【科技兴司】数字赋能，精准设计！中水珠江为水利工程插上“智慧翅膀”

近年来，国家大力推动数字经济建设，推动行业、企业数字化变革转型和发展，国家“十四五”规划明确提出“发展数字经济，推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群”，水利行业提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”的明确要求。数字技术、信息技术与传统产业的融合已成为大势所趋，BIM技术、数字仿真作为水利勘察设计行业数字化发展的重要手段和有效方法，深刻影响着水利工程设计。

公司紧跟数字时代潮流，紧跟政策发展方向，积极推动三维协同设计、工程仿真、智慧水利相关研究应用工作，依托BIM技术、数字仿真，融合自身技术人才积淀优势，让传统水利设计插上“智慧翅膀”，在环北部湾广东水资源配置工程、海南迈湾水利枢纽工程、澳门内港挡潮闸工程等一批国家重大水利项目不断应用、实践和总结，“智造”数字化工程，支撑精准设计，助推公司数字化转型和高质量发展行稳致远，为珠江委构建智慧水利和数字流域作出了重要技术支撑。

一、开发BIM参数化模型，助力工程前期方案快速精准决策

工程在前期方案比选中，公司项目团队通过建立各水工建筑物的BIM模型，结合地形模型形成完整的项目总体沙盘，使决策人员直观了解建筑物之间、建筑物与周围地形条件之间的制约关系。基于参数的BIM模型可在空间位置任意移动，实现一处更改、处处更改，使方案选择拥有实时调整的沙盘，实现快速精准决策。

1.环北部湾广东水资源配置工程

环北部湾广东水资源配置工程是广东省投资最大、输水线路最长、受水区域最广的国家重大水利工程，目前该工程已进入实施阶段。在工程前期方案论证中，公司项目团队针对西江地心取水泵站的地面泵站和地下泵站型式，分别建立BIM数字模型，结合建筑物开挖量提取、工程量计算等，进行方案快速比选论证和模型展示。

地心泵站地面泵站方案三维数字模型

地心泵站地面泵站方案效果模型

地心泵站地下泵站方案三维数字模型

2.海南迈湾水利枢纽工程

海南迈湾水利枢纽工程由公司负责全过程勘察设计。该工程是国务院172项节水供水重大水利工程，也是海南水网建设规划的重要基础设施项目。公司项目团队在工程坝址、坝线选择过程中构建了BIM地形和地质模型，并与工程结构模型相结合，直观反映各方案的结构特点、开挖方案及工程数量的优劣等，让决策者快速选择最优方案。

坝线、坝型方案比选

各坝线重力坝方案开口线位置比选

精准工程量汇总比较

3.澳门内港挡潮闸工程

澳门内港挡潮闸工程属粤澳两地跨界项目，是公司负责勘察设计首个在大江大河出海口处的水闸，在国内水利工程中尚无先例，备受关注。在闸门型式选型中，公司项目团队中水工专业与金结专业紧密配合，采用参数设计快速完成适应Bentley平台组装的整体模型建立，通过三维模型的即视感和精准的工程量提取，快速选定门型方案。

垂直旋转下卧门方案

二、推进三维协同设计、创新“二维+三维”施工图出图模式

为克服传统施工图二维设计在图纸校审和交付实施中读图、审图难、易错漏的问题，公司项目团队探索创新采用“二维+三维”施工图出图模式。在结构布置和钢筋图设计中，采用三维图直观展示设计意图的方式，避免二维设计中读图困难的问题，同时利用模型快速精准地切纵、横剖面，减少画图的绘制错误并精确提取工程量，丰富了成果表达型式，提升了设计产品质量，提高了设计和校审效率。经工程实践，采用“二维+三维”施工图出图模式，在图纸交付和实施过程中获得了良好的效果，得到多方好评。

1.海南迈湾水利枢纽工程

迈湾水利枢纽工程主坝为碾压混凝土重力坝，两岸坝肩边坡均为超高开挖边坡，其中全强风化边坡段达125米（目前国内水利工程最高）。工程在边坡开挖支护和大坝结构施工图设计当中采用了“二维+三维”施工图出图模式，清晰、精准、有效地表达了设计意图，现场实施情况与设计意图高度一致。

工程三维总布置图

大坝结构三维布置图

大坝三维开挖施工图

大坝“二维+三维”结构施工图

大坝廊道三维布置图

大坝进水口三维钢筋施工图

大坝三维数字模型与现场实际实施对比图

2.贵州五嘎冲水库工程

贵州五嘎冲水库是公司负责的西南地区供水水源工程之一。大坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝高108米，枢纽区地形高陡、施工场地狭窄，特别是右坝肩岩体节理裂隙发育、左右岸地质缺陷、大坝下游危岩体处理、上坝公路塌方等困难，为大坝设计、施工安全带来了很大的困扰。公司采用“二维+三维”施工图出图模式，使施工图更为精确、直观，为工程高效、精准的实施奠定了基础。

