[分享]长距离输水管线的BIM应用

辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司

赵振龙

摘要：本文主要基于Bentley系列软件，探索长距离输水管线BIM正向设计方法。通过实践，实现了三维模型的建立及二维图纸的抽取，同时提出一种简单可行的BIM成果集成式交付方案。并对BIM+GIS的项目管理进行了探索。

关键字：长距离输水管线  BIM正向设计  BIM成果交付  BIM+GIS

1.

引 言

随着BIM技术在我国的不断推广，三维设计、BIM技术应用已成为行业的共识。以往BIM技术在水利上的应用主要集中在大坝、水闸这类的枢纽性工程，对于长距离线性工程应用较少，而且以往很多BIM工程也都不是正向设计，BIM产品的交付更是依赖外部平台，这里既有水利BIM发展较晚，行业技术积累薄弱的原因。如何使用BIM技术实现正向设计，是制约BIM技术在设计阶段推广的主要问题；而如何将BIM成果进行交付，交付方式是否具有普惠性，更是影响BIM技术在整个行业的推广。本文结合实际工程，探索长距离输水工程BIM的正向设计流程、介绍一种简单可行的BIM成果交付方式，并且说明如何应用这种方式实现类似BIM+GIS的项目管理，为广大BIM设计人员提供参考。

2.

项目说明

某重点输水工程主要由输水管线构成，输水线路全长约110Km，主要建筑物包含输水管道及阀等附属建筑物、泵站、出水口工程、调蓄水池等。输水管道采用钢管及PCCP，规格为DN900、DN1400、DN1800、DN2000四种，布置形式为单线布置。

管线铺设主要采用明挖的方式，开挖坡比视地质条件及开挖高度不同在1:0.3~1:2区间变动，管线底部120°包角范围内采用砂砾石回填，顶部50cm厚度内回填种植土，并预留30cm的下沉量，其余部分采用原状土分层压实回填。

3.

设计流程

长距离调水工程前期必然要经过若干种方案比选才能确定线路、管径、管材等工程设计基本要素。这个过程里包含从大比例地形图、卫星地图及大比例区域地质图上进行布线；现场实际探勘；经济指标对比等诸多工作。其实在这些前期工作里，BIM技术就可以介入，例如使用OpenRoads Designer软件在大比例地形图上进行线路方案对比，而且可以快速的得出工程量。

在方案确定后的初设及施工图阶段，则需要1:2000带状图的测绘；详细的沿线地质勘查；初设或施工图纸的绘制等工作。在这个阶段里，各个专业则可以使用各专业不同的BIM软件在ProjectWise上协同工作。这里要注意的是1:2000的带状图只能做为底图来用，实际管线的地面线纵断要求的精度往往是在1:500及以上的，这要求测绘部门要沿管线实际平面位置从新测量，重新测量的管线地面线要能反映在测绘成果的TIN文件中。

对于具体BIM技术来说，在工程各个阶段都是通用的。

4.

管线建模

管线建模采用OpenRoads Designer软件，在平面线确定的前提下，管线建模的主要工作是管线纵断面的绘制，及横断面模板的制作及根据地质条件对廊道进行“点控制”及“约束标签”控制。

1）管中心纵断面绘制

长距离供水管线一般为有压输水的形式，管顶应有一定的覆土保护层并且管道埋深应大于设计最大冻深。这样我们可以利用“纵断面偏移”命令，将原始地面纵断线偏移一定距离作为绘制纵断面的辅助线，在参照辅助线绘制纵断面，绘制完毕后可以在纵断面视图中对纵断面进行调整，也可以通过“表编辑器”对纵断进行类Excel表式的调整。

 

纵断面的绘制

2）管线横断面模板

管线横断面创建秉着方便调整，方便算量的原则进行创建，横断面模板包含管道开挖、管底120°包角砂砾石垫层、原状土回填，种植土回填；因为管本身为标准件，而且钢管本身管壁很只有2cm，横断面建模时忽略了管本身。

 

横断面模板

建模时要约束好各部件相互的关系，并实现在开挖底面可以进行 “点控制”，开挖坡比可使用“约束标签”进行调整，同时保证垫层、回填土等要素能随开挖坡比及开挖宽度的调整进行同步调整。

3）廊道创建

激活地形、设计纵断线，套用横断面模板，生成三维管道模型，根据地质条件对廊道进行“点控制”及“约束标签”控制；使用“廊道组件”统计工程量。

5.

