BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)的應(yīng)用

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【摘要】近年來，bim技術(shù)快速發(fā)展，但在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用相對不足。本文針對水利水電工程特點和BIM技術(shù)的優(yōu)勢，分析當(dāng)前BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)應(yīng)用中存在的問題，提出應(yīng)用的思路和主要方面，并結(jié)合翟寨子水廠工程，探討B(tài)IM技術(shù)在工程設(shè)計方面的價值。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);水利水電;工程建設(shè);應(yīng)用

1BIM在建筑業(yè)的發(fā)展

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用探索的推進(jìn)，計算機(jī)建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用得到快速發(fā)展，無論設(shè)計、施工、管理還是其他相關(guān)部門都對BIM技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生極大興趣。近年來，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用范圍從最初的設(shè)計工作，延伸到各類工程施工管理當(dāng)中。而水利工程因受各種因素的制約，BIM技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用較少，可借鑒的成功案例較少，推廣應(yīng)用緩慢。

2水利水電工程特點

水利水電工程主要建設(shè)在河流上，受地形、地質(zhì)、水文、氣象等自然條件的影響較大。每一個水利水電工程都具有獨特性，其重復(fù)率低，無標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)圖集，施工環(huán)境和施工條件復(fù)雜多變。水利水電工程施工的工程量大，技術(shù)工種多，施工強(qiáng)度高，環(huán)境干擾嚴(yán)重，需要反復(fù)比較論證和優(yōu)化施工方案，保證施工質(zhì)量。水利水電工程施工過程中，石方爆破、隧洞開挖、水上水下和高空作業(yè)多，必須十分重視施工安全。

3BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)中的特殊性應(yīng)用

由于水利水電工程相對于其他類別工程具有特殊性，從而導(dǎo)致BIM技術(shù)的應(yīng)用也具有特殊性。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:a.深化設(shè)計。就是在傳統(tǒng)的二維圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM建模，并找出圖紙中存在的錯、漏、碰、缺等設(shè)計問題。這主要是因為傳統(tǒng)的二維設(shè)計存在先天不足，本來建筑是以三維空間為主體的，但是傳統(tǒng)的設(shè)計交付都是以二維圖形作為設(shè)計成果交付，在二維設(shè)計過程中，很難保證多專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，施工過程中又以二維圖紙為藍(lán)圖進(jìn)行施工，必然存在信息上的不一致。b.碰撞檢測。目前的二維設(shè)計或多或少都存在著專業(yè)間的碰撞問題，尤其是在水廠、泵站、水電站等項目中，各種管路、線路等交錯復(fù)雜，供水管網(wǎng)、供電線路、信息系統(tǒng)等相互要協(xié)調(diào)配合、交錯布置，施工中出現(xiàn)碰撞十分常見。相反，BIM借助直觀的三維模型，能夠檢測出圖紙中的碰撞，減少設(shè)計中的錯漏碰缺，從而提高設(shè)計質(zhì)量，這一直觀的成果使得越來越多的項目都要求通過BIM來做碰撞檢測。在一些水利工程項目中，由于空間布局復(fù)雜、系統(tǒng)繁多，對設(shè)備管線的布置要求高，設(shè)備管線之間或管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間容易發(fā)生碰撞，給施工造成困難，無法滿足設(shè)計要求，經(jīng)常在施工過程中再進(jìn)行二次變更，造成成本增加、施工計劃改變等。BIM技術(shù)可將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、通信等專業(yè)模型整合，再根據(jù)各專業(yè)要求及設(shè)計尺寸要求將綜合模型導(dǎo)入相關(guān)軟件進(jìn)行碰撞檢查，根據(jù)碰撞報告結(jié)果對管線進(jìn)行調(diào)整、避讓，對設(shè)備和管線進(jìn)行綜合布置，從而在工程施工開始前發(fā)現(xiàn)并解決問題。c.多專業(yè)協(xié)調(diào)。各專業(yè)分包之間的組織協(xié)調(diào)是建筑工程施工順利實施的關(guān)鍵，是加快施工進(jìn)度的保障，其重要性毋庸置疑。目前，暖通、給排水、消防、通風(fēng)、強(qiáng)弱電等各專業(yè)由于受施工現(xiàn)場、專業(yè)協(xié)調(diào)、技術(shù)差異等因素的影響，缺乏協(xié)調(diào)配合，不可避免地存在很多局部的、隱性的、難以預(yù)見的問題，容易造成各專業(yè)在建筑某些平面、立面位置上產(chǎn)生交叉、重疊、空間不足等問題，無法按施工圖作業(yè)。通過BIM技術(shù)的可視化、參數(shù)化、智能化特性，進(jìn)行多專業(yè)碰撞檢查、結(jié)構(gòu)尺寸控制檢查和精確預(yù)留預(yù)埋，或利用基于BIM技術(shù)的4D施工管理，對施工過程進(jìn)行預(yù)模擬，根據(jù)問題進(jìn)行各專業(yè)的事先協(xié)調(diào)等措施，減少因技術(shù)錯誤和溝通錯誤帶來的協(xié)調(diào)問題，減少返工量，節(jié)約施工成本。

