数字孪生技术成就智慧水利新标杆降低洪灾风险

Bentley 的 OpenRoads Designer 和 OpenBuildings 将设计错误减少 90%，设计效率提高 40%。

 

重大水利项目

中国的缺水问题和严重洪灾风险随着时间的推移而不断加剧，由此促使政府投资兴建水库和水坝等水利工程以解决这些问题。东台子水库位于内蒙古赤峰市林西县境内，是中国“十三五 ”计划中 172 项重大水利工程建设项目之一，也是内蒙古的 12 项重点民生工程之一。由于赤峰地区面临严重洪灾风险，这一大型基础设施也是该地级市的一项重大水利工程。

 

东台子水库位于西拉木伦河的中上游，作为是西拉木伦河流域的重要组成部分，水库的建成将提高该河下游的防洪标准。同时该水库还将为林西工业园区的建设和运营提供水源。并向河流下游周边地区提供重要的农业灌溉用水和饮用水，推动了当地经济的可持续发展。

 

辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司负责水库的设计交付任务。基于百年一遇的洪水预警，拟建的水利基础设施是一座沥青混凝土堆石坝。大坝的最高点达到 43.5 米，总储水量将达到 3.21 亿立方米。

极具挑战性的地形和基础设施

东台子水库周边地势广阔，地形非常复杂，设计团队要全面了解支撑未来大坝和地面结构面的岩体，因此需要进行精准的地质勘察。

 

本项目除了勘测需求外，基础设施设计也是多样的。

在复杂的地形中设计大坝不能采用传统方法，混凝土坝段的复杂结构不仅需要设计水电工程和金属结构，还需要设计生态鱼道，以便洄游的鱼类能够通过大坝。鱼道的多维扭转需要大量的开挖过程，而传统的二维设计却无法准确表达这些过程，辽宁省水利水电勘测设计研究院需要专业建模软件的可视化功能来消除基于空间想象的人为错误。

 

拥抱数字化设计软件

水库设计需要多个工程专业之间的通力协作、精确的开挖图纸、直观的地质建模以及高精度的大坝设计。传统的设计方法无法实现这些效果，辽宁省水利水电勘测设计研究院采用了 Bentley 的BIM软件及协同设计管理平台PW来完成本项目。

“从项目的可行性研究阶段开始，公司就实施了 BIM 技术的正向设计，解决了三维地质、三维开挖、大坝设计等方面的大量难题。”辽宁省水利水电勘测设计研究院数字与智慧工程研发中心主任王一鑫表示。

 

 

Bentley 应用程序攻克难题

设计团队首先使用 OpenRoads，根据大量钻探和勘探数据，对大坝位置进行精确的三维地质勘测。该应用程序的空间分析功能可对大坝基础岩体类型、结构平面和区域板块边界进行校核。

 

为了设计复杂的生态鱼道，解决开挖难题，他们使用 OpenRoads Designer 创建了高精度的三维地质模型，成为大坝设计的基础。利用该模型生成地质剖面扩展图，在任何剖切方位，都可以完成开挖平面图。三维模型的可视化，消除了设计冲突，计算了开挖量，并连接了开挖景观与水库的设计模型。利用 BIM 软件，设计团队准确定位了鱼道复杂空间曲线与地形的相交边界。

 

辽宁省水利水电勘测设计研究院还利用 OpenRoads 的线性工程设计功能来设计堆石坝段，创建参数化模板，为横截面指定精准的控制条件，应用地形边界条件，生成三维模型。这一功能使项目团队能够查看大坝的任何横截面，自动计算出准确的工程量，创建出高质量的设计方案。

 

混凝土大坝及其机电系统的设计非常复杂，包括了水电、水机、金结等多个专业，所以必须多个工程专业同时展开三维建模设计。使用互连数据环境的各个 Bentley 软件创建的三维模型，可以在 OpenBuildings 中检测碰撞，准确地识别各种错漏碰缺。

 

“通过三维数字化建模，让复杂的机电系统变得更加直观和动态，”王一鑫表示。“自动碰撞检测系统在表单中列出了机电设备的碰撞位置，有效杜绝了错漏碰缺的发生，提高了设计质量。”

 

OpenBuildings内置多种预制梁、板、柱、门和窗，提升了混凝土大坝许多奇特形状结构的模块化设计，这一优势使设计团队能够比较各种设计方案，从而节省了时间。此外，OpenBuildings 可完成各种土建形体和异型体块的工程量统计，消除了传统工程计算中的人为错误。

 

 

树立数字孪生技术新标杆

辽宁省水利水电勘测设计研究院利用 BIM 软件实现了技术创新，将三维模型的轴侧视图与二维图纸相结合，为施工团队提供了更全面和直观的显示效果。使用 Bentley程序，设计团队将设计效率提高40%，比预期时间提前两周交付工程设计。BIM程序将设计错误减少 90%，最大限度地降低了施工过程中的设计变更，加快了与客户数字化交接的施工进度。在设计阶段准确计算出项目成本，辽宁省水利水电勘测设计研究院从而节省了项目的总体投资。利用 BIM 技术提供了数字孪生模型，实现了大坝的施工、运营和维护全生命周期过程的数据信息管理。

 

竣工后，东台子水库能够减少洪灾风险，并为流域内急用水的地区提供水资源。此外，生态鱼道的精确设计将恢复鱼类洄游，消除水库的带来的整体环境影响。凭借这一创新性设计，在水利工程应用 BIM 软件方面，辽宁省水利水电勘测设计研究院处于全省领先地位。该项目做为基础设施领域的BIM 软件应用基础，他们已经为公司实施了企业三维协同设计标准，并对相关人员进行了专业培训。

 

“Bentley 软件解决了东台子水库工程设计中的问题，为设计人员提供了强有力的支持，提高了我院的设计效率，减少了设计误差，并使设计成果的数字化传递成为可能。”

                            ——辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司数字与智慧工程研发中心主任王一鑫。