1、BIM技术在某船闸工程金属结构设计中 的应用 焦磊 中交第二航务工程勘察设计院有限公司 摘 要： 本文结合船闸工程设计实例, 介绍了BIM技术在某船闸工程金属结构设计中的 应用, 重点描述了 BIM技术协同设计、 可视化及碰撞检查功能的运用, 解决了二 维设计中存在的专业间沟通不畅、 设计成果不直观及碰撞问题, 大大提高了设计 质量和效率, 可供类似工程借鉴。 关键词： BIM技术; 金属结构; Inventor软件; 碰撞检查; 0 前言 船闸工程金属结构主要包括闸门及阀门, 船闸是通过闸、 阀门灵活可靠的启闭来 发挥它的功能和效益。闸、阀门与水工建筑物及启闭设备的配合是影响启闭的主 要因素
2、。 二维设计通过互提资料单及图纸来完成不同专业间配合, 存在沟通不及 时、图纸无法直观展示设计成果、不能全面检查专业间碰撞等问题, 设计中易出 现错、漏、碰、缺等问题, 给设计成果质量、后期的施工及运行带来了隐患。 BIM技术通过数字信息建立具有真实信息的模型, 通过中心文件的形式共享模 型信息, 使各专业的设计及时共享, 具有可视化、协同性、优化性等功能, 能对 所有模型进行碰撞检查, 以保证专业间实时的协同配合及设计的正确性, 可为 船闸工程金属结构的优化设计及与不同专业间的配合提供保障, 对于船闸工程 金属结构设计具有重大的应用价值。 本文以北江濛浬枢纽二线船闸工程为例, 对 BIM技术
3、在船闸工程金属结构初步 设计中的应用进行了探讨。 1 工程概况 北江濛浬枢纽二线船闸工程为级船闸, 闸室有效尺度为 220m23m4.5m (闸 室长闸室宽槛上水深) , 设计船型为1000 吨级船舶。本工程金属结构主要 包括:工作闸门、工作阀门、检修闸门及检修阀门。 本船闸承受单向水头作用, 设计水头为9.19m, 全闸共布置4扇工作闸门, 上下 闸首各两扇, 左右对称于船闸中心线布置, 为横梁式钢质平板人字门。 上闸首上 游侧及下闸首下游侧各设置一扇检修闸门, 采用桁架式叠梁闸门;工作阀门上下 闸首各两扇, 共4扇, 为升降式平面阀门。在工作阀门上、下游侧各设一扇检修 阀门, 上、下闸首各
4、 4扇, 共8扇, 采用升降式平面阀门。 2 BIM技术应用 2.1 协同设计 船闸工程设计涉及专业众多, 二维设计中, 设计配合主要依靠各专业间互提资 料单及提供设计图纸的方式进行专业间沟通, 经常出现因资料提供不全、 资料变 更传达不及时等导致设计错、漏等情况。 在本船闸的初步设计中, 采用Revit建模并以工作集的方式进行协同设计, 各 专业均针对同一个三维模型进行设计, 这种工作方式将二维的串行设计模式调 整为各专业并行设计, 实现了各专业间设计成果的实时交互。 金属结构设计伊始, 水文、 总图专业以图纸形式在中心文件中提供水位及水位组 合、水工建筑物高程等中间资料, 水工专业提供水工
5、结构初步模型 (如图1所 示) 。本专业可完整、准确的获取中间资料, 进而进行设计工作。 图1 总图、水文中间资料单及水工结构初步模型 下载原图 在中心文件中提供含有数量、高程、工作行程、启闭力、重量等初步设计阶段主 要参数信息的闸门旋转中心、门槽、工作阀门门槽、检修闸门门槽、检修阀门门 槽等的体量模型 (如图 2所示) , 供水工、工艺等相关专业使用。水工专业可根 据体量模型准确地预留出闸门、 阀门等安装空间及二期混凝土范围, 并开展专业 内工作 (如图3所示) 。 当设计参数有变更时, 模型会直观显示, 并实时的将变 更信息提供给相关专业设计人员, 成功的避免了二维设计资料单传递不完整、
6、不 及时的问题, 极大的缩减了设计周期, 提高了工作效率。 图2 工作闸门门库、工作阀门门槽、检修闸门门库体量模型 下载原图 图3 获取中间资料后的水工结构模型 下载原图 2.2 可视化 二维设计用平面结合剖面来表达设计信息, 船闸工程金属结构空间形体复杂, 很难直观、准确的表达设计意图、更无法真实的展现设计成果, 且专业间的协同 无法直接呈现, 难以形象地进行技术交底和指导施工。 Inventor软件是三维可视化软件, 有良好的设计表达能力, 能够直观、准确地 表达空间内的真实情况, 非常适用于船闸金属结构的设计。 设计过程中各专业可 实时协同, 在模型可视的情况下并行设计、 相互协调, 及
