BIM技术在曼维莱水电站工程中的应用（BIM真实案例分享）

曼维莱水电站工程位于喀麦隆共和国南部玛安省境内紧邻赤道几内亚的恩特姆河上，地处热带丛林地区，是一座大流量明渠引水式电站，工程主要任务为发电。电站采用引水径流式开发，拦河坝长1.62km，最大坝高28.3m，正常蓄水高程392m，总库容1.3亿m3，电站总装机容量211MW，工程规模为大（2）型。工程主要建筑物由首部挡水和泄水建筑物以及位于工程区左岸的引水发电系统建筑物等组成。工程于2012年12月开工建设，2016年8月16日下闸蓄水，2018年2月8日完成主体验收。

该工程先后荣获中国勘察设计协会2019年度行业优秀工程勘察与岩土工程一等奖、2020年“海河杯”天津市优秀勘察设计市政公用工程——水利工程一等奖以及2019年“海河杯”天津市优秀勘察设计工程勘察一等奖等多项省部级奖项，2021年该工程荣获中国建设工程最高奖——中国建设工程“鲁班奖”。

在曼维莱水电站项目勘察设计初期，中水北方公司成立了针对此项目的BIM应用团队，结合项目特点，BIM团队从地勘及地质三维建模、工程建筑物的三维建模、基本BIM模型的计算分析、工程建筑物三维参数化建模、施工进度仿真分析、三维设计出图、虚拟现实技术应用等方面展开研究。

地勘数据及地质信息的处理分析一直以来都是水利水电工程勘察设计中的重点与难点。曼维莱工程BIM设计团队利用地质三维勘察设计系统将原始测绘数据高精度拟合为三维地形图，并将前期已有平面地质剖面信息导入到三维模型空间中，形成高精度三维地质模型（如图2所示）。

图2 水库坝址区三维地质模型

应用BIM计算进行地勘及地质三维建模，不仅便于勘察数据的整合、校核前期地质成果，而且大大提高了设计效率，设计成果更加直观、更具针对性。此外，三维地质模型还可以用于生成满足现行水利水电工程制图标准的平面图、剖面图、平切图和钻孔柱状图等。

应用BIM三维建模技术，对工程总体布置及水工建筑物进行三维建模（如图3所示）。模型方便直观的展示了工程的总体布置及各建筑物之间的相对关系，为工程设计和建设人员全面准确了解工程提供了更加便利的手段。

图3 工程总体布置三维模型

基于BIM三维模型，运用大型计算软件对工程关键建筑物进行有限元计算分析。设计人员可根据计算分析结果，调整细化工程结构，从而达到设计最优目的。以曼维莱泄水建筑物为例，基于BIM技术建立泄水建筑物三维模型，运用Flow3d中CFD模块，对泄水闸在上游水位393.8m时5个闸孔同时泄水时的水流形态进行了数值模拟，为泄水闸后续设计提供了充分的理论依据（如图4所示）。

图4 泄水建筑物水流形态数值模拟

在BIM技术应用初期，BIM技术的应用通常是利用已设计完成的平面设计成果建立三维信息模型，这样的逆向设计流程不仅对提高设计效率不利，更增加了设计人员的工作量。曼维莱项目BIM设计团队运用三维参数化设计技术，逐步解决了“正向设计”问题。通过预先设定一组或多组对应关系和约束关系，再通过关键参数集对实体进行描述，实体其他参数通过对应关系与约束关系得出，从而实现参数驱动，大幅度简化实体模型的建立与修改过程，模型准确率也大大提升。曼维莱项目部分三维参数化设计成果如图5所示。

图5 三维参数化建模

利用BIM技术把三维信息模型与施工进度计划相链接，使施工系统各部分及其在进度计划中的相互关系通过形象直观的图形和动画的形式表现出来，还可以实时动态查询工程的三维可视化信息，提高工程管理的效率和质量。

传统二维设计图纸存在着表达信息不够直观完整、工程量计算不够准确、不同专业图纸“错、漏、碰”等问题。

基于三维建模技术，各专业在三维协同设计平台上共同完成三维模型设计，生成三维设计图纸。三维模型直观、形象，避免了“错、漏、碰”等问题，应用模型计算工程量完整准确。

图6 虚拟现实技术应用

在BIM领域，使用虚拟现实（VR）技术演示单体建筑、空间规划，可以让人以不同的俯仰角度去审视其动感形象及其平面布局的特点。在本项目中也对VR技术的应用做了尝试，将厂房三维模型导入Unity3D中，建立左右眼摄像头，通过Cardboard等程序实现厂房内部VR效果（如图6所示）。

文：刘玉玺 刘战生 仅供学习交流 版权归原作者所有 如有侵权请联系删除