BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用淺述

皇甫林志

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在社會(huì)各行業(yè)中影響力的拓展，對BIM技術(shù)的應(yīng)用與模式構(gòu)建也已經(jīng)成為當(dāng)今水利工程項(xiàng)目施工的重要發(fā)展趨勢，是水利工程實(shí)現(xiàn)時(shí)代化創(chuàng)新的必然之舉。本文筆者根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；施工；BIM；應(yīng)用

1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用可行性分析

建筑信息模型，指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及相關(guān)軟件，建立建筑物的仿真模型。利用仿真模型，體現(xiàn)實(shí)際建筑物各部分結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)技術(shù)。與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)相比，BIM 技術(shù)的可視化水平更高、信息傳播速度更快，優(yōu)勢顯著。目前，BIM 技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用到了土建工程的各個(gè)領(lǐng)域，且其應(yīng)用效果及價(jià)值，已經(jīng)得到了證實(shí)。水利工程的建設(shè)難度較大，將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到工程施工方案的設(shè)計(jì)，以及工程施工管理過程中。施工人員可借助三維模型，充分了解建筑物各本部分結(jié)構(gòu)所處的位置。且能夠在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，調(diào)取相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。利用上述信息進(jìn)行施工，對工程施工難度的降低，具有重要價(jià)值?？梢?，將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到水利工程的設(shè)計(jì)以及施工過程中，具有一定的可行性。

BIM 技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)三維施工模擬技術(shù)，因?yàn)楫?dāng)前的工程施工領(lǐng)域也在不斷實(shí)現(xiàn)信息化和數(shù)字化，BIM 技術(shù)就是數(shù)字化的重要體現(xiàn)，它主要提取工程建設(shè)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集并對其進(jìn)行加工處理，最終以三維信息模型的形式展現(xiàn)出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)工程的可視化施工，有效提升工作效率。BIM 技術(shù)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，三維化的項(xiàng)目信息管理可以為施工人員提供直觀真實(shí)的施工區(qū)域畫面，讓其對工程狀況有一個(gè)詳細(xì)的了解；其次，創(chuàng)建 BIM 數(shù)據(jù)庫可以提升施工預(yù)算的進(jìn)度，從而節(jié)省一些不必要的人力財(cái)力消耗，數(shù)據(jù)庫在采集了相關(guān)信息之后，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃與實(shí)際施工過程中的資源消耗情況和資金花費(fèi)等多算對比，管理者可以隨時(shí)了解項(xiàng)目建設(shè)是否超出預(yù)算，材料是否足夠，有效進(jìn)行成本風(fēng)險(xiǎn)管控；再有，工程管理者可以很方便地得到準(zhǔn)確的工程建設(shè)數(shù)據(jù)，制定更加精細(xì)和準(zhǔn)確的計(jì)劃，避免資源浪費(fèi)；此外，三維可視化是BIM技術(shù)最直觀的亮點(diǎn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃中不合理的地方，并及時(shí)更改，減少施工可能會(huì)造成的錯(cuò)誤或者危險(xiǎn)隱患，確保水利工程質(zhì)量。

2 BIM 技術(shù)在水利工程技術(shù)中應(yīng)用

2.1 基于地形 BIM 模型的土方量計(jì)算

土方量計(jì)算是水利工程施工的重要前提，其數(shù)據(jù)結(jié)果要為工程預(yù)算、施工設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)場安排提供參考。由于水利工程建設(shè)一般挖填土方量較大，并且地形復(fù)雜，所以土方量計(jì)算的精度將直接影響工程量，如若使用數(shù)字地形模型，不僅可以直觀感受施工場地的三維效果，而且能夠快速實(shí)現(xiàn)土方計(jì)算、縱橫斷面繪制等功能。計(jì)算土方量就是要計(jì)算施工區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高和地面實(shí)測標(biāo)高之間的挖填土方體積。BIM 提供的計(jì)算方法可以實(shí)現(xiàn)與實(shí)際地形情況完全吻合的效果，通過設(shè)計(jì)和繪制曲面模型，兩個(gè)空間的三維曲面會(huì)產(chǎn)生交點(diǎn)并匯成連線，這就是需要開挖或者回填的區(qū)域，基于地形 BIM 模型的土方量計(jì)算設(shè)計(jì)和繪制出來的曲面是動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的，所以在選擇方案的過程中要在模型基礎(chǔ)上快速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確計(jì)算開挖或者回填的量，從而確立最佳的施工方案。

2.2 水利工程樞紐布置 BIM 模型的應(yīng)用

施工場地的布局與水利工程樞紐布置之間的關(guān)系是密不可分的，水利工程樞紐布置的核心就是確定各個(gè)建筑物在平面和高程上的位置，這對于尋找最佳臨時(shí)設(shè)施，讓現(xiàn)場工作人員和設(shè)備之間的運(yùn)距最小化具有重要意義，有利于節(jié)省工程量、方便施工，從而縮短工期。水利樞紐工程布置本身是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，一般的確定算法是不足以滿足工程建設(shè)需要的，必須要在全面分析工程狀況的條件下，進(jìn)行方案的比較選擇。在這個(gè)階段，要建立各水工建筑物的 BIM 模型，結(jié)合地形形成相對完整的項(xiàng)目總體布局，讓決策者直觀了解各建筑物之間的制約關(guān)系，而且給予 BIM 模型，可在空間位置上對于不合理的部分做出及時(shí)修正。