4BIM在水利水電工程中的應(yīng)用分析

4.1應(yīng)用優(yōu)勢

BIM三維施工模擬技術(shù)，是通過對整個建設(shè)項目信息的采集，并對所采集到的信息進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化處理后建立建筑信息模型并加以利用。建筑信息模型是一種數(shù)字化的設(shè)計、施工和管理方法，該系統(tǒng)不僅支持內(nèi)部集成管理環(huán)境，還可以提高整個施工過程的效率，降低施工過程中的風(fēng)險。在水利工程設(shè)計、施工過程中，結(jié)合BIM技術(shù)優(yōu)勢，利用可視化圖紙，幫助技術(shù)人員更快、更好地解讀工程信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，及時處理存在的問題。利用BIM技術(shù)可進(jìn)行數(shù)字建造，利用先進(jìn)的計算、仿真、可視化、信息管理等技術(shù)，建立虛擬的工程主體及施工結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型，利用模型進(jìn)行直觀的“預(yù)施工”，盡可能地降低施工中的不確定性和不可預(yù)見性，保證施工技術(shù)措施的可行性、安全性和合理性。

4.2應(yīng)用思路

將BIM應(yīng)用于水利工程建設(shè)，可從以下幾方面進(jìn)行推廣:

4.2.1建立模型、深化設(shè)計與施工方案模擬

設(shè)計單位在設(shè)計過程建立項目的BIM模型，在工程施工前，施工方在設(shè)計方提供的BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場查勘，根據(jù)工程區(qū)及周邊地形、環(huán)境、施工條件等內(nèi)容，盡可能地完善BIM模型，進(jìn)一步優(yōu)化工程設(shè)計，以利于指導(dǎo)工程施工。制訂施工方案時采用BIM技術(shù)虛擬施工過程，先試后建可以較大程度地降低返工成本和管理成本，降低風(fēng)險，增強(qiáng)管理者對施工過程的控制能力。

4.2.2加強(qiáng)施工質(zhì)量管理

在水利水電工程建設(shè)中，影響工程質(zhì)量的因素主要有“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等五個方面，而BIM模型作為一個直觀、有效的載體，從整體到局部的質(zhì)量情況都能夠以特定的方式呈現(xiàn)在模型上，據(jù)此可以實現(xiàn)全方位的施工管理。引入BIM項目管理平臺，可以將施工過程中的人員管理信息集成到BIM模型中，并通過模型的信息化集成分配任務(wù)，保證施工秩序和效率;通過BIM項目管理平臺，可以完成機(jī)械在各個施工階段需要進(jìn)行的進(jìn)場驗收、安裝調(diào)試、使用維護(hù)乃至設(shè)備磨損、保養(yǎng)、維修等方面的管理，并可以明確主管領(lǐng)導(dǎo)在施工機(jī)具管理中的具體責(zé)任，規(guī)定各管理層及項目經(jīng)理部在施工機(jī)具管理中的管理職責(zé)及方法，從而實現(xiàn)施工機(jī)械有效合理的使用;基于BIM項目管理平臺的施工材料管理可以實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的物料跟蹤、與工程量統(tǒng)計功能結(jié)合的算量統(tǒng)計和與標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件加工結(jié)合的數(shù)字化加工技術(shù)等功能，以此實現(xiàn)材料管理的全過程信息記錄，并與工程數(shù)字模型結(jié)合，形成一套完整的、可追溯的信息體系;基于BIM的施工工法管理可以將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，模擬施工過程和先后順序，直觀、精確地反映整個項目的施工過程，從而驗證已定施工方案的準(zhǔn)確性。

