淺談BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

李恩輝

摘 要：水利工程建設(shè)中引入BIM技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)水利工程仿真信息的數(shù)字化查詢，以及水利工程的樞紐布置、土方量計(jì)算等。本文對(duì)BIM 技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：水利工程；BIM技術(shù)；工程建設(shè)

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是一種集成的全壽命周期管理的建設(shè)信息化方法，在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用比較多，它貫穿在建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工和運(yùn)營(yíng)等各階段，為建設(shè)項(xiàng)目各參與方提供了協(xié)同管理工作和信息交流的平臺(tái)。它的提出與發(fā)展，給工程建設(shè)項(xiàng)目的決策者和參與者在協(xié)同工作、信息共享的應(yīng)用管理方面提出了更高的要求。在水利工程建設(shè)中采用BIM技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)階段的協(xié)同設(shè)計(jì)、施工階段的建造全過(guò)程一體化，以及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)建筑物的智能化維護(hù)和設(shè)施管理，同時(shí)，還消除了從業(yè)主、施工單位到運(yùn)營(yíng)方之間的溝通屏障，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水利工程項(xiàng)目全生命周期管理。

2 關(guān)于BIM 原理及技術(shù)特點(diǎn)

BIM 實(shí)際是一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)，是一個(gè)可以共享目標(biāo)項(xiàng)目信息的資源平臺(tái)，可以為該項(xiàng)目從概念到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)；在項(xiàng)目的不同階段，可以由不同的參與人通過(guò)在BIM系統(tǒng)中插入、提取、更新和共享信息數(shù)據(jù)，以反映其各自業(yè)務(wù)職責(zé)，支持各自決策，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。建筑師通過(guò)基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件（如Revit等）可直接在圖形環(huán)境中向數(shù)據(jù)庫(kù)輸入?yún)?shù)信息， 比如墻體厚度、樓層高度等，而無(wú)需花費(fèi)更多的精力在抽象的二維CAD圖紙上， 便可得到具有一系列特性的對(duì)象（Object）以表達(dá)建筑物基本屬性。

2.1 可視性

近些年來(lái)，建筑行業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，出現(xiàn)了很多形態(tài)各異的建筑形式，只憑想象根本無(wú)法得到實(shí)物。因此，BIM技術(shù)提出了一種可視性思路，即將人們以往的線條式構(gòu)建以三維立體圖像進(jìn)行呈現(xiàn)，讓人們?cè)谟^看中一目了然。

2.2 模擬性

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)可以模擬建筑設(shè)計(jì)中的所有環(huán)節(jié)。

2.3 協(xié)調(diào)性

在施工中，如果工程項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題，需要相關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行開(kāi)會(huì)討論，并提出有效的解決措施。

2.4 優(yōu)化性

BIM技術(shù)優(yōu)化內(nèi)容為項(xiàng)目方案優(yōu)化、特殊項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化。項(xiàng)目方案優(yōu)化就是通過(guò)對(duì)投資回報(bào)的分析，了解投資回報(bào)對(duì)設(shè)計(jì)變化的影響?？傊ㄟ^(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目管理，不僅可以縮短施工工期，還可以降低工程造價(jià)。

3 關(guān)于BIM 技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用探討

3.1 在土方量計(jì)算方面的應(yīng)用

水利工程建設(shè)中的土方量測(cè)量與計(jì)算是工程施工各項(xiàng)環(huán)節(jié)的重要依據(jù)，它為施工過(guò)程中工程量的預(yù)算、施工的設(shè)計(jì)組織和施工的現(xiàn)場(chǎng)安排提供了重要的參考作用。當(dāng)前，土方量計(jì)算的軟件和系統(tǒng)主要有兩類：Auto CAD 系列和 GIS、遙感系列。BIM 技術(shù)提供的土方量計(jì)算方法建立在與實(shí)際地形完全吻合的 BIM 模型上，首先繪制原始地形曲面模型和設(shè)計(jì)曲面模型，這兩個(gè)空間三維曲面會(huì)產(chǎn)生交點(diǎn)并連接成線，交線即原始地形曲面與施工設(shè)計(jì)曲面的交匯線，所包圍的空間體積即為需要開(kāi)挖或者填筑的土方量進(jìn)而生成體積曲面?；?BIM 技術(shù)的原始地形曲面和設(shè)計(jì)地形曲面是動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的，在方案選擇階段可在模型基礎(chǔ)上快速進(jìn)行土方的開(kāi)挖和填筑實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確計(jì)算土方的開(kāi)挖和填筑量，從而選出最佳土方開(kāi)挖方案。

