基于BIM的水利工程施工现场安全管理

（石泉县水利局）

基于BIM的水利工程施工现场安全管理

□马丽（石泉县水利局）

传统的水利工程施工现场安全管理需要投入大量的人力物力资源，效率低下，可能受管理人员知识、能力等方面的影响而不能准确把握施工现场可能出现的所有安全问题。BIM施工信息模型技术是将信息科学技术与水利工程施工现场安全管理相结合的一种新型实用技术，文章对BIM水利工程施工现场安全管理模型及其在水利工程施工现场安全管理中的应用进行探讨，以期对类似工程提供借鉴指导。

BIM，水利工程，安全管理

1 BIM水利工程施工现场安全管理模型

1.1 BIM技术

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型技术是将信息科学技术与水利工程施工现场安全管理相结合的一种新型实用技术，其以数据模型为基础，可以对水利工程施工现场进行三维展现，并将设计图纸拓展为工程施工现场的立体影像。BIM建筑信息模型技术可以将复杂的水利工程施工过程以动画形式进行形象演示，并将这一仿真系统所生成的数据信息进行图形表达，为水利工程施工现场安全管理提供有效的分析手段。

BIM技术结合数据信息技术和电子成型技术，将抽象的平面图像进行立体化、可视化展现，并将地理坐标、空间位置等数据信息直观标注，同时实时采集施工进度与施工现场数据，并将其处理后形象地反映在三维立体图像中。BIM技术并不是单一的数字技术运用，同时还是地理信息系统、工程学、建筑学、虚拟成像技术等学科的综合运用，通过该技术模拟水利工程施工现场，可以发现施工过程中所存在的安全隐患，实现设计图纸与施工现场管理的有机结合。

1.2 BIM水利工程施工现场安全管理模型

利用BIM技术进行水利工程施工现场管理的基础，是建立起真实的描述水利工程施工总布置的三维数字模型。

1.2.1 数字地形模型

作为水利工程BIM技术的核心组成部分，数字地形模型（DTM）可以构建起水利工程所有建筑物和施工场所，将分散的地形点通过不规则三角网格（TIN）进行逼近，描述地形表面，并充分展现施工现场地形的高低起伏。

1.2.2 地形动态填挖

在进行地形动态填挖安全管理时，首先设计包括开挖边坡和渣料场大坝底面的填挖曲面，并利用放坡将设计曲面下放到原始地形曲面，得到设计曲面和原始曲面的交线，沿交线在原始曲面上切去填挖曲面所含区域，并切除多余的填挖边坡，实现挖填设计曲面与原始曲面的完美结合。

1.2.3 混凝土坝动态实体模型

混凝土坝在施工中会随时间推移而变化，为了进行混凝土坝动态管理，必须将其三维模型划分成若干浇筑块，保持各浇筑块施工时间、施工方量、施工设备等方面的相关性。

1.2.3.1 混凝土坝三维实体建模

利用CAD实体建模技术，将二维设计图纸的坝段划分成若干坝段区域，确定各坝段空间形体信息，并通过CAD实体建模技术与BIM技术的结合，绘制三维实体，利用CAD技术的布尔运算对三维实体进行并补、剖切、缩放操作，进而生成各坝段区域的实体模型，将其各个分部有机组合后得到完整的水利工程大坝施工现场三维实体模型。

1.2.3.2 混凝土坝仿真计算

将CAD建模软件嵌入BIM施工现场仿真系统，并借助CAD强大的二次开发功能，使坝体浇筑仿真计算与其浇筑块自动剖分过程同步进行，得到仿真计算中浇筑信息后，程序中便会自动剖分生成混凝土坝浇筑块信息，并与相应的浇筑块进行匹配，完成后，上述浇筑信息将以Access数据库形式输出，同时以CAD文件形式存储。

1.2.4 土石坝实体建模

水利工程土石坝坝体底面均为不规则曲面，可以利用BIM技术中的Rhino工具建立其三维实体。根据坝体填筑材料、分部结构型式及功能等标准进行坝体分区，并综合利用Rhino工具中的patch、Extend、Loft和布尔运算等操作将土石坝分区的实体模型进行绘制，且按照填筑料的供给和进度计划将各个分区进一步划分为不同填筑层，将其有机结合便得到土石坝三维仿真实体模型。

