BIM協(xié)同設計助力項目管理

李宗道

金沙江觀音巖水電站是中國已建最高混合壩水電站，是HydroBIM三維設計平臺的典型應用代表，也是國內第一個采用全專業(yè)三維圖紙施工和三維交互技術的水電站。這個項目由中國大唐集團公司投資建設、中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司（下稱“昆明院”）負責勘測設計。昆明院提供先進的施工交互技術，顛覆了傳統(tǒng)的施工模式。觀音巖水電站HydroBIM平臺采用全流程三維設計式服務，各專業(yè)所建立的三維模型與CAE分析軟件相結合，直接進行CAD/CAE集成式應用，通過涵蓋全專業(yè)的三維設計平臺開展協(xié)同設計及三維出圖，同時借助云數(shù)據服務技術完成設計數(shù)據的管理與發(fā)布，最終通過數(shù)字化成果移交與虛擬仿真施工交互進行施工指導。

打破傳統(tǒng)模式的HydroBIM設計平臺

水電工程是我國國民經濟中的基礎性設施，具有規(guī)模大、投資大、開發(fā)周期長、布置復雜、參與方眾多及對社會、生態(tài)環(huán)境影響大等特點，是由主體維、空間維和時間維構成的復雜的系統(tǒng)工程，需要全面控制安全、質量、進度、投資和生態(tài)環(huán)境。

傳統(tǒng)的工程建設管理模式存在著參建方協(xié)同性差、信息丟失、不連續(xù)、模型重用率低、整體性不強等問題，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為實現(xiàn)設計、施工一體化的綜合工作平臺，為解決這些問題提供可行性方案。昆明院針對工程項目全生命周期中的業(yè)務特點和發(fā)展需求，充分總結多項工程實踐，凝練出了HydroBIM技術體系，并逐步完善成為一套水利水電工程及大土木工程規(guī)劃設計、工程建設、運行管理一體化、信息化的最佳解決方案——HydroBIM綜合平臺。

HydroBIM綜合平臺是以工程安全和質量管理為中心，以BIM+GIS為核心平臺，以協(xié)同管理為控制平臺的水電工程規(guī)劃設計、工程建設、運行管理一體化綜合平臺。平臺借助了物聯(lián)網技術、3S技術、BIM技術、三維CAD/ CAE集成技術、云計算與存儲技術、工程軟件應用技術等技術，以解決傳統(tǒng)的工程建設管理模式存在的問題，提升企業(yè)的價值創(chuàng)造能力和發(fā)展質量效益。

HydroBIM的核心理念是： 一個平臺，即HydroBIM綜合平臺；兩種手段，即常規(guī)分析、云計算；三個階段，即規(guī)劃設計階段、工程建設階段、運行管理階段；四大工程，即樞紐工程、機電工程、水庫工程、生態(tài)工程；五位一體，即設計質量、工程質量、建設管理、工程安全、綜合效益；六方和諧，即政府機構、發(fā)包人單位、設計單位、監(jiān)理單位、施工單位、制造單位（見圖1）。

基于HydroBIM的管理模式是創(chuàng)建信息、管理信息、共享信息的數(shù)字化方式，它具有很多優(yōu)勢，具體如下：

（1）通過建立HydroBIM模型，能夠在設計中最大限度地滿足業(yè)主對設計成果的細節(jié)要求。業(yè)主可以在線以任何一個角度觀看設計產品的構造，從而使精細化設計成為可能。

（2）工程基礎數(shù)據如量、價等數(shù)據可以實現(xiàn)準確、透明及共享，能完全實現(xiàn)短周期、全過程對資金風險以及盈利目標的控制，能夠對投標書、進度審核預算書、結算書進行統(tǒng)一管理，并形成數(shù)據對比。

（3）HydroBIM數(shù)據模型能夠保證各項目的數(shù)據動態(tài)調整，方便追溯各個項目的現(xiàn)金流和現(xiàn)金狀況。對施工合同、支付憑證、施工變更等工程附件進行統(tǒng)一管理，并對成本測算、招投標、簽證管理、支付等全過程造價進行管理。

