仿真技术在综

合管廊工程中的应用[J]．山西建筑，2018，44（25）：133-135．

[2] 于翔，解建仓，姜仁贵，等．水利工程三维可视化仿真研

究与应用[J]．水资源与水工程学报，2016，27（04）：152-

（a)施工模拟前（b)󰀁施工模拟中

156．

[3] 龙正印，刘通．Virtools在水轮发电机组运行三维可视化

仿真中的应用[J]．阿坝师范学院学报，2018（02）：103-108．

[4] 张社荣，徐彤，张宗亮，等．基于BIM+GIS的水电工程

施工期协同管理系统研究[J]．水电能源科学，2019，37（08）：132-135，83．

图2　管线虚拟施工生成效果展示图（图片来源：作者自绘）

经过多次试验证明，施工环境能够满足实际工程需

要。通过对整个工程施工过程进行动态视频展示，及时发现建筑施工及未来运维过程中潜在的问题，通过BIM技术进行分析处理，从而降低工程隐患。最后，由TimeLiner连接的进度数据来确定整个模型是否有时间特性，并对整个工程施工过程进行动态化展示。

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