為了改善農田水利工程質量，采用BIM(BuildingInformationModeling)構建農田水利模型，采用Powercivil軟件和CATIA軟件相結合的方式構建農田灌溉水利工程模型。以實際工程為研究背景，利用BIM軟件對農田水利工程的水力曲線進行確定，分析渠道的合理性并作出相應的調整，對水利工程進行精準檢測缺陷、快速出圖、計算造價、指導施工，實現農田水利工程施工的數值化、可視化，為農田水利工程設計、施工、運營提供有效指導。

　　［關鍵詞］農田水利工程;BIM模型;可視化;施工模擬

　　0引言

　　隨著社會經濟水平的不斷發展，農業也逐漸向著科技化、數值化發展，農田水利工程是農業基礎設施發展中較為重要的組成部分。張林渠［1］通過分析信息化技術在農田水利工程中的應用，得出信息技術可以有效提高工程質量;劉剛燕［2］分析信息技術在農田水利工程中應用存在的問題，并提出相應的解決建議;陳金水［3］從管理運營的角度分析信息化技術在農田灌溉工程中的應用及為提高農作物產量、降低成本等方面的作用;張書生［4］通過構建BIM模型，并將其應用于農田水利過程中，與傳統設計方法對比，總結出BIM應用于農田水利工程中具有很好的作用效果;李芬［5］運用Powercivil軟件構造了農田水利工程模型，從設計、施工、運營3個角度和傳統方法對比，總結出兩種方法的優劣。綜上，本文將利用BIM構建農田水利模型，并結合實際工程分析模型的應用效果。

　　1BIM軟件的選擇

　　BIM(BuildingInformationModeling)技術可以運用于工程的設計、施工、運營管理3個工程階段，保證工程信息的有效應用。在工程設計階段，依據工程的協同化和設計參數，構建BIM三維模型，可以對設計的建筑模型進行優化，并且查找建筑模型中兩個結構的碰撞點與設計中的構造錯誤，這一點與傳統的平面圖相比具有較大的優勢。在工程施工階段，BIM構建的模型可以加快出圖效率，快速準確地計算工程量與工程造價，以及通過構建施工模擬動畫模型模擬施工過程，實現施工設計的可視化。在運營管理階段，通過將構建的BIM模型與相關的管理運營軟件結合使用，有效提高工程的管理效率和降低工程的運營成本。構建一個準確有效的BIM農田水利模型是實現農田水利工程設計、施工、運營管理的基礎，根據農田水利工程面積大、構造物多等特點，需要選擇合適的程序來提高模型的精準度。依據農田水利工程的工程特點，選用Power-civil軟件和CATIA軟件進行開發。Powercivil軟件較為廣泛地應用于道路工程、橋梁工程、隧道工程等較大的模型體系，但Powercivil軟件精度較低，因而可以應用于水利工程模型中非建筑物類對模型精度要求不高且較大的地形地貌、道路等構造物中。CATIA軟件具有模型精度高、參數化方便、優化能力強等優點，剛好可以彌補Powercivil軟件建模中的不足，可以應用于該水利工程中模型精度要求高、工程結構復雜的建筑物建模過程。通過分析農田水利工程的工程特點，擬采用Powercivil軟件和CATIA軟件相結合的模型，通過Powercivil軟件構建精度要求低、面積大的地形地貌、道路等構造物，而精度高、模型復雜的建筑物采用CATIA軟件進行構建。

　　2構建BIM模型

　　2.1建筑物建模

　　采用CATIA軟件對模型參數化，建立建筑物的參數化模板庫，對于建筑物模型的構建起到關鍵作用，模型的特征參數確定是構建建筑物模型的基礎。模型特征參數的確定步驟如下:1)確定農田周圍建筑物種類及數量，并按照建筑物類型進行劃分，將各種類型的建筑物分別記錄。2)通過比較同一類建筑物的特征，分析各建筑物之間的差異化特征，并將特征數作為建筑物的特征參數。對不同建筑物的特征參數進行統計，見表1。參數確定后，需要對建筑物模型進行尺寸約束，這是建筑物建模過程中較為重要的步驟。對于建筑物的尺寸約束要確定合適的數值，否則容易造成建筑物模型尺寸報出錯誤或模型效果不理想。建模過程中需要將建筑物分解成不同的構件，對建筑物中的構件依次建立模型，這是建筑物建模過程中較為關鍵的步驟。建筑物的建模次序也影響構建模型的效果，以圓管涵為例，分析建模的次序。1)通過CATIA軟件草圖模式設計出圓管涵的截面尺寸并進行約束，同時確定圓管涵的尺寸;進而在三維模式對管涵進行劃分，使用凸臺命令構建4個分段圓管涵。2)通過CATIA軟件草圖模式設計出圓管涵的縱切面截面尺寸并進行約束，同時確定擋墻的尺寸;進而在三維模式對擋墻位置進行布置，使用布爾操作建立擋墻模型，將擋墻分布在構建的管涵兩側。3)在管涵底部布置基座的約束。4)在基座底部依次添加保溫材料、水泥混凝土、砂漿等材料約束。5)將保溫材料的約束延伸至兩側擋墻的后背。6)在擋墻前端添加襯砌材料、支護結構的約束。對于不同的圓管涵，需要依次修改模型中圓管涵的涵洞長度、圓管涵直徑、擋墻高寬比等參數，即可得到不同尺寸的圓管涵模型。其它類型的建筑物建模步驟與圓管涵類似，依次構建不同建筑物的模型即可得到建筑物的模板庫。

