全國BIM技能等級考試一級、二級已經(jīng)全面開始招生?，F(xiàn)階段正處于報名時期，建設(shè)工程教育網(wǎng)攜手上海交通大學(xué)，錄制優(yōu)質(zhì)的BIM等級考試培訓(xùn)視頻，幫助廣大考生盡早拿下考試。開設(shè)多個班次，進行全面教學(xué)。以下是BIM項目案例：烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計與應(yīng)用，可參考學(xué)習(xí)BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用。

　　1工程概況

　　1.1項目簡介

　　烏東德水電站壩址位于四川省會東縣和云南省祿勸縣交界的金沙江下游河道上。電站上距攀枝花市213.9km、下距白鶴灘水電站182.5km，下距重慶市928km.壩址控制流域面積40.6萬km2，占金沙江流域面積的86%，占長江宜昌以上流域面積40%以上。電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪。

　　烏東德水電站正常蓄水位975m，壩頂高程988m，最大壩高270M（世界第5高拱壩），總庫容74.08億m3，裝機容量10200MW（世界第5），工程靜態(tài)總投資為789億元，為I等大（1）型工程。樞紐工程主體建筑物由混凝土雙曲拱壩、壩身5個表孔和6個中孔、右岸2條泄洪洞、兩岸地下電站等組成。烏東德水電站樞紐工程CATIA三維勘測設(shè)計模型及效果圖見圖1.

　　圖1烏東德水電站樞紐工程CATIA三維勘測設(shè)計模型與效果圖

　　1.2工程特點和難點等

　　烏東德水電站工程規(guī)模大，創(chuàng)造許多世界之最，是目前世界上最薄的300米級雙曲拱壩，擁有世界最高的地下廠房（89.8米），大壩單位壩頂弧長泄量世界第一，導(dǎo)流洞開挖斷面世界第一，導(dǎo)流洞高度世界第一；尾水洞調(diào)壓室開挖半徑世界第一，是首個壩身不設(shè)導(dǎo)流底孔的高拱壩，首個采用半圓筒型調(diào)壓室的水電站。烏東德水電站工程設(shè)計深度全面，技術(shù)難度巨大；施工條件復(fù)雜，技術(shù)難度高，建設(shè)工期緊張；參建單位眾多，協(xié)調(diào)工作繁瑣；涉移民、環(huán)保水保等專業(yè)領(lǐng)域，是一項規(guī)模宏大的系統(tǒng)性工程。

　　2BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

　　2.1BIM應(yīng)用目標(biāo)

　　烏東德水電站樞紐工程基于我院初步構(gòu)建的集地質(zhì)、水工、橋隧、建筑、機電、金結(jié)、施工總體等多專業(yè)于一體的三維協(xié)同設(shè)計集成化平臺，融合傳統(tǒng)勘測設(shè)計模式，建立了多專業(yè)三維勘測設(shè)計模型，在工程勘測設(shè)計的不同階段開展“方案比選與論證、參數(shù)化精細(xì)設(shè)計建模、有限元計算分析、多專業(yè)錯漏碰檢查、工程量自動統(tǒng)計、三維配筋、二維出圖、施工組織設(shè)計仿真、視覺傳達”等多方位的專業(yè)性工作，助力工程整體設(shè)計質(zhì)量與效率的提升，為業(yè)主提供更為優(yōu)質(zhì)的設(shè)計產(chǎn)品與咨詢服務(wù)。

　　2.2實施方案

　　烏東德水電站樞紐工程三維勘測設(shè)計為長江設(shè)計院BIM設(shè)計先驅(qū)項目，本項目通過GOCAD讀取工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并在GOCAD中進行三維地質(zhì)建模，通過二次開發(fā)插件，將GOCAD三維地質(zhì)模型連同屬性導(dǎo)入CATIA平臺，作為樞紐布置設(shè)計上游主要數(shù)據(jù)源之一。并基于CATIA平臺通過骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)與數(shù)據(jù)接口融合技術(shù)把水電工程多專業(yè)集于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源進行三維協(xié)同設(shè)計與應(yīng)用。