（4）根據各項目的形象進度進行篩選匯總，HydroBIM平臺能夠為領導層更充分地調配資源、進行決策提供有利條件。

（5）基于HydroBIM的4D虛擬建造技術能夠提前發(fā)現(xiàn)在施工階段可能出現(xiàn)的問題，在短時間內優(yōu)化進度計劃和實施方案，指導實際項目施工。

解碼觀音巖水電站的設計項目管理

項目管理是要在規(guī)定的范圍、時間、成本和質量之下完成項目可交付成果。觀音巖水電站的設計項目作為昆明院應用HydroBIM平臺設計的典型工程，在設計項目管理中發(fā)揮了出色的作用。

基于協(xié)同平臺開展設計

在二維CAD時代，協(xié)同設計缺少一個統(tǒng)一的技術平臺，項目協(xié)同設計通常通過電話或者紙質文件進行，效率低下且難以避免錯、漏、碰、撞問題。為解決多專業(yè)協(xié)同設計問題，觀音巖水電站設計工作中引入Bentley公司的數(shù)據庫管理軟件ProjectWise作為三維協(xié)同設計基礎平臺，并通過二次開發(fā)將其嵌入Autodesk列三維設計軟件和Office等常用辦公軟件中，同時結合自主研發(fā)的文檔協(xié)同系統(tǒng)作為文檔編輯的協(xié)同平臺，實現(xiàn)多項目組成員對同一個文檔的異步管理和協(xié)同編輯。

三維設計中各專業(yè)項目成員均基于協(xié)同平臺開展設計，可隨時獲取所需的項目信息，了解其他設計人員正在進行的工作和其他專業(yè)設計的最新變化，各專業(yè)可以基于系統(tǒng)平臺及時有效溝通，溝通成本大量降低。工作流程從串行到并行的轉變，大大節(jié)約了不同專業(yè)工序之間的等待時間，使得設計周期大幅度縮短，工時的縮短直接節(jié)約成本。

觀音巖水電站采用Revit軟件出施工詳圖。水電站廠房參與設計的全部專業(yè)均從三維設計平臺直接出施工圖，所提供施工圖紙均為三維圖紙。施工圖紙均從三維模型直接剖切生成，其平立剖及尺寸標注自動關聯(lián)變更，有效解決錯漏碰問題，減少圖紙校審工作量，與二維CAD相比，三維出圖效率提升50%以上。

通過應用HydroBIM協(xié)同設計平臺，觀音巖水電站在設計過程中節(jié)約了大量時間和成本，大幅提高了工作效率。

基于可視化模型建立數(shù)字化移交平臺

設計項目的特點決定了設計企業(yè)提供的產品是以圖紙等為載體的中間產品，對于客戶需要的最終產品還有一段距離?？蛻魧τ谠O計產品的要求也不是非常明確的，范圍難以明確是在設計項目普遍遇到的問題?；贖ydroBIM平臺的可視化模型為項目范圍管理提供良好的解決手段，所見即所得的特性讓項目參與方可以同時看到同一個模型，增強了項目協(xié)同性之外，還營造了一個良好的溝通環(huán)境，業(yè)主、施工方、設計方可以面對同一個模型進行溝通，提高了溝通效率。

傳統(tǒng)的設計成果交付模式文件多，設計變更流程煩瑣，信息傳遞的滯后性等問題嚴重影響了施工進度和質量。為解決這些問題，觀音巖水電站項目建立了基于云的數(shù)字化移交平臺。該平臺是一個動態(tài)更新的系統(tǒng)。設計人員根據最新設計成果及現(xiàn)場更改通知，及時對云賬戶內的模型、圖紙及相關文件進行更新維護，用戶可直接通過iPad客戶端通過網絡從云服務器上實時得到最新的設計成果，及時更新現(xiàn)場工程信息。