　　2.2地形建模

　　地形的合理設置是水利工程構造物模型建立的基礎，地形作為水利工程的載體，其參數的合理性直接關系到水利工程設計、施工算量、工程造價等工作的準確性。利用Powercivil軟件將地形中的等高線、高程點相結合，可以有效提高建模的精度和準確度。對等高線和高程點的處理步驟如下:1)對現場的等高線和高程點進行復核測量，對于起伏較大的地形進行多次復核，保證測量的準確性。2)對測量的高程點進行理論核算，對有問題的高程點進行復測調整，對于構造物布置區域的數據值核算要足夠精確。3)剔除過高或過低的數據點，盡量減少凹凸的尖點。將調整好的地形分布數值信息導入Power-civil軟件中，通過導入的參數構建地形模型圖，對生成的地形模型圖進行調整，使其更符合工程實際。

　　2.3渠道及道路建模

　　渠道的建模主要應用Powercivil軟件建立橫斷面模板，沿著橫斷面模板向水流方向進行放樣，因而建模的主要步驟為建立橫斷面模板和繪制水流方向渠道基準線。為提高建模效率，渠道建模的主要步驟為:1)以一個渠道作為建模模板，采用一個渠道的一半作為建模對象，另一半采用鏡像法生成，其余的渠道模型通過修改渠道的特征參數進行調整得到新的模板。2)運用軟件中的參考功能，參考原始地形地貌，通過調整角度、方位將渠道布置在地形中，使渠道與原始地形吻合。3)渠道設置為直線、緩和曲線、曲線的布置形式，避免渠道出現直角轉彎。4)利用軟件的廊道工具，對繪制的渠道利用其樁號進行修正，最終得到渠道的最終模型。農田田間道路和干線道路模型的建立與渠道模型建立的方法相同。

　　2.4模型整合

　　對于上面構建的構筑物模型文件，因為使用不同軟件得到不同的模型文件，因而需要對不同文件進行轉化，將Powercivil軟件和CATIA軟件的文件轉化為sat文件。將CATIA軟件的建筑物文件轉化為sat格式導入Powercivil軟件中，通過移動建筑物的方位布局、角度，使得與Powercivil軟件中的模型相吻合，進而得到BIM的完整模型。

　　3工程應用

　　3.1工程概況

　　安徽省馬鞍山市某農田工程，使用水源為長江流域水流。該區域由于建設農田示范區，擬擴建農田灌溉水利工程管網，計劃擴建農田水渠長度為30.53km，改建田間道路15.86km、干線道路30.32km。修建建筑物283座，其中管涵161座、水閘20座、渡槽21座、斗門81座。

　　3.2BIM應用

　　3.2.1水面曲線確定。Flowmaster軟件分析農田水利水流特性具有很好的效果，通過對建立的水利工程模型設置水流的相關參數，Flowmaster軟件通過分析水流參數即可擬合出輸水水渠的水面形狀，生成流動水面的相關參數。若設計的渠道無法達到水流的要求，則通過改變水渠的相關參數，直至符合灌溉水流的要求。圖1為通過水流參數模擬得到的支流渠道的水面曲線，可以判斷出該部位水渠設計較為合理。3.2.2模型檢測。BIM模型可以檢測模型之間是否存在空間交叉，判斷各分段模型是否存在碰撞與不協調，并生成檢測報告，檢測報告中的問題可以通過修改原模型，從而避免工程施工中兩個結構互相影響。以某一支渠道與干線渠道碰撞檢測為例，共檢測出3個沖突點，3個點的坐標分別為(1319.46183m，6725.37584m，136.20184m)、(1319.29563m，6726.54557m，135.97452m)、(1320.84434m，6727.91146m，135.79658m)。3.2.3生成施工圖。與傳統CAD設計相比較，BIM模型具有較高的出圖準確性和較快的效率。通過軟件中的剖切命令可以快速得到施工圖，斷面圖也可以通過軟件中的斷面圖工具獲得，從而應用于指導施工。圖2為支渠斷面圖，圖紙布局合理，高效指導施工。3.2.4工程數量計算。建立好模型后，可以通過Powercivil軟件中帶有的工程量計算功能實現工程算量，得到工程的工程量清單;進而套入施工定額，得到工程的概預算。將工程量清單與實際工程進行比較，誤差為2.32%，在工程允許值5%的范圍內，所建立模型與實際工程誤差小，具有較高精度。3.2.5施工過程模擬。通過Powercivil軟件中自帶的施工模擬工具，可以根據制定的施工方案進行施工模擬，使得施工方案可視化，更加有利于施工方案的選取與優化，同時可以向業主和客戶進行展示。

　　4結論

　　通過BIM軟件構建農田水利工程，并根據原始地形資料和灌溉水流進行調整，不斷優化農田水利模型，主要結論如下:1)根據農田水利灌溉工程的特點，采用Powercivil軟件和CATIA軟件相結合的模型，構建了地貌、道路等精度要求低的構造物和精度高的建筑物。2)通過BIM軟件對農田水利工程的水力曲線進行確定，分析渠道的合理性并作出相應的調整。3)利用BIM構建模型，可以提高構建模型的精準度，擁有快速出圖、高效施工等優點。

　　作者:曾強