　　2.3團隊組織

　　本項目由項目經(jīng)理掛帥，項目副經(jīng)理、總工及項目BIM助理負(fù)責(zé)組織開展多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計應(yīng)用工作，包括任務(wù)策劃與分解、人員確定與分工、協(xié)調(diào)與組織實施，三維協(xié)同設(shè)計過程管理程序見圖2.下設(shè)專業(yè)設(shè)計組、BIM技術(shù)支持組和二次開發(fā)組。專業(yè)設(shè)計組包括專業(yè)負(fù)責(zé)人、專業(yè)主設(shè)人，涉及測量、地質(zhì)、壩工、廠房、導(dǎo)流、機電、金屬結(jié)構(gòu)等專業(yè)，其中壩工專業(yè)為牽頭專業(yè)，負(fù)責(zé)項目三維設(shè)計整體的技術(shù)協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)支持組負(fù)責(zé)平臺維護、并對專業(yè)設(shè)計組在三維設(shè)計過程中遇到的重難點軟件技術(shù)問題進行技術(shù)支持，同時梳理多專業(yè)共性、單專業(yè)特性需求并提交二次開發(fā)組，根據(jù)優(yōu)先級進行針對性二次開發(fā)與定制后，反饋于BIM技術(shù)支持組與專業(yè)設(shè)計組進行迭代測試與使用，整個團隊協(xié)作運行。

　　其中專業(yè)設(shè)計組、BIM技術(shù)支持組和二次開發(fā)組大部分人員具備專業(yè)設(shè)計與BIM應(yīng)用及研發(fā)的復(fù)合能力，為項目的推進提供了強力的技術(shù)人才保障。

　　圖2三維協(xié)同設(shè)計過程管理

　　2.4應(yīng)用措施

　　烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計實施繼承勘測設(shè)計的設(shè)校審機制，施行我院現(xiàn)有的BIM設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系，主要包括：《水利水電工程三維設(shè)計過程管理程序》、《水利水電工程三維協(xié)同設(shè)計文件編碼規(guī)則》、《水利水電工程三維地質(zhì)建模規(guī)定》、《CATIA水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計技術(shù)指南》、《CATIA水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計出圖規(guī)定》、《基于CATIA的水利水電工程模板入庫條件與管理通則》等院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.5軟硬件環(huán)境等

　　我院以CATIA為三維協(xié)同設(shè)計基礎(chǔ)平臺，目前在不同程度上打通了各類具有本專業(yè)優(yōu)勢的設(shè)計專用軟件（表1）與CATIA的數(shù)據(jù)接口融合，持續(xù)提高平臺的軟件接口集成化與協(xié)同化程度。

　　通過企業(yè)私有云架設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)的三維協(xié)同設(shè)計基礎(chǔ)平臺，配置DellPowerEdge系列數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Dell圖形工作站等，保證了圖形顯示和運算效率。

　　3BIM應(yīng)用

　　3.1BIM建模

　　烏東德水電站樞紐工程在預(yù)可研、可研、施工詳圖等各設(shè)計階段，基于CATIA基礎(chǔ)平臺及專業(yè)軟件開展了地質(zhì)、壩工、電站建筑物、導(dǎo)流、機電與金結(jié)等多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計，不同設(shè)計階段有逐步求精的模型深度等級。

　?。?）三維數(shù)字化勘測與三維地質(zhì)建模。烏東德水電站通過平板式工程地質(zhì)測繪系統(tǒng)和平板式鉆孔地質(zhì)信息錄入系統(tǒng)完成了13000米勘探平洞和150多個、近26000米的地質(zhì)鉆孔。

　　在前期勘測階段，現(xiàn)場實測地質(zhì)數(shù)據(jù)如地質(zhì)點、勘探點等數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)格式，現(xiàn)場即時錄入平板電腦，并及時發(fā)送到工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，從源頭上解決數(shù)據(jù)錄入問題，大幅提高地質(zhì)勘測效率。