工程開發(fā)建設的最終質量取決于設計質量和施工質量。觀音巖水電站項目三維BIM模型中的設計對象的幾何形狀及屬性，包括通過模擬仿真分析后的運行狀態(tài)均十分逼近物理原型。在工程三維BIM模型中完成模擬仿真分析，錯、漏、碰、撞檢查，設計產品可以做到零差錯，可在很大程度上消除施工返工。同時，相對于建立動輒數(shù)百萬元的物理模型，應用BIM模型模擬仿真分析，既能節(jié)約大量成本，又能做到一般性差錯幾乎為零的高質量效果。

HydroBIM應用實現(xiàn)互惠互利

項目相關方的滿意是衡量項目管理是否成功的一個重要因素。對于觀音巖項目工程建設各方來說，HydroBIM的應用模式及其應用平臺均發(fā)揮了積極的作用。

設計方通過應用該系統(tǒng)可以準確、及時、有效地表達設計意圖，便利了各專業(yè)之間的協(xié)作，縮短了設計周期，提高了設計質量，為業(yè)主及施工、監(jiān)理方提供優(yōu)質的設計成果。

施工、監(jiān)理人員通過HydroBIM技術可以從移動終端查看三維模型，進而明確設備、管路等布置情況，并能查閱設計修改通知、各個設備部件的參數(shù)屬性等，極大減少錯、漏、碰、撞，減少返工和浪費，從而達到節(jié)省投資、保證工期和達到優(yōu)質工程的目的。

業(yè)主方可對施工主要環(huán)節(jié)進行有效控制，及時了解工程建設面貌，提升施工管理水平。據統(tǒng)計，觀音巖水電站廠房與可行性研究階段相比，節(jié)省混凝土量約6.5萬立方米，節(jié)省鋼筋量約4100噸，計入機電設備優(yōu)化投資，共計節(jié)省投資約1.29億元，經濟效益明顯。

HydroBIM研發(fā)與應用歷經十年，已廣泛應用于昆明院在研項目、項目跟蹤和投標工作，大大提高了工作效率，保證了產品質量，提升了服務水平。HydroBIM涵蓋昆明院15個專業(yè)、58個子專業(yè)，形成能為客戶創(chuàng)造價值的強大合力，是昆明院核心技術品牌。同時，HydroBIM可有效縮短行業(yè)間的差距，是昆明院轉型升級的利器。

根據觀音巖水電站的成功應用經驗，HydroBIM的應用模式可以推廣至其他水電工程建設項目使用。同時，通過進一步的研究開發(fā)，該系統(tǒng)還可應用于水電站運行維護階段，實現(xiàn)水電工程的全生命周期管理，打造現(xiàn)代化的數(shù)字水電廠。

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中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司成立于1957年，是大型中央駐滇企業(yè)，是世界500強中國電力建設集團有限公司的A級成員企業(yè)。主營業(yè)務涵蓋水利水電、風電、太陽能發(fā)電等可再生清潔能源以及水環(huán)境城市景觀打造、市政交通基礎設施等工程領域的勘察、設計、科研、咨詢、監(jiān)理和總承包等業(yè)務，具有國家授予的工程設計綜合甲級資質及多個專項甲級資質。作為國家火炬計劃重點高新技術企業(yè)，擁有2個國家級研發(fā)平臺，在全球17個國家或地區(qū)設有駐外機構。連續(xù)11年入選“中國工程設計企業(yè)60強”。

昆明院是國內水利水電行業(yè)較早開展三維數(shù)字化技術應用的單位，2006年開始三維設計探索，2008年全面啟動三維設計工作。在全國工程設計大師、院副總經理兼總工程師張宗亮（教授級高級工程師）的領導下，秉承“面向工程，全員參與”的三維發(fā)展理念，昆明院堅持正向三維設計，立足水電設計實現(xiàn)全三維施工圖交付，并將技術經驗向多行業(yè)拓展應用。來自21個3S及三維設計項目部的100多位BIM工程師，共同打造了HydroBIM三維設計平臺。2008年以來，HydroBIM技術已廣泛應用于50多座水電站的勘測設計，工程建設總投資額超過3484.2億元。