3.2 在水工建筑物方面的應(yīng)用

一是基于水工建筑物 BIM 模型的樞紐布置。水利工程樞紐布置的任務(wù)是確定各建筑物在平面和高程上的布置。水利樞紐布置是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，不是一般性確定算法能夠解決的，而應(yīng)該在工程條件的約束下，進(jìn)行多種方案比選。目前的方案比選都是建立在平面圖的基礎(chǔ)上，需要水工專家有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和綜合推理能力。在方案比選階段建立各水工建筑物的 BIM 模型，并結(jié)合地形的 BIM 模型形成完整的項(xiàng)目總體沙盤(pán)，能使決策人員直觀地了解各水工建筑物之間、各水工建筑物與周圍地形條件之間的制約關(guān)系。同時(shí)，基于參數(shù)的 BIM 模型可在空間位置任意移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一處更改，處處更改，使每一種決策方都成為一個(gè)完整可視的沙盤(pán)。項(xiàng)目比選階段的案可視化也能夠使項(xiàng)目參建者迅速把握關(guān)鍵項(xiàng)目控制點(diǎn)，確定施工重難點(diǎn)，分析資源配置合理性，為后續(xù)的施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整提供決策支持。

二是BIM 模型信息的應(yīng)用。一個(gè)建筑信息模型是一個(gè)單一的、完整一致的建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)，建立完整的項(xiàng)目 BIM 數(shù)據(jù)信息，使工程構(gòu)件參數(shù)化，從而實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目管理信息化和技術(shù)信息化。

（1）管理信息化。建筑施工過(guò)程是一項(xiàng)典型的協(xié)同工作，不同專業(yè)、不同職責(zé)的施工主體之間需要進(jìn)行信息共享和交流，期間會(huì)產(chǎn)生大量信息。如果項(xiàng)目參建各方各自為政，將會(huì)產(chǎn)生信息孤島和信息斷層問(wèn)題。BIM 模型包含的信息可實(shí)現(xiàn)工程檔案可視化、關(guān)聯(lián)化、高效率化管理，為項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的信息交換、共享和集成化管理提供了有效平臺(tái)。按照項(xiàng)目進(jìn)行的不同階段，可將 BIM 信息平臺(tái)劃分為三大子平臺(tái)：設(shè)計(jì)管理信息平臺(tái)、項(xiàng)目實(shí)施階段信息平臺(tái)和項(xiàng)目驗(yàn)收及運(yùn)維信息平臺(tái)。設(shè)計(jì)管理信息平臺(tái)包括項(xiàng)目建議書(shū)，可行性研究報(bào)告、初步設(shè)計(jì) 3 個(gè)階段的信息，項(xiàng)目實(shí)施信息平臺(tái)包括施工圖設(shè)計(jì)和施工技術(shù)交底階段的信息；項(xiàng)目驗(yàn)收及運(yùn)維信息平臺(tái)提供竣工驗(yàn)收，以及項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)階段的信息。因此，使用 BIM 技術(shù)建設(shè)一個(gè)項(xiàng)目的中央存儲(chǔ)庫(kù)，可徹底改變項(xiàng)目整個(gè)生命周期的信息管理模式。水利工程 投資大，使用年限長(zhǎng)，人員流動(dòng)大，一些隱蔽工程的信息流失嚴(yán)重，基于 BIM 技術(shù)的信息管理平臺(tái)可保證這些信息的完整性、準(zhǔn)確性和可追溯性。

（2）技術(shù)信息化。水利工程施工條件復(fù)雜，工程量大，施工難點(diǎn)多，目前，我國(guó)水利工程施工技術(shù)水平普遍較低。BIM 技術(shù)作為一種對(duì)建筑物物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字描述的信息庫(kù)，BIM 模型在工程設(shè)計(jì)、施工等過(guò)程中支持多種應(yīng)用，對(duì)于一個(gè)完整使用 BIM 技術(shù)的工程來(lái)說(shuō)，不僅包括虛擬的三維可視化模型，也應(yīng)該包括可視化的施工任務(wù)和施工順序，這些信息對(duì)于施工任務(wù)的安排以及施工進(jìn)度計(jì)劃的確定將起到至關(guān)重要的作用，同時(shí)，模型包含的建筑物本身的定量信息會(huì)直接鏈接到相關(guān)的成本數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)前期的投資控制非常有利，精細(xì)度級(jí)別越高的模型，項(xiàng)目的成本估算越精確。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程建筑物選型獨(dú)特，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)計(jì)效率低，且參建各方信息共享水平低，通過(guò)引入BIM技術(shù)建立水利工程信息模型，可有效解決這些問(wèn)題。同時(shí)，基于 BIM 技術(shù)的土方量計(jì)算嚴(yán)密科學(xué)，方便修改，彌補(bǔ)了水利工程中傳統(tǒng)土方算量方法的不足，提高了土方量計(jì)算的精度和效率，并在計(jì)算土方量的同時(shí)生成地形模型，為項(xiàng)目的方案決策奠定了基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，BIM 技術(shù)在大型水利工程的方案決策階段能提供完整、可追溯的沙盤(pán)模型，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)樞紐布置不合理，防止返工，縮短工期，節(jié)約成本資源具有重要意義。

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