全國(guó)BIM技能等級(jí)考試一級(jí)、二級(jí)已經(jīng)全面開(kāi)始招生?，F(xiàn)階段正處于報(bào)名時(shí)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(jí)考試培訓(xùn)視頻，幫助廣大考生盡早拿下考試。開(kāi)設(shè)多個(gè)班次，進(jìn)行全面教學(xué)。以下是BIM項(xiàng)目案例：烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計(jì)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(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　烏東德水電站壩址位于四川省會(huì)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(wàn)km2，占金沙江流域面積的86%，占長(zhǎng)江宜昌以上流域面積40%以上。電站開(kāi)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(kù)容74.08億m3，裝機(jī)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(gè)表孔和6個(gè)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(cè)設(shè)計(jì)模型及效果圖見(jiàn)圖1.

　　圖1烏東德水電站樞紐工程CATIA三維勘測(cè)設(shè)計(jì)模型與效果圖

　　1.2工程特點(diǎn)和難點(diǎn)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(jí)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(zhǎng)泄量世界第一，導(dǎo)流洞開(kāi)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(kāi)挖半徑世界第一，是首個(gè)壩身不設(shè)導(dǎo)流底孔的高拱壩，首個(gè)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(jì)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(xiàng)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(jī)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(jì)集成化平臺(tái)，融合傳統(tǒng)勘測(cè)設(shè)計(jì)模式，建立了多專業(yè)三維勘測(cè)設(shè)計(jì)模型，在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的不同階段開(kāi)展“方案比選與論證、參數(shù)化精細(xì)設(shè)計(jì)建模、有限元計(jì)算分析、多專業(yè)錯(cuò)漏碰檢查、工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、三維配筋、二維出圖、施工組織設(shè)計(jì)仿真、視覺(jué)傳達(dá)”等多方位的專業(yè)性工作，助力工程整體設(shè)計(jì)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(jì)產(chǎn)品與咨詢服務(wù)。

　　2.2實(shí)施方案

　　烏東德水電站樞紐工程三維勘測(cè)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院BIM設(shè)計(jì)先驅(qū)項(xiàng)目，本項(xiàng)目通過(guò)GOCAD讀取工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，并在GOCAD中進(jìn)行三維地質(zhì)建模，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)插件，將GOCAD三維地質(zhì)模型連同屬性導(dǎo)入CATIA平臺(tái)，作為樞紐布置設(shè)計(jì)上游主要數(shù)據(jù)源之一。并基于CATIA平臺(tái)通過(guò)骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)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(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

　　2.3團(tuán)隊(duì)組織

　　本項(xiàng)目由項(xiàng)目經(jīng)理掛帥，項(xiàng)目副經(jīng)理、總工及項(xiàng)目BIM助理負(fù)責(zé)組織開(kāi)展多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)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(shí)施，三維協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程管理程序見(jiàn)圖2.下設(shè)專業(yè)設(shè)計(jì)組、BIM技術(shù)支持組和二次開(kāi)發(fā)組。專業(yè)設(shè)計(jì)組包括專業(yè)負(fù)責(zé)人、專業(yè)主設(shè)人，涉及測(cè)量、地質(zhì)、壩工、廠房、導(dǎo)流、機(jī)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(xiàng)目三維設(shè)計(jì)整體的技術(shù)協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)支持組負(fù)責(zé)平臺(tái)維護(hù)、并對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)組在三維設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的重難點(diǎn)軟件技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)支持，同時(shí)梳理多專業(yè)共性、單專業(yè)特性需求并提交二次開(kāi)發(fā)組，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行針對(duì)性二次開(kāi)發(fā)與定制后，反饋于BIM技術(shù)支持組與專業(yè)設(shè)計(jì)組進(jìn)行迭代測(cè)試與使用，整個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作運(yùn)行。

　　其中專業(yè)設(shè)計(jì)組、BIM技術(shù)支持組和二次開(kāi)發(fā)組大部分人員具備專業(yè)設(shè)計(jì)與BIM應(yīng)用及研發(fā)的復(fù)合能力，為項(xiàng)目的推進(jìn)提供了強(qiáng)力的技術(shù)人才保障。

　　圖2三維協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程管理

　　2.4應(yīng)用措施

　　烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計(jì)實(shí)施繼承勘測(cè)設(shè)計(jì)的設(shè)校審機(jī)制，施行我院現(xiàn)有的BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，主要包括：《水利水電工程三維設(shè)計(jì)過(guò)程管理程序》、《水利水電工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)指南》、《CATIA水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)出圖規(guī)定》、《基于CATIA的水利水電工程模板入庫(kù)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(jì)基礎(chǔ)平臺(tái)，目前在不同程度上打通了各類具有本專業(yè)優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)專用軟件（表1）與CATIA的數(shù)據(jù)接口融合，持續(xù)提高平臺(tái)的軟件接口集成化與協(xié)同化程度。

　　通過(guò)企業(yè)私有云架設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平臺(tái)，配置DellPowerEdge系列數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Dell圖形工作站等，保證了圖形顯示和運(yùn)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(jì)階段，基于CATIA基礎(chǔ)平臺(tái)及專業(yè)軟件開(kāi)展了地質(zhì)、壩工、電站建筑物、導(dǎo)流、機(jī)電與金結(jié)等多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，不同設(shè)計(jì)階段有逐步求精的模型深度等級(jí)。

　　（1）三維數(shù)字化勘測(cè)與三維地質(zhì)建模。烏東德水電站通過(guò)平板式工程地質(zhì)測(cè)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(gè)、近26000米的地質(zhì)鉆孔。

