BIM水利工程 BIM技术在南水北调项目中的应用

本BIM水利工程项目为北京市南水北调配套工程河西支线工程项目。河西支线首级泵站位于大宁调蓄水库中堤侧，名为中堤泵站。将大宁调蓄水库的水加压提升至园博泵站。泵站设计流量10m3/s，设计扬程36m，总装机容量7500kW，泵站占地面积17088m2，工程造价2.55亿元。河西支线工程是南水北调整体工程中的重要配套项目，建成后将完善南水北调供水体系，解决丰台河西、门头沟、石景山等地区的用水问题，提高北京市西部地区城市水资源保障能力，为实现北京市南水北调配套工程后续规划提供重要保障。

-南水北调水利工程BIM应用项目难点-

1.水利工程BIM应用试点示范工程，要求较高

随着建筑行业BIM技术应用的推进，企业对BIM的需求日渐迫切，为积累BIM技术在水利行业的应用经验，进一步提高公司市场竞争力和综合实力，推动管理与技术双创革新，北京金河水务集团对本项目的BIM技术应用提出了很高的要求，并寄予厚望，希望将本项目打造成BIM应用试点示范工程。

2.项目所处库岸地势复杂，场布难度大

泵站选址位于大宁水库中堤库岸及库区内，现状库岸地面高程一般在46～58m，地势高低起伏，传统的平面图方式无法满足施工场地要求，或会影响项目后续施工的顺利进行。这就要求项目必须结合BIM等新技术进行科学合理的场地布置，但复杂的地势同样对BIM的技术提出了挑战。

3.项目位于生活饮水用水水源地，环保水保要求高

项目位于大宁水库内，是南水北调进京的第一站，对北京而言，也是极为重要的生活饮用水水源地，无论是场地布置还是现场施工，环境保护和水质保护都是第一位的。施工过程中，为避免对水源造成污染，项目部需要采取行之有效的绿色文明施工和隔绝水源措施，实现水利工程与生态环境的良性循环。

4.单块底板方量大，对场布要求高

泵站底板分块尺寸较大，单块方量在3000m3左右。只有结合现场地形情况，科学合理的安排浇筑区域及顺序，才能保证混凝土的实体浇筑质量。

— 南水北调水利工程 BIM应用效果 —

1.前期场布策划

项目开工前，根据甲方移交的征迁范围进行场地布置。在方案讨论阶段，发现平面图方式无法结合现场地形对综合加工厂、生活区和进场施工道路进行合理布置。采用BIM施工现场布置软件对方案进行优化，将现场场地布置形象、直观地展现出来。

场地布置方案讨论阶段

场地布置方案确定阶段

三维场地布置方案效果图

三维场地布置方案效果图

三维场地布置方案效果图

三维场地布置方案效果图

场地布置方案实景照片

场地布置方案实景照片

2.绿色文明施工

利用广联达BIM施工现场布置软件内置的围挡构件，结合现场地形进行围挡布置。在三维场地布置模型里进行模拟，并对复杂地形处的围挡适当加高，封闭施工现场，达到隔绝水源的目的。通过场布软件形象直观的设计效果，可以为项目前期绿色文明施工策划提供最佳方案，为创建绿色文明工地奠定基础。

施工入口效果图

项目驻地效果图

进场道路封闭及绿化效果图

进场道路封闭及绿化实景照片

进场道路封闭及绿化实景照片

3.混凝土浇筑

混凝土浇筑前，利用BIM施工现场布置软件内置的混凝土泵车及罐车，在三维场地布置模型里结合现状地形，合理布置泵车位置及混凝土罐车的供料线路，避免浇筑过程中泵车位置不合理和罐车供料线路冲突造成混凝土无法持续供应现象。

三维场布泵车位置安排

现场浇筑照片

技术创新

河西支线工程在砂卵石地层中采用长距离盾构施工技术，属北京市地质最复杂难度最大的盾构工程，开创了使用盾构小直径隧洞内穿钢管输水技术，保证输水安全，提高工程质量。创新采用双排地下连续墙基坑截渗无支护支撑体系，大大降低工程投资。输水隧洞交叉穿越工程众多，为了将施工及运行期间对河湖水库、交通路桥、轨道交通的安全影响降到最低。在设计的过程中对穿越工程进行施工仿真模拟，采取有效的防护和检测措施，确保穿越安全。

BIM软件应用

本次三维设计过程采用ProjectWise作为三维设计的协同平台，项目团队共30余名工程师应用各专业软件在同一平台上共享设计过程中的模型数据，大幅提高团队的协同工作效率。为了能将模型剖切图纸加工成施工详图，并实现参数化设计的需求。我们在MicroStation的基础上开展了大量的二次开发工作，自主开发的工具集主要包含三个部分：详图注释工具、钢筋工具以及参数化建模工具，通过定制开发，可极大的提高详图设计效率。河西支线规划设计的过程中，采用RIEGL三维激光扫描仪，通过划分测区，采集点云数据，采用数据滤波和数据抽稀的方法对点云数据进行处理。采用Bentley Descartes软件建立地表DEM以及建筑物模型，通过建筑物竣工点云模型和设计阶段模型对比，可以免去大量纸本查询的繁杂过程，为项目竣工交付提供高效能的支持与协助，比传统的方式节约大量时间。河西支线采用Bentley HAMMER软件，对工程中三级泵站的各运行工况进行了水力过渡过程分析计算，计算泵站遇事故停机的沿程压力分布等，对瞬时压力过大管段进行包封保护，验证了设置排气阀位置和孔径的合理性，并对阀门的开关时间给出了合理性的建议。长距离输水隧洞工程的设计施工方案很大程度上依赖于场区的地层条件。河西支线工程直接利用海量的钻孔数据和勘探线数据生成场区三维地质模型，实现长距离复杂地质体的建模，突破了三维地质建模的技术瓶颈，比传统二维的方式节约了60%左右的时间。工程厂区内地下管线众多，工程师们创造性的通过调用MicroStationAPI的方式，直接从外部文本文件建立了复杂管件mesh模型。通过构建几何算法计算管线mesh面输水隧洞mesh的最短净距，为设计方案的优化及相关管线的改移保护提供了可靠的依据。这一创举比过去平面二维的方式节约了80%的时间。河西支线工程采用STAAD软件对于地下厂房结构，异型混凝土结构及各种类型的建筑物基础等进行分析设计，计算结构在复杂荷载条件下的内力和位移，为结构配筋设计提供依据，提高了设计可靠度。

— 总结 —

场地布置是施工前必不可少的步骤，在施工进场前，好的场地布置可以为实际施工省去很多不必要的麻烦，而高效的BIM软件则是实现科学场地布置的有力武器。

BIM施工现场布置软件可以弥补传统二维图纸的短板，将平面布置转变为形象、直观的三维布置图，使空间达到合理的优化目标。通过结合广联达BIM施工现场布置软件的扩展性，配合VR等创新设备，可以为项目管理层和现场施工人员提供简单、快速的了解渠道，施工现场尽在眼前，足不出户掌握项目全局，还可以进行逼真的安全教育，提高项目整体的安全意识，减少不同工种、不同专业间的沟通障碍。当然，本次BIM技术的应用也为集团积累了宝贵经验，在水利工程中BIM技术应用上，具有落地性、可复制的借鉴意义。

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