4.2.3施工進(jìn)度管理

水利水電工程施工進(jìn)度管理具有點多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及資源多等特點，采用BIM進(jìn)行水利水電工程施工進(jìn)度管理，可以通過三維動畫直觀表達(dá)進(jìn)度計劃和施工過程，直觀了解工程項目進(jìn)展情況。形象直觀、動態(tài)模擬施工階段過程和重要環(huán)節(jié)施工工藝，實時跟蹤工程項目的實際進(jìn)度，形成可視化工程進(jìn)度安排，從而實現(xiàn)按指定時間段直觀地顯示工程進(jìn)度計劃，方便管理人員進(jìn)行方案比選和優(yōu)化，同時利于與實際進(jìn)度進(jìn)行對比，及時進(jìn)行進(jìn)度分析和糾偏處理。

4.2.4成本管理

資源及成本管理是BIM比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域。是將進(jìn)度信息和成本信息與三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合，通過該模型，計算、模擬和優(yōu)化對應(yīng)于項目各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等的需用量，從而建立勞動力計劃、材料需求計劃和機(jī)械使用計劃等，在此基礎(chǔ)上形成項目成本計劃，其中材料需求計劃的準(zhǔn)確性、及時性對于實現(xiàn)精細(xì)化成本管理和控制至關(guān)重要，可通過模型自動提取材料需求計劃，并以此為依據(jù)指導(dǎo)采購，避免材料資源堆積和超支。在施工過程中，根據(jù)工程的形象進(jìn)度，利用模型自動計算完成的工程量，及時將勞務(wù)用工量、材料消耗、機(jī)械結(jié)算在施工過程中周期性地對實際支出進(jìn)行統(tǒng)計，將實際成本及時統(tǒng)計和歸集，與預(yù)算成本、合同收入進(jìn)行對比分析，獲得項目超支和盈虧情況，對于超支的成本找出原因，采取針對性的成本控制措施將成本控制在計劃成本內(nèi)，有效實現(xiàn)成本動態(tài)分析控制。BIM成本管理在水利水電工程建設(shè)中，由于受限于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，在該領(lǐng)域中的應(yīng)用難度較大，但隨著BIM技術(shù)的成熟，因其工程量計算簡單、成本控制更易于落實、易實現(xiàn)有效管控等特點勢必會得到更快的發(fā)展。

4.2.5施工安全管理

傳統(tǒng)的安全管理、危險源的判斷和防護(hù)設(shè)施的布置都需要依靠管理人員的經(jīng)驗來進(jìn)行，BIM具有信息完備性和可視化的特點，在施工安全管理方面，可以發(fā)揮其獨特的作用，利用BIM建立三維數(shù)字模型，可以比較直觀地從場容場貌、安全防護(hù)、安全措施、腳手架、機(jī)械設(shè)備等方面建立文明管理方案指導(dǎo)安全文明施工。BIM的可視化空間是隨著工程進(jìn)展動態(tài)變化的，通過模擬工人的施工狀況，可以形象地看到工作面狀況，預(yù)先評估工作空間的可靠性和安全性。利用BIM的可視化和與實際現(xiàn)場相似度高的特點，在安全培訓(xùn)時，用數(shù)字模型給管理人員進(jìn)行仿真模擬，讓工人更直觀和準(zhǔn)確地了解到現(xiàn)場的狀況，從而制定出相應(yīng)的安全工作策略。

4.2.6信息模型數(shù)字化集成交付

水利水電工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使在工程完成交付使用后也要進(jìn)行大量的監(jiān)測和維護(hù)工作。傳統(tǒng)竣工檔案交付的紙質(zhì)檔案浩大繁鎖且離散，運(yùn)行維護(hù)階段查閱困難且易于以偏概全。而采用BIM技術(shù)形成的竣工檔案具有可視化、結(jié)構(gòu)化、智能化、集成化的特點，同時交付實物和數(shù)字工程兩個產(chǎn)品，可為工程運(yùn)行維護(hù)乃至改造報廢提供支持。

