摘要：我国是农业大国，降水分布不均加上局部缺水严重是限制农业发展的首要原因，近年来，相关部门已着手增加农田水利基础设施的建设。但已有农田水利工程在设计、施工和后期管理上存在诸多问题，因此需采用新技术来解决。BIM是指建筑信息模型，能够实现水利水电及农田水利工程项目全生命周期的信息构建。但由于水利水电及农田水利工程地质条件复杂，面积大，建筑物结构复杂多样，目前还无统一标准，从而导致建立的BIM模型精度不高，且建模效率较低。目前BIM技术的应用仅仅局限于依靠图纸建立三维模型，做一些简单的碰撞检测及后期渲染，并未实现真正的全生命周期管理。
关键词：农田；水利工程；BIM模型；构建方法；应用
引言
通过分析BIM模型，发现并解决了由于设计原因存在的缺陷和不足；在施工阶段通过快速出图、计算工程量及造价、进行施工模拟提高了施工效率；并提供了后期运行管理平台的开发思路，进一步实现了农田水利工程信息化管理，对BIM技术在农业上的应用具有借鉴意义。
1BIM概述
1.1BIM技术
BIM技术最大的特点就是能将传统的二维设计转换为三维设计。通过虚拟化的技术操作，将传统设计方法下无法标清的参数细节意义标示清楚，从而提升整个建筑行业的建筑质量和水平，推动建筑行业的发展和转型。在施工的过程中，BIM技术能够将施工的实时情况虚拟化、可视化，通过计算机技术，对施工的进度进行精确的管控，对施工过程中的成本消耗进行随时把握，对施工过程中使用的人力、物力进行合理化分配，做到资源最大化，帮助管理层在施工过程中进行协同管理，使整个施工规划更加合理，有效控制浪费，缩短工期，使工程质量得到保障，提高投资者们的投资效益。BIM技术是从建筑行业中发展出来并且逐渐扩散到各行各业中的一种技术，作为面临信息化转型的水利工程建设来说，将BIM技术引进并且使用到工作过程中去，有利于转型目标的实现。
2BIM模型的构建方法
2.1建筑物的参数化建模方法
为了提高效率，本文建模利用CATIA的参数化功能，建立一个田间建筑物参数化模板库。参数化建模的关键在于用特征参数来控制模型。确定特性参数主要步骤如下。
步骤1对田间工程所有建筑物按照类别进行划分，确定所有建筑物的种类数，并统计出每种建筑物的数量。
步骤2通过对比同一种类建筑物，找到其主要不同点，作为特征参数。
圆涵建模流程为：①在草图模式中画出涵管截面并建立合适的尺寸约束，在三维设计模式中根据凸台命令依次建立４段涵管。②创建涵管的纵切平面，点击该平面进入草图模式，画出挡墙尺寸并建立合适的约束，在三维设计模式中利用凸台命令及布尔操作建立挡土墙，最终将挡土墙约束在涵管两侧。③将基座约束在涵管底部。④将底部材料水泥砂浆、保温板、素混凝土等依次约束在基座底部。⑤将保温板约束在挡墙两侧。⑥将进口护砌约束在进口挡墙前端。其他类型圆涵仅需依次修改涵管直径、挡墙宽度及圆涵长度即可得到新的模型。同理可建立其他建筑物，得到田间建筑物模板库。
2.2地形建模的建立方法
地形模型是田间工程总布置的基础，也是地形开挖的受体，其精度直接决定了后期出图、施工、算量的准确性。Powercivil生成地形的方法多样，为了提高精度，采用等高线和高程点相结合的方式来建立，建模前还需对等高线和高程点作如下处理：①分析数据资料，修改有问题的等高线，尤其是干渠、支渠部分。②到现场测量高程点信息时，地势起伏较大的地形需多测量几组，尽量减少误差。③剔除高程过高或过低的错误点，尽量减少凸起或凹下的尖点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将处理后的等高线和高程点信息导入Powercivil，利用地形生成工具，生成所需的地形模型。最后按照布置图对建好的地形再次进行修改，最终得到符合工程实际的地形模型。
2.3渠道及道路的建立方法