　　在后期施工階段，通過施工地質(zhì)可視化快速編錄系統(tǒng)，現(xiàn)場直接完成施工地質(zhì)編錄工作，生成施工地質(zhì)照片為底板的施工地質(zhì)編錄圖，還可以將編錄內(nèi)容與照片轉(zhuǎn)入三維模型，并及時發(fā)送到工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，能夠提供更為詳細(xì)的三維地質(zhì)施工解譯成果。

　　從工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中讀取測繪點、鉆孔、平洞等地形地質(zhì)數(shù)據(jù)并自動導(dǎo)入GOCAD中，結(jié)合ArcGis技術(shù)，構(gòu)建高精度三維地質(zhì)模型（圖3）后，連同地質(zhì)屬性信息導(dǎo)入至CATIA基礎(chǔ)平臺中，進行后續(xù)樞紐布置等多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計。

　　圖3高精度地質(zhì)三維模型構(gòu)建過程

　　（2）樞紐工程總骨架與專業(yè)子骨架創(chuàng)建。基于地質(zhì)三維模型，充分利用三維可視化的優(yōu)勢，進行壩址壩線壩型比選，布置導(dǎo)流洞、引水發(fā)電建筑物等關(guān)鍵控制點與軸線，并建立樞紐工程主要建筑物三維參數(shù)化模型，進行空間分析與優(yōu)化布置。根據(jù)樞紐布置結(jié)果，完善總體和專業(yè)子骨架。通過骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)、協(xié)同技術(shù)與權(quán)限管理機制保證了上下游專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、一致和及時變更。

　　（3）壩工專業(yè)復(fù)雜形體精細(xì)化設(shè)計。通過ADAO程序進行拱壩形體方案設(shè)計，生成形體參數(shù)設(shè)計表并對接CATIA拱圈三維模板快速完成各高程拱圈曲線，擬合成拱壩基本體型。結(jié)合三維模板完成表孔、中孔、結(jié)構(gòu)分縫、混凝土分區(qū)及壩體廊道的設(shè)計與優(yōu)化，過程見圖4.

　　圖4雙曲拱壩三維設(shè)計過程

　?。?）電站建筑物與導(dǎo)流專業(yè)全程模板化三維設(shè)計?；诘刭|(zhì)模型，電站建筑物專業(yè)采用“骨架+模板”的方法完成地下式引水發(fā)電建筑物三維設(shè)計整體模型，導(dǎo)流專業(yè)采用類似的方法完成了導(dǎo)截流建筑物的三維設(shè)計建模，見圖5.

　　圖5地下式引水發(fā)電建筑物和導(dǎo)截流建筑物全程模板化三維設(shè)計

　?。?）機電（電一、電二、水機、暖通）多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計。機電專業(yè)參照地下式引水發(fā)電建筑物中的主廠房、調(diào)壓室、主變洞等三大洞室土建結(jié)構(gòu)，調(diào)用機電標(biāo)準(zhǔn)件庫，進行機電管路和設(shè)備等綜合布置設(shè)計（圖6）。

　　圖6機電多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計

　　3.2BIM應(yīng)用情況

　?。?）碰撞檢測。機電多專業(yè)通過碰撞檢測工具進行錯、漏、碰檢查，形成碰撞檢測報表并可自動定位到有問題的位置，及時進行方案調(diào)整與優(yōu)化。

　?。?）工程量統(tǒng)計。通過三維設(shè)計可一次性精確獲取模型的各種參數(shù)如數(shù)量、質(zhì)量、形心等，省去了人工算量的過程，尤其是解決了對復(fù)雜異性結(jié)構(gòu)工程算量精度低下、機電設(shè)備明細(xì)統(tǒng)計過程繁瑣的難題。

　?。?）計算分析。初步形成三維設(shè)計模型到分析計算模型的簡化準(zhǔn)則，提高分析計算前處理效率。

　?。?）地質(zhì)出圖?；贕OCAD高精度三維地質(zhì)模型，任意布設(shè)平切面和縱剖面，快速切剖生成地質(zhì)剖面圖（圖7）和等值線圖。

　　（5）結(jié)構(gòu)出圖。通過我院自主研發(fā)的CATIA水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計二維出圖技術(shù)解決方案，通過三維模型抽取二維圖與軸側(cè)圖，尤其是提高了復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的出圖表達質(zhì)量（圖8）。