　　在前期勘測(cè)階段，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地質(zhì)數(shù)據(jù)如地質(zhì)點(diǎn)、勘探點(diǎn)等數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)格式，現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)錄入平板電腦，并及時(shí)發(fā)送到工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，從源頭上解決數(shù)據(jù)錄入問(wèn)題，大幅提高地質(zhì)勘測(cè)效率。

　　在后期施工階段，通過(guò)施工地質(zhì)可視化快速編錄系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)發(fā)送到工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(kù)中讀取測(cè)繪點(diǎn)、鉆孔、平洞等地形地質(zhì)數(shù)據(jù)并自動(dòng)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(tái)中，進(jìn)行后續(xù)樞紐布置等多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

　　圖3高精度地質(zhì)三維模型構(gòu)建過(guò)程

　　（2）樞紐工程總骨架與專業(yè)子骨架創(chuàng)建?；诘刭|(zhì)三維模型，充分利用三維可視化的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)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(diǎn)與軸線，并建立樞紐工程主要建筑物三維參數(shù)化模型，進(jìn)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(guò)骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)、協(xié)同技術(shù)與權(quán)限管理機(jī)制保證了上下游專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、一致和及時(shí)變更。

　?。?）壩工專業(yè)復(fù)雜形體精細(xì)化設(shè)計(jì)。通過(guò)ADAO程序進(jìn)行拱壩形體方案設(shè)計(jì)，生成形體參數(shù)設(shè)計(jì)表并對(duì)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(jì)與優(yōu)化，過(guò)程見(jiàn)圖4.

　　圖4雙曲拱壩三維設(shè)計(jì)過(guò)程

　?。?）電站建筑物與導(dǎo)流專業(yè)全程模板化三維設(shè)計(jì)?；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(jì)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(jì)建模，見(jiàn)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(jì)

　?。?）機(jī)電（電一、電二、水機(jī)、暖通）多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。機(jī)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(jī)電標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，進(jìn)行機(jī)電管路和設(shè)備等綜合布置設(shè)計(jì)（圖6）。

　　圖6機(jī)電多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)

　　3.2BIM應(yīng)用情況

　?。?）碰撞檢測(cè)。機(jī)電多專業(yè)通過(guò)碰撞檢測(cè)工具進(jìn)行錯(cuò)、漏、碰檢查，形成碰撞檢測(cè)報(bào)表并可自動(dòng)定位到有問(wèn)題的位置，及時(shí)進(jìn)行方案調(diào)整與優(yōu)化。

　　（2）工程量統(tǒng)計(jì)。通過(guò)三維設(shè)計(jì)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(guò)程，尤其是解決了對(duì)復(fù)雜異性結(jié)構(gòu)工程算量精度低下、機(jī)電設(shè)備明細(xì)統(tǒng)計(jì)過(guò)程繁瑣的難題。

　　（3）計(jì)算分析。初步形成三維設(shè)計(jì)模型到分析計(jì)算模型的簡(jiǎn)化準(zhǔn)則，提高分析計(jì)算前處理效率。

　　（4）地質(zhì)出圖。基于GOCAD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(guò)我院自主研發(fā)的CATIA水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)二維出圖技術(shù)解決方案，通過(guò)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(dá)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(jì)算分析結(jié)果，進(jìn)行交互式三維配筋，剖切出圖并自動(dòng)生成鋼筋表（圖9），特別對(duì)于復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)能夠顯著提高鋼筋圖出圖效率。

　?。?）機(jī)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(dá)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(jī)電出圖

　?。?）基于模型的延伸應(yīng)用。①開(kāi)發(fā)了交互式三維演示系統(tǒng)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)引擎進(jìn)行場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染，提供交互式體驗(yàn)（圖11）；②進(jìn)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(guò)烏東德水電站樞紐工程BIM設(shè)計(jì)的實(shí)施，積累了融合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則的三維模板庫(kù)。其中，水工參數(shù)化模板庫(kù)擴(kuò)充至500量級(jí)，機(jī)電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)擴(kuò)充至2萬(wàn)量級(jí)。

　　基本打通了三維設(shè)計(jì)二維出圖環(huán)節(jié)，提高了設(shè)計(jì)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(jī)電三維圖?；谌S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(jì)結(jié)構(gòu)出圖率達(dá)30%~35%，三維配筋出圖率高達(dá)80%.

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

　　5總結(jié)

　　5.1創(chuàng)新點(diǎn)

　?。?）將我院《水利水電工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程管理程序》內(nèi)嵌至CATIA平臺(tái)，保證項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)工作有序開(kāi)展。

　?。?）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(jì)出圖解決方案，基本解決了由水工結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)模型向二維工程圖生成過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)難題。

　　（3）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。

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

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

　　5.2經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等

　　（1）基于我院BIM標(biāo)準(zhǔn)體系有待全面完善。

　　（2）三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)尚未有效與我院項(xiàng)目管理平臺(tái)對(duì)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(tái)尚不能有效的聯(lián)合出圖，一定程度上限制了三維設(shè)計(jì)出圖模式的覆蓋廣度。

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　　全國(guó)BIM一級(jí)考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國(guó)BIM二級(jí)（建筑）考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國(guó)BIM二級(jí)（設(shè)備）考試培訓(xùn)課程大綱

　　全國(guó)BIM二級(jí)（結(jié)構(gòu)）考試培訓(xùn)課程大綱