渠道作为农田输水系统，主要由主干渠、支渠和斗渠组成。Powercivil建立渠道模型的原理是根据横断面模板沿着基线进行放样形成，因此关键在于横断面模板的建立和渠道基线的绘制。某田间工程包括1条主干渠、15条支渠和103条斗渠，且横断面模板大多不同，需建立大量的横断面模板。Powercivil中建立横断面的方式较为原始，为了提高建模效率，本次建模采用简化方法，即选择一个渠道作为特征渠道，以渠底中线为边界建立横断面的一半，其他横断面仅需在约束中修改底宽、坡度、深度和压顶宽度即可得到新的模板，另一半利用镜像功能便可得到。绘制渠道基线，需与建立的地形模型相对应，为减小误差，借助软件的参考功能，将布置图参考到Powercivil中，利用精确绘图坐标系，经过缩放、平移、旋转等操作将布置图与地形对齐。渠道基线用回旋曲线绘制，在转弯处还要添加缓和曲线以保证转弯处的圆滑。建模时利用Powercivil中的廊道工具，选择廊道基线并选择对应的横断面模板，给定桩号间距，最终生成渠道模型。由于渠道较长，最后还要根据布置图进行修正，得到渠道的最终模型，同理可建立机耕路和水泥路。
3应用
3.1BIM技术在设计阶段的应用
Flow master是Bentley公司开发的一款用于分析复杂水利系统水力特性的软件，在已建好的模型中设置水位、流量、坡度和高程等参数，即可模拟得到各支渠和斗渠的水面曲线，若达不到设计要求，则变更渠道坡度、流量等，直至达到要求为止。Powercivil软件可进行模型碰撞检测，检查各个部件之间是否存在冲突，能及时发现协调错误并提醒项目团队，并可导出检测报告，检测到的问题可直接返回到模型中进行修改。
3.2BIM技术在施工阶段的应用
与传统的CAD设计相比，BIM技术可直接通过相关软件进行三维设计，然后通过软件中的剖切命令得到二维CAD图纸，渠道的横断面则可在Powercivil中利用横断面出图工具生成，这样得到的图纸不仅精度高，还可避免信息丢失，且提高了效率。
3.3BIM技术在运行管理中的应用
传统农田水利工程面积大、设施结构较小、数量多且分布相对分散，管理起来比较麻烦。随着计算机技术的快速发展，可将BIM技术与计算机相结合对农田水利工程进行管理。本次开发以VS2015作为开发环境编写程序，用ＷＰＦ编写管理平台界面，以SQL Server 2014作为后台数据库管理系统，共同建立农田水利工程管理平台。将建立的BIM模型导入该平台，可对水位、流量及闸门开度进行监测，将整个农田水利工程反馈于三维模型中。且可建立基于移动终端的农田水利管理平台，管理人员可直接通过手机进行管理，在移动端口可实时查阅模型与资料，并能将现场拍摄的照片进行实时上传，与服务器终端及时进行交流。
结语
通过相关BIM软件对模型的分析，在设计阶段发现部分渠道设计有缺陷，且出现了部分碰撞，并加以改正；在施工阶段通过快速出图、算量和施工模拟大幅提高了施工效率，与实际工程对比，在误差范围内；并提供了在Microstation基础上开发后期运行管理平台的思路，该平台以BIM模型为基础，结合计算机技术，能够实现农田水利工程的信息化管理。
参考文献:
［1］刘红坤，薛挺松，陆晨，等．农田水利信息管理技术及应用［J］．中国农村水利水电，2017．
［2］李俊．基于BIM技术的施工应用研究［J］．工程建设与设计，2016(S1):68-71，74．
［3］王婷，池文婷．BIM技术在4D施工进度模拟的应用探讨［J］．图学学报，2015，36(2):306-311．
论文作者:沈燕
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：模型论文; 横断面论文; 地形论文; 涵管论文; 建模论文; 渠道论文; 技术论文; 《防护工程》2019年第3期论文;