4.3應(yīng)用存在的問題

BIM技術(shù)在國際上已相對成熟，但在國內(nèi)發(fā)展卻方興未艾，其主要局限于規(guī)劃、設(shè)計方面，施工方面常見于建筑工程、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝等領(lǐng)域，水利水電工程施工方面除因自身特點因素限制其發(fā)展外，尚存在以下問題影響了BIM的應(yīng)用:目前水利水電工程設(shè)計單位在BIM應(yīng)用上也剛剛起步，上游BIM產(chǎn)品少，施工單位模型需要從底層做起，工作量大。目前主流的BIM軟件主要面對建筑、安裝等工程類型，對水利水電工程適配度不高，在該領(lǐng)域應(yīng)用需要多種軟件協(xié)作。目前BIM的應(yīng)用在操作層面上已基本成熟，但涉及工程管理的綜合功能尚有所欠缺，協(xié)同管理需要開發(fā)項目管理平臺才能全面執(zhí)行BIM管理模式，這就需要項目管理單位在項目全生命周期推動該技術(shù)的應(yīng)用和相應(yīng)管理模式的變革，只有這樣，才能真正發(fā)揮BIM的作用。

5工程實例

民樂縣農(nóng)村飲水安全翟寨子水廠工程:設(shè)計新建凈化車間1座建筑面積1366m2、絮凝池2座、沉淀池2座、D型濾池2座、1000m3清水池2座，安裝信息化管理系統(tǒng)1套、消毒設(shè)施1套，配備8項水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，水廠建成后可解決3.6萬人的飲水安全問題。在工程設(shè)計過程中，使用BIM系統(tǒng)進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、供水、設(shè)備、電器等相關(guān)專業(yè)的設(shè)計，效果較好。實現(xiàn)了可視化、信息化設(shè)計。將傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為三維信息模型，實現(xiàn)“所見即所得”，可直觀看到詳細(xì)的實體模型，把抽象的設(shè)計圖紙變的更直觀。實現(xiàn)了多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。設(shè)計團(tuán)隊全體成員共享一個BIM模型數(shù)據(jù)源，各專業(yè)間形成了共享統(tǒng)一模型的協(xié)同工作機(jī)制，有效地避免了專業(yè)間信息溝通不足的問題，在設(shè)計過程存中在漏洞、錯誤、缺陷等及時修改，實時更新，共同分享。自動生成材料明細(xì)表。待建模和優(yōu)化設(shè)計完成后，利用Revit等軟件的明細(xì)表功能自動生成材料、設(shè)備等各種明細(xì)，簡化計算。輔助生成二維施工圖紙。利用Revit等軟件在完成后的模型上直接生成工程施工所需要的平面圖、剖面圖、設(shè)備管路布置圖等，方便快捷，不易出錯。可實現(xiàn)三維動態(tài)查看?？梢詮牟煌慕嵌?、位置查看所設(shè)計產(chǎn)品，及時發(fā)現(xiàn)不易察覺的設(shè)計缺陷和問題，對事先考慮不周的環(huán)節(jié)將進(jìn)行修改完善。

6結(jié)語

BIM三維建筑信息模型是建筑工程設(shè)計行業(yè)發(fā)展中非常重要的一項技術(shù)。目前，BIM以其信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性等特點被應(yīng)用于工程建設(shè)各領(lǐng)域及全部生命周期，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，水利行業(yè)也逐漸開始采用BIM技術(shù)。BIM的應(yīng)用必然是未來工程建設(shè)與管理發(fā)展的方向，而且會逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)二維技術(shù)，為工程設(shè)計、施工和管理提供必要的指導(dǎo)，提高設(shè)計的合理性、準(zhǔn)確性，降低施工成本，提高工作效率和質(zhì)量。新技術(shù)在推廣和應(yīng)用時都有一個認(rèn)知、推廣、學(xué)習(xí)、應(yīng)用、熟悉、普及的過程。水利水電工程建設(shè)、管理中引進(jìn)BIM技術(shù)存在需要解決和克服的問題，但是也同樣具有其自身的優(yōu)勢，且從工程管理各方面均可突破形成體系，這將對水利水電工程信息化和智能化水平的提升產(chǎn)生巨大的推動作用。

作者：李文春 單位：民樂縣金水水利水電工程勘測設(shè)計院