BIM在水利工程設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)用的必要性

王振鋒

BIM在水利工程設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)用的必要性

王振鋒

水利部漳衛(wèi)南局德州水利水電工程集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000

隨著社會(huì)的發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)也在不斷變化，水利工程企業(yè)不斷增多，在這樣一個(gè)大環(huán)境中，水利工程施工與BIM技術(shù)相結(jié)合可以為水利企業(yè)提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來更多的利益。水利企業(yè)中技術(shù)的優(yōu)化可以提高施工質(zhì)量以及施工水平。在水利企業(yè)招標(biāo)過程中，新技術(shù)的管理也是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。新技術(shù)優(yōu)化管理水平在一定程度上也代表了水利企業(yè)的發(fā)展水平。

BIM；水利工程；設(shè)計(jì)；施工

1 BIM簡(jiǎn)介

BIM，即建筑信息模型，也就是通常所說的利用數(shù)字技術(shù)整合工程項(xiàng)目的所有信息形成的工程數(shù)據(jù)模型。它是一種數(shù)字化的表達(dá)方式，能夠連接不同階段各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，并能詳細(xì)完整地描述工程對(duì)象，所以被工程各個(gè)參與體廣泛接受與應(yīng)用。一方面，它具有單一的工程數(shù)據(jù)源，可以解決分布式工程數(shù)據(jù)同一性與共享性等問題。另一方面，它還是一種數(shù)字化的設(shè)計(jì)、管理、建設(shè)的方法，能夠提高各工程的效率，降低系列工程風(fēng)險(xiǎn)。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)有三個(gè)主要特點(diǎn)，分別是模擬性、可視性以及相互聯(lián)系性。首先是模擬性，BIM技術(shù)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)構(gòu)件模型不同。在以往的水利工程模型中，大多是平面圖紙或者3D模型。BIM技術(shù)屬于4D模型，在3D模型的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維度，使模型在水利工程管理中，使用價(jià)值更高。其次是可視性，在傳統(tǒng)的水利工程模型設(shè)計(jì)中，大多是2D的平面圖紙，水利工程在模型中的立體感比較弱。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙沒有鮮明的特色，可視性較低。但是BIM技術(shù)下的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是三維立體圖形，在圖紙中可以查看建筑項(xiàng)目的所有信息。這個(gè)基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的建筑模型可以從施工前使用一直到施工結(jié)束。每一個(gè)水利工程環(huán)節(jié)都可以在可視化的條件下進(jìn)行施工。最后一點(diǎn)是相互聯(lián)系性。人的生老病死就是一生的周期，世間萬(wàn)物都有自己的周期。這個(gè)理論同樣適用于工程施工。無論是建筑工程還是水利工程，都符合生命周期理論。在水利工程的全周期中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有緊密的聯(lián)系。如果將各個(gè)環(huán)節(jié)分解開，那么水利工程就會(huì)顯得不完整。BIM技術(shù)可以將建筑周期緊密相連。在BIM技術(shù)背景下設(shè)計(jì)的模型，每個(gè)工程階段都是緊密相連的，因此BIM技術(shù)還具有相互聯(lián)系的特點(diǎn)[1]。

3 BIM在設(shè)計(jì)及施工中的具體應(yīng)用

3.1 在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段是BIM的基礎(chǔ)階段。建模等大部分工作都是在這一階段完成的。工作量雖然大，但是利用BIM技術(shù)將會(huì)使設(shè)計(jì)工作質(zhì)量更好、效率更高，不同專業(yè)之間也更容易協(xié)調(diào)。（1）質(zhì)量高。質(zhì)量高是指交付的設(shè)計(jì)成果質(zhì)量更高。因?yàn)榛贐IM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件，采用二、三維一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，可以直觀地看到設(shè)計(jì)三維效果，“所見即所得”。因此，設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤在設(shè)計(jì)過程中很容易就會(huì)被設(shè)計(jì)人員或者檢查人員發(fā)現(xiàn)，比較容易糾正。（2）效率高。在設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)“一模多用”的計(jì)算協(xié)同可顯著提升設(shè)計(jì)工作效率。一是因?yàn)榛贐IM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件，二、三維可同步設(shè)計(jì)，在完成一遍三維模型的同時(shí)，二維是三維的特殊視圖，施工圖可通過算法自動(dòng)生成，無須做多次繪制。二是因?yàn)楦鲗I(yè)CAD系統(tǒng)均可以從BIM中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖紙信息，不需要再重復(fù)錄入或者繪制，節(jié)省時(shí)間。（3）三維呈現(xiàn)。協(xié)調(diào)專業(yè)銜接是工程設(shè)計(jì)過程中常常會(huì)遇到的難題，而BIM使這一工作變得更加簡(jiǎn)單。因?yàn)锽IM所呈現(xiàn)出來的三維設(shè)計(jì)，很容易看到其他專業(yè)的設(shè)計(jì)變化以及各專業(yè)之間會(huì)產(chǎn)生的相互影響，一目了然，溝通比較容易，所以各專業(yè)之間的分工與協(xié)助也變得相對(duì)簡(jiǎn)單[2]。