2 基于BIM的水利工程施工现场安全管理

2.1 工程概况

汉江石泉县城长安坝及春潮广场防洪工程是石泉县2013年启动的第一批汉江综合整治防洪工程，也是石泉县防洪保安、城市建设、旅游开发的重点支撑性项目。工程建设之初，石泉县就坚持防洪优先、综合治理的原则，将防洪保安与城市建设、景观建设、生态治理、沟通交通相结合，对工程进行了合理布局，汉江石泉县城长安坝段防洪工程采用下部生态护坡、上部加筋土挡墙的形式，力争做到“防洪保安与城市建设、景观设施与交通道路、生态建设与工程建设”三个结合，既能抵御汉江洪水，又可拓展城市骨架，既能提升城市生态旅游品味，又可改善市民宜居休闲生活基础条件和环境。

2.2 基于BIM的水利工程施工现场安全管理

2.2.1 三维动态演示

利用Navisworks的TimeLiner模块进行施工现场三维动态演示，得到包括混凝土坝浇筑块、土石坝填筑块的三维模型及各个图形单元的施工时间参数等工程施工动态信息，并将之前分解成若干单元的三维模型导入Navisworks，保持图形单元属性的一致性。在Navisworks支持的数据格式中输入水利工程施工进度等数据，并将其添加到TimeLiner模块，设定好任务类型和起始状态就可以直接生成施工现场动画。利用BIM模型所具有的Animator模块功能便可制作施工现场巡航动画，以便管理人员多视点观察工程的施工过程。

2.2.2 仿真信息可视化查询

通过Navisworks模块的“查找项目”工具，进行相应图形单元及所对应属性的查询，或是利用Navisworks的程序接口访问工程施工场景模块，展示施工现场仿真信息，并进行施工全过程与各分项工程施工现场信息的实时查询，如图1和图2；图3为水利工程施工面貌查询界面，可以年、月、日为单位进行工程某时刻施工面貌查询；图4为水利工程施工强度查询界面，可设定任意的起始时间，以年、月、日为单位查询某时刻工程施工强度，并通过不同颜色的图形显示出来。

图1 某时刻工程施工面貌图

图2 某时刻混凝土坝分项工程面貌图

图3 水利工程施工面貌查询界面图

图4 水利工程施工强度查询界面图

建立插件时，先建立一个dll文件的动态链接库，并为其添加相应的引用，以集成基本插件和停靠条插件等类，并设置好插件名称、创建时间等类的属性；编译程序代码后将dll文件存入安装包完成插件的建立，可以在水利工程施工现场安全管理系统中使用。

2.2.3 水利工程形体信息查询

在Navisworks模块，可以查看相应高程、坝段模型形体等二维信息，并利用审阅工具在模型中添加注释，进行工程施工现场管理信息的记录和分析。

3 结论

水利工程设计图纸与实际施工过程并不会完全一致，施工现场管理人员仅通过解读设计图纸并不能准确把握施工现场可能出现的所有安全问题，如果仅以设计图纸为参考，难免会出现曲解或固有的思维定势而影响工程施工。为此，如何充分把握和体现设计图纸，并充分发挥其在施工现场安全管理中的积极作用，就成为水利工程施工现场管理人员需要解决的首要问题，BIM技术有效实现了静态的设计图纸与动态的施工现场的有机结合，为水利工程施工现场安全管理提供了强大的技术支持。

［1］苗倩，BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用［J］.水电能源科学，2012（10）：139-142.

［2］王廷魁，郑娇，基于BIM的施工场地动态布置方案评选［J］.施工技术，2014（3）：72-76.

［3］王百新，水利工程应用BIM技术的思考［J］.中国水能及电气化，2016（11）：66-70.

TV51

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：1673-8853（2017）05-0073-02

2017-03-01

编辑：符蕾

马丽（1972-），工程师，主要从事农村小型水利工程和水保工程设计及工程现场管理工作。