管线出图

管线出图主要包括纵断图的绘制、平面图的绘制、平面线控制点的报表、管线断面图的绘制。

其中管线断面可采用标准断面图来简化出图，其余使用ORD自身出图功能进行出图，出图前要事先对ORD后台的字体、图框、出图种子、纵断的特征定义进行相应的配置；对类似指北针、排气阀井、排水阀井的平面符号使用cel功能进行统一配置，这种后台配置工作繁琐却必要，是保证工程项目效率的关键，对后台管理员有较高的要求。

1）纵断出图

管线纵断出图使用ORD绘制剖面图的功能，生成纵断图后，使用插入cel的功能将排气阀井、排水阀井插入到纵断曲线的高点和低点，并对纵断曲线进行简单的标注。

纵断出图

 2）平面图出图及平面线报表

使用插入cel的功能，将排气阀井、排水阀井插入到平面的相应位置，使用参考命令将二维地形图作为底图参考到2D model中，使用ORD绘制平面图的功能进行平面出图，出图完毕后，再将指北针插入2D model里每个绘图边界里，由于图纸与2D model是动态关联的，指北针也将出现在图纸中。

平面线报表使用ORD报表功能，报表输出时选择适宜的报表样式，并将报表保存曾Excel格式，本工程选用Horizontal Elements XYZ 样式。

 

平面出图及平面曲线报表

6.

管线节点参数化（阀井、镇墩）

管线节点如阀井、PCCP段镇墩采用AECOsim Building Designer（以下简称ABD）软件创建，对于镇墩这种简单的构件，可采用制作成参数化cel的方式，方便设计人员调用。

参数化建模及钢筋出图

管线节点的配筋采用华东软ReStation软件，可以准确快捷的生成三维钢筋、钢筋图及钢筋材料表。

7.

产品交付

产品交付关乎着BIM价值的释放，本工程主要使用Bentley Navigator软件集成交付。对于信息模型可以发布成i-Model，工程图纸可以打印成PDF格式，并将各种工程文档分门别类打包放在一个文件夹内。在Navigator里使用链接集将信息模型、地质模型、图纸、工程量报表、工程影像、技术标准等与工程文档链接在一起，并在具体的信息模型上挂接类似工程量报表之类的链接。这样只要打开主模型，就可以把控整个工程项目。

在工程建设期间，一些建设相关信息仍可以以同样的方式继续链接。在产品交付时，可以将打包文件夹配置在业主单位的服务器上，并将其共享；同时在局域网内对不同用户配置相应访问此共享文件夹的权限，即可完成对工程整个信息进行有效管理。采用这种方式，简单易行，规避了BIM交付WEB端的开发，同样可以将信息化贯穿到工程的始末。

基于Navigator的产品交付

8.

BIM+GIS探索

当下BIM与GIS的结合是一个热点技术方向，利用本工程对此项技术进行了一定的探索。GIS的卫片底图利用我国高分2号卫星影像，它具有分辨率高，时效性强的特点；分辨率可达1m，时效性为2个月内。110km的管线总共使用29景卫片，合成并瓦片化后卫片大小约为60G。

将瓦片化的卫片放置到局域网服务器端，在ABD中使用光栅管理器参考瓦片化的卫片，同时将与地理信息相关的图元分别放置在对应图层里，并将图元分别赋予相应的属性。这样就可以利用ABD对模型中图元进行一些类似如查找、定位、量测、剖切、隔离显示、不同显示模式等功能的操作，而ABD本身就是BIM模型的创建软件，并且也有链接集的功能，对BIM模型管理功能是毋庸置疑的。当然也可以将模型发布成i-Model，发布成i-Model后的模型依旧具有卫片链接，以及ABD相应分析操作的功能，但是不能进行编辑，不利于项目生命周期的管理。

BIM+GIS实践

9.

总 结

本工程利用Bentley系列BIM软件，实现了设计阶段的各专业正向协同设计、工程建设期间的产品交付、并且对BIM+GIS技术进行了探索。充分发挥了BIM技术信息化、可视化、协同性、一体化的优势。本工程所用的交付方式及BIM+GIS技术方案，充分利用Bentley自身软件的特点，避免了产品交付平台的开发。

参考文献

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Abstract:Based on Bentley series software, this paper mainly explores the BIM forward design method of long-distance water pipeline.Through practice, the establishment of three-dimensional model and the extraction of two-dimensional drawings are realized. At the same time, a simple and feasible integrated delivery scheme of BIM results is proposed.The project management of BIM+GIS is also explored.

Keywords:Long-distance water pipelineBIM Forward DesignBIM Result Delivery  BIM+GIS