3.2 在施工階段的應(yīng)用

3.2.1工地運(yùn)用規(guī)劃

對(duì)于施工時(shí)間較長(zhǎng)的項(xiàng)目，管理的重中之重應(yīng)放在施工環(huán)節(jié)。在建立BIM模型的過程中，必須綜合衡量構(gòu)件組成和操作流程。首先，充分了解和掌握設(shè)備模型、技術(shù)人員、原材料等存在狀況，并結(jié)合圖紙和各階段、各環(huán)節(jié)中所需的材料、技術(shù)等實(shí)際，選擇最佳方案。

3.2.2工地現(xiàn)況建模

通過運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠綜合施工隊(duì)伍和工程建設(shè)現(xiàn)地環(huán)境因素等，構(gòu)設(shè)包含現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)施設(shè)備、周邊條件在內(nèi)的三維立體模型，并且可以根據(jù)實(shí)際需要做出相應(yīng)調(diào)整。在三維立體模型的基礎(chǔ)上，能夠增加時(shí)間維度，從而構(gòu)設(shè)4D模型，以調(diào)整不同部位的施工流程。這種建模技術(shù)具有強(qiáng)大的互動(dòng)功能，能夠使業(yè)主和施工人員之間實(shí)現(xiàn)信息資源的實(shí)時(shí)共享和互聯(lián)互通，使業(yè)主能夠?qū)崟r(shí)了解施工進(jìn)度和環(huán)節(jié)，并可以將業(yè)主的意見、建議和所求情況及時(shí)進(jìn)行反饋給施工人員，從而根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。通過對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)，這種建模技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)方式難以望其項(xiàng)背的。

3.2.3工程造價(jià)應(yīng)用

水利工程專業(yè)強(qiáng)勁，投資規(guī)模大、施工對(duì)象結(jié)構(gòu)多樣，在傳統(tǒng)的2D圖紙上設(shè)計(jì)不能體現(xiàn)效果，各種施工人員和要素不能及時(shí)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，造成隨意更改、尺寸難以把控和項(xiàng)目遺漏等問題，并且最終導(dǎo)致項(xiàng)目造價(jià)不準(zhǔn)。采用BIM技術(shù)能夠最大限度彌補(bǔ)這一缺陷。通過各個(gè)專業(yè)軟件進(jìn)行合理架構(gòu)，通過建立三維模型對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)領(lǐng)域所需的信息資源等進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和實(shí)時(shí)共享，便于各方及時(shí)聯(lián)絡(luò)，從而大大節(jié)約時(shí)間成本與溝通成本。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)不能滿足水利工程專業(yè)強(qiáng)、投資規(guī)模大、建設(shè)對(duì)象復(fù)雜的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，不能充分協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)的施工，易發(fā)生設(shè)計(jì)變更和項(xiàng)目疏漏等現(xiàn)象，增加了工程成本。基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)，使用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件，在不改變?cè)性O(shè)計(jì)的前提下，通過三維模型來提供所需的信息，有效地解決了溝通問題。由于水利工程造價(jià)特性不斷地投入使用，對(duì)工程效率的提高起到了促進(jìn)作用，有效防止了設(shè)計(jì)變更，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本[3]。

3.2.4工程量計(jì)算

BIM技術(shù)在水利工程施工階段的應(yīng)用能夠優(yōu)化施工工程量的計(jì)算。傳統(tǒng)的工程量計(jì)算技術(shù)大都采用人工核算的方法，人工投入較大，核算效率較低。BIM技術(shù)能夠通過三維模型直接得出施工的工程量，并且工程量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，提升了工程量計(jì)算的效率。