大坝三维结构布置图

大坝“二维+三维”开挖图

引水发电系统“二维+三维”布置图

坝肩加固三维布置图

大坝防渗灌浆“二维+三维”布置图

3.江西界牌枢纽船闸改建工程

在江西界牌枢纽船闸改建工程中，公司采用三维协同正向设计，完成了测绘、地质、港航、厂房、电气、水机、金属结构及建筑结构等三维模型并进行模型总装。同时进行厂房内管路、土建多专业的错漏碰检测，实现了基于BIM的三维精细化协同设计，提高了设计质量和效率。

枢纽三维总布置图

船闸三维结构

厂房三维结构施工图

厂房三维配筋图

三、强化“BIM+工程仿真”，实现高质量精准设计

工程仿真技术是集数值计算技术、计算机图形技术、数据库技术及工程分析与仿真技术于一体的综合性技术。利用BIM构建的数字信息，结合仿真计算，可以对关键的工程问题或方案进行高质量精准设计，提出相应的措施和方案，并提出工程关键预警参数，奠定“数字孪生”的基础。

1.海南迈湾水利枢纽工程

在迈湾水利枢纽工程设计过程中，公司项目团队相继开展了超大推力预应力闸墩、超大弧门流激振动和混合坝比选方案等数值仿真专题研究，为设计方案选择、结构设计作出了重要支撑。

①大推力预应力闸墩

弧形闸门尺寸大，挡水高度大，闸门总推力达到5600吨，推力在国内排名前列。公司项目团队基于BIM模型对锚块、闸墩、锚固系统和预应力参数等展开研究。

②超大型弧形闸门BIM设计及数值仿真研究

工程溢流坝工作闸门为孔口高度近25米超大型闸门，规模位居国内前列，闸门采用三支臂斜支臂弧形闸门，根据工程运行调度要求，闸门需局部开启调流。弧形闸门作为空间异形结构，结构计算复杂，传统平面假定计算难以准确反映内部受力状况，特别是局部开启运行工况下的动力响应。公司项目团队建立了闸门精确三维BIM模型，在流激振动模型试验之外，对弧形闸门进行数值仿真分析，模型试验与数字仿真相互印证，以确保工程安全。

2.广西百色水利枢纽通航设施工程

广西百色水利枢纽通航设施工程采用船闸及升船机组合方案，其中升船机是目前国内最大的全平衡卷扬式垂直升船机，通航渡槽规模及槽墩高度均处于国内前列，船闸工作闸门属国内罕见的窄高型超大型人字门。公司项目团队对升船机塔柱、通航渡槽、船闸人字闸门等进行了数值仿真研究。

①通航渡槽静动力数值仿真研究

渡槽位于高陡边坡上，槽墩高度差异大，中墩与边墩、塔柱的横向水平刚度差异大；高耸的通航渡槽，头重脚轻，抗震稳定性差。公司项目团队运用三维流固耦合、热力耦合数值仿真方法，对通航渡槽进行静力分析、动力特性分析、地震动响应分析和主要结构的强度分析。

②超大型闸门BIM设计及数值仿真研究

工程人字闸门门叶高宽比较大，需采用3层背拉杆布置，背拉杆之间相互影响，闸门应力变形极为复杂。辅助船闸工作门孔口宽度达34米，属于超大型闸门，需动水启闭，双向挡水公司项目团队运用三维数值仿真方法分析和优化人字闸门背拉杆预应力、应力和变形，并提出优化和建议。

3.澳门内港挡潮闸工程

澳门挡潮闸工程效果图

下卧式工作闸门BIM三维模型

澳门内港挡潮闸工程属粤澳两地跨界项目，在国内水利工程中尚无先例，备受人们关注。工程通航孔采用弧形旋转下卧式工作闸门，齿轮齿盘驱动，可360°任意转动，闸门宽62米，已知世界上同类型闸门宽度第一的超大跨度巨型工作闸门，闸门长期处于海水中运行，结构新颖且复杂。公司项目团队建立了闸门精确三维BIM模型，在流激振动模型试验之外，对闸门进行数值仿真分析，分析了自重、启闭力、水压力和浮力之间关系和闸门工作特性，优化了闸门结构。

数值仿真模型

闸门运行中的变形分析

4.贵州朱昌河水库大直径圆筒型供水泵站

工程圆筒泵房最大外径49米，内径42米，筒体厚度1.5至3.5米，筒高52.6米，圆筒直径位于国内前列，属于大直径空间壳体结构。供水工程的取水头部为圆筒形泵房，布置在水库内，共有6台离心泵。公司项目团队运用数值仿真对泵房进行温度分析、应力分析和主要结构强度分析，结果表明圆形泵房符合对称结构应力分布规律，具有结构受力条件好，能较好发挥混凝土材料抗压性能的优点，为工程实施提供了支撑和依据。

泵站BIM三维模型

数值仿真模型

泵房温度场分析

泵房变形分析

在全球数字化革命浪潮奔涌向前、智慧水利蓬勃发展的大背景下，按照水利高质量发展的要求，公司将继续紧扣时代发展脉搏，厚植科技人才沃土，与时俱进，致力于提升数字化产品质量及服务水平，全面提升设计能力，提质增效，推动公司数字化转型和高质量发展。

水利水电设计院、党群工作处、科技质量处报道

2022年9月7日