　?。?）三維配筋出圖。將模型導(dǎo)入到我院自主研發(fā)的三維配筋軟件中，基于計算分析結(jié)果，進行交互式三維配筋，剖切出圖并自動生成鋼筋表（圖9），特別對于復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)能夠顯著提高鋼筋圖出圖效率。

　?。?）機電出圖。提出二三維混合、結(jié)構(gòu)圖疊加效果圖的出圖表達理念（圖10）并應(yīng)用。

　　圖7地質(zhì)剖面出圖                       圖8結(jié)構(gòu)出圖

　　圖9三維配筋出圖                       圖10機電出圖

　?。?）基于模型的延伸應(yīng)用。①開發(fā)了交互式三維演示系統(tǒng)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實引擎進行場景實時渲染，提供交互式體驗（圖11）；②進行壩址區(qū)模型3D打印，采用LOM技術(shù)一次性打印成型（圖12）。

　　圖11交互式三維演示系統(tǒng)               圖123D打印模型（精度0.1mm）

　　4應(yīng)用效果

　　通過烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計的實施，積累了融合設(shè)計經(jīng)驗和規(guī)則的三維模板庫。其中，水工參數(shù)化模板庫擴充至500量級，機電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫擴充至2萬量級。

　　基本打通了三維設(shè)計二維出圖環(huán)節(jié)，提高了設(shè)計質(zhì)量與效率，包括地質(zhì)剖面圖、水工結(jié)構(gòu)圖與鋼筋圖、機電三維圖。基于三維地質(zhì)模型的剖面出圖效率相比傳統(tǒng)模式提高3.5倍，三維設(shè)計結(jié)構(gòu)出圖率達30%~35%，三維配筋出圖率高達80%.

　　發(fā)現(xiàn)并解決了機電與廠房土建結(jié)構(gòu)以及機電專業(yè)內(nèi)部之間的碰撞干涉問題，在機電專業(yè)內(nèi)部共檢查出42處碰撞問題，機電專業(yè)和廠房專業(yè)間共檢查出12處碰撞問題，均以較快的速度優(yōu)化了達到設(shè)計要求的方案。

　　5總結(jié)

　　5.1創(chuàng)新點

　?。?）將我院《水利水電工程三維協(xié)同設(shè)計過程管理程序》內(nèi)嵌至CATIA平臺，保證項目BIM設(shè)計工作有序開展。

　　（2）以水利水電工程制圖基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和工程制圖學(xué)原理為基礎(chǔ)，研發(fā)了基于CATIAV5的水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計出圖解決方案，基本解決了由水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計模型向二維工程圖生成過程中出現(xiàn)的技術(shù)難題。

　?。?）研發(fā)基于三維地質(zhì)模型剖切快速生成標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)剖面圖，減少大量的圖形后處理工作量，大幅提高出圖效率。

　?。?）研發(fā)并解決了針對復(fù)雜曲面水工結(jié)構(gòu)三維配筋自動算量與出圖的難題。

　?。?）總結(jié)形成水工結(jié)構(gòu)建模、計算分析、配筋出圖一體化應(yīng)用流程。

　　5.2經(jīng)驗教訓(xùn)等

　?。?）基于我院BIM標(biāo)準(zhǔn)體系有待全面完善。

　?。?）三維協(xié)同設(shè)計平臺尚未有效與我院項目管理平臺對接，存在信息脫節(jié)現(xiàn)象。

　　（3）部分專業(yè)數(shù)據(jù)融合深度不夠，接口有待研發(fā)。

　?。?）地質(zhì)與水工專業(yè)在CATIA平臺尚不能有效的聯(lián)合出圖，一定程度上限制了三維設(shè)計出圖模式的覆蓋廣度。

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　　全國BIM一級考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國BIM二級（建筑）考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國BIM二級（設(shè)備）考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國BIM二級（結(jié)構(gòu)）考試培訓(xùn)課程大綱