7、时发现专业间设计成果 出现的问题, 能够实时进行讨论和修正, 缩短了设计周期, 有利于提高工程设 计的准确性 (如图 4所示) 。 本船闸的金属结构设计中, 在水工建筑物及闸门模 型建立后清晰的通过模型检查闸门工作桥与水工建筑物间等的配合情况。 BIM模型可以将船闸金属结构部分直观真实地展示, 有利于对设计方案进行深 入剖析。 本船闸较为复杂, 利用BIM技术的可视化, 通过闸门外表面不同配色的 比较 (如图5所示) , 结合闸门与周边环境的搭配, 对闸门外漆颜色进行探讨并 直观的展示, 给予业主合理建议, 从而达到优化设计、提高设计质量的目的。 图4 闸门工作桥与水工建筑物配合图 下载原图
8、BIM模型较图纸更有利于技术交底和指导施工, 通过装配模拟, 工人能准确地 制作并安装, 避免可能出现的安装顺序错误等情况。 在本船闸工程设计中, 对闸门门体、顶枢、底枢等装配件, 均进行了装配模拟, 可为后期技术交底提供直观可视资料, 也可为施工提供一定指导 (如图 6所 示) 。 图5 不同配色的闸门比较 下载原图 图6 闸门顶枢装配模拟 下载原图 2.3 碰撞检查 二维设计方式下, 各专业各司其职, 易出现大量的错、漏、碰、缺等现象, 造成 设计变更和施工返工, 给项目进度和成本控制造成较大的负面影响。 BIM技术“碰撞检查”功能可消除碰撞问题, 在设计中实时进行检查, 及时发 现, 及
9、时处理, 将问题消除在设计阶段。 (1) 专业内碰撞检查 Inventor软件具有碰撞检查功能, 可方便、快速、准确的发现组装部件内部、 部件和部件之间存在的碰撞问题。 在碰撞检查时, 存在碰撞的位置软件将亮显以 准确地发现存在碰撞的零部件并提示修改。在本船闸金属结构设计中, 通过 Inventor软件的碰撞检查功能成功地检查出顶底枢内部零件、横梁与纵梁、门 体结构与工作桥间的碰撞问题, 并做出正确的修改, 避免了后期的设计变更。 (2) 专业间碰撞检查 本船闸工程设计中, 各专业相互交叉、 共同包含, 专业间设计成果存在碰撞的可 能, 且二维设计无法考虑施工过程对间距和空间等软碰撞的要求。
10、而 BIM技术能 通过碰撞检查检测不同专业之间存在的硬、软碰撞问题。 在二维设计的已建工程中, 由于专业之间协同深度不够且二维设计无法提供碰 撞检查, 出现过水工建筑物与闸门冲突而导致闸门无法完全进入门库的情况 (如图7 所示) 。给船闸的运行及后期的处理带来了极大的不便, 工期、投资及 整个工程的交付运行均受到影响。 图7 闸门与水工建筑物碰撞闸门无法入库图 下载原图 本船闸闸、 阀门数量多, 与水工建筑物及启闭设备配合较多, 通过BIM 技术的碰 撞检查功能可实现闸、 阀门与水工建筑物及启闭设备的碰撞检查, 为相关专业后 期设计及工程运行提供了有力保障。 设计过程中, 将已建的金属结构模型
11、导入 Revit 软件中, 先利用其自带的检查 功能进行初步检查, 而后导入 Navisworks 软件进行模型的硬碰撞及软碰撞检查, 同时生成碰撞检查报告, 以此为依据进行专业间沟通及模型修改, 确保了专业 间模型不存在碰撞情况 (如图8所示) 。大大提高了设计质量, 节约了设计周 期。 图8 碰撞检查结果 下载原图 3 结语 本文以北江濛浬枢纽二线船闸工程为例, 运用 BIM技术的协同设计、 可视化及模 型碰撞检查功能, 解决了二维设计中间资料传递不完整及时、 无法解决船闸工程 金属结构复杂空间中存在的错、漏、碰、缺等问题, 提高了设计效率;增强了闸 门设计的可视化程度, 并能通过碰撞检查优化设计成果, 极大的提高了设计效 率、节约了设计周期。 参考文献 1建Autodesk Revit MEP 2012 应用宝典M.2012. 2Autodesk, Inc.Autodesk Inventor 2014 基础培训教程M.北京:电子工业 出版社. 3Autodesk, Inc.Autodesk Inventor 2014 高级培训教程M.北京:电子工业 出版社. 4杨波、牛先玄.BIM在水工金属结构设计中的应用J.建筑设计, 2015.3.