3 BIM 技術(shù)在水利工程施工管理中應(yīng)用

本部分以某水利工程為例，對 BIM 技術(shù)的應(yīng)用方法進(jìn)行了探討，并對技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了觀察。

3.1 工程概況

本工程為水利樞紐建設(shè)工程，工程建設(shè)的目的，一方面在于改善周圍區(qū)域的自然環(huán)境，一方面在于提高水上交通的暢通性。本工程位于國內(nèi)某地，項(xiàng)目為單線單級 2000t 船閘，設(shè)計(jì)水頭為 8.40m。為確保水利樞紐中船閘的性能能夠有效發(fā)揮，應(yīng)將進(jìn)水口、船閘室，以及船閘首等多個(gè)結(jié)構(gòu)，全部體現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙中，以供施工人員予以參考。本工程船閘的建設(shè)開工時(shí)間為 2014 年 5 月，待建設(shè)的船閘總長度，為 3.0m，工期為 28 個(gè)月。為在確保工程質(zhì)量能夠達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，使工程能夠在工期內(nèi)順利完成。本工程考慮一改以往的“二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模式”，為“BIM 模型”，以提高工程的使用效率及質(zhì)量。

3.2 應(yīng)用方案

3.2.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

工程施工的過程，均需嚴(yán)格按照圖紙而進(jìn)行。因此，一旦圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，或部分參數(shù)標(biāo)注不明，則工程工期及施工質(zhì)量，必然會(huì)受到一定的影響。對此，本工程將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，有效解決了上述問題。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用方法如下：（1）調(diào)取工程勘察所得到的資料，作為圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的主要參考指標(biāo)。（2）將工程的各項(xiàng)參數(shù)，以及工程勘察資料，輸入至 BIM系統(tǒng)中。利用系統(tǒng)的功能，建立船閘的三維模型。（3）為避免模型各構(gòu)件之間發(fā)生碰撞，對工程的質(zhì)量造成影響?？衫?BIM 技術(shù)，進(jìn)行碰撞檢查。確保無碰撞問題后，既可應(yīng)用該圖紙進(jìn)行施工。

3.2.2 施工規(guī)劃

為避免工程無法在工期內(nèi)完成，本工程將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到了施工規(guī)劃的過程中。通過運(yùn)行模型的途徑，對當(dāng)前施工方案下工程的工期進(jìn)行了觀察。BIM 技術(shù)在施工規(guī)劃中的應(yīng)用方法如下：（1）利用 BIM 的模型功能，結(jié)合建好的 3D 模型，制作“施工動(dòng)畫”。（2）檢查施工動(dòng)畫是否存在參數(shù)方面的異常，確保動(dòng)畫能夠最大程度模擬實(shí)際的施工流程。（3）運(yùn)行動(dòng)畫，觀察工程的工期。動(dòng)畫運(yùn)行完成后，如發(fā)現(xiàn)工程的實(shí)際施工時(shí)間，無超過工期的風(fēng)險(xiǎn)。則表明最初所設(shè)計(jì)的施工方案，能夠滿足工程要求。此時(shí)，根據(jù)最初方案的規(guī)劃情況展開施工既可。

3.3 工程管理

將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到工程管理過程中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程施工過程中存在的問題（如：工期延誤、參數(shù)誤差等）。進(jìn)而及時(shí)采取措施，使問題得到解決，提高工程的施工質(zhì)量。本工程中，BIM 技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用方法如下：（1）工程施工過程中，每完成一個(gè)環(huán)節(jié)，有關(guān)人員既需將該環(huán)節(jié)記錄到 BIM 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，供管理人員所用。（2）工程管理人員應(yīng)每日對 BIM 系統(tǒng)中新的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察及分析，判斷工程的施工速度以及質(zhì)量，是否與設(shè)計(jì)相符。如發(fā)現(xiàn)存在施工速度過慢的問題，則需在未來進(jìn)一步提高施工速度，避免工程出現(xiàn)超工期的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 應(yīng)用效果

工程施工完成后，通過對工程質(zhì)量及工期等情況的觀察發(fā)現(xiàn)：（1）本工程實(shí)際工期為 23 個(gè)月，處于工期要求范圍內(nèi)。表明，BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了施工效率。（2）本工程施工人員按照 BIM 模型進(jìn)行施工，難度顯著下降。（3）本工程預(yù)計(jì)施工成本為 18.5 億元，施工結(jié)算發(fā)現(xiàn)，工程實(shí)際施工成本為 16.2億元。表明，BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有效降低了水利工程的施工成本。（4）工程投入使用至今，未見任何病害發(fā)生，表明 BIM 技術(shù)有助于提高水利工程的施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

伴隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)各行各業(yè)的普及應(yīng)用，構(gòu)建更加完善的 BIM 技術(shù)應(yīng)用模式成為了當(dāng)前水利工程項(xiàng)目建設(shè)的工作目標(biāo)，這對于實(shí)現(xiàn)水利工程的現(xiàn)代化，提升創(chuàng)新性發(fā)揮著重要作用。因此，水利工程管理者和建設(shè)者要在認(rèn)真分析現(xiàn)實(shí)情況的基礎(chǔ)上，不斷探尋水利工程各個(gè)建設(shè)階段 BIM 技術(shù)的應(yīng)用之道，讓 BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)提升水利工程質(zhì)量和效率的有效手段。

參考文獻(xiàn)：

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