3.2.5施工進(jìn)度模擬

BIM技術(shù)在水利工程施工階段的應(yīng)用能夠模擬施工進(jìn)度，了解水利工程全貌和水利工程的整體布局，掌握水利工程的施工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決水利工程的施工問題，提高水利工程施工的安全性，減少返工現(xiàn)象，提高施工質(zhì)量。

3.3 在運(yùn)行過程中的應(yīng)用

3.3.1信息集成

BIM技術(shù)有效集成了決策、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)建設(shè)過程的信息，可以使運(yùn)行管理單位更了解整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的建造過程。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，也可以找到問題根源，及時(shí)處理。

3.3.2智能化管理

BIM技術(shù)的應(yīng)用，工程及其相關(guān)的信息均有存儲(chǔ)。利用這些信息，并通過運(yùn)用信息技術(shù)，可以對(duì)水利水電工程的運(yùn)行過程進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)智慧水利[4]。

4 BIM在水利工程設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用總結(jié)

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）依托3DE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)實(shí)時(shí)、在線、協(xié)同、正向設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)源的唯一性和設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)性。基于最新設(shè)計(jì)產(chǎn)品全貌的實(shí)時(shí)獲取，全方位及時(shí)把控設(shè)計(jì)進(jìn)度，基于在線工作用戶信息，及時(shí)了解項(xiàng)目占用資源和人力成本消耗，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)全過程數(shù)據(jù)管理，開創(chuàng)了數(shù)字設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)全新的工作模式。（2）自主研發(fā)重力壩智能設(shè)計(jì)程序，將設(shè)計(jì)規(guī)范和公司自有知識(shí)工程融入其中，實(shí)現(xiàn)水利工程設(shè)計(jì)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、快速化。（3）自主開發(fā)應(yīng)用可交付的“基于BIM的設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)”，為水利工程的BIM應(yīng)用提供有利的支撐平臺(tái)和可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）現(xiàn)有的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系還存在一些不足的地方，還需要進(jìn)一步規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。（2）三維校審在檢測(cè)模型的碰撞問題上有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但在檢查模型的樁號(hào)、尺寸、角度等具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)方面沒有CAD直觀，原因在于CAD校審時(shí)有大量的標(biāo)注信息做參考。如何更方便三維校審是下一步需要繼續(xù)研究的問題[2]。

5 BIM在水利工程中的發(fā)展前景與展望

目前，能給人們?cè)O(shè)計(jì)工作過程中帶來的最大的便利就是協(xié)同設(shè)計(jì)。目前的協(xié)同設(shè)計(jì)指的一般是基于互聯(lián)網(wǎng)的一種溝通手段。但是BIM的出現(xiàn)給人們帶來了未來發(fā)展之光。協(xié)同技術(shù)與BIM技術(shù)成為相輔相成、相互依賴的整體。協(xié)同成為一個(gè)核心理念，并且BIM為協(xié)同設(shè)計(jì)提供了眾多的便利。協(xié)同不再是以往的單純文件的參考，而更是設(shè)計(jì)手段的一種。借助BIM技術(shù)可以讓更多的主體參與進(jìn)來，從水利工程開始到結(jié)束更多的數(shù)據(jù)被利用，并且數(shù)據(jù)一次輸入便可終身利用，這具備了更廣泛的意義，極大地促進(jìn)了效率的提升。

設(shè)計(jì)更加多維化，以前我國(guó)水利工程使用的圖紙基本上都處在2D時(shí)代，所有的生產(chǎn)建設(shè)全都依賴2D圖紙。2D無法準(zhǔn)確描述客觀實(shí)體，也對(duì)BIM的應(yīng)用起到了一定的阻礙作用。未來3D圖紙將會(huì)被越來越多的人接受，不僅能夠精確地表述水利工程的相應(yīng)特征，而且能進(jìn)一步將所有的數(shù)據(jù)都融入圖紙之內(nèi)。一份圖紙，所有的專業(yè)工程都可以使用，并且可以利用這份圖紙分析結(jié)構(gòu)、分析材料、分析系列數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)應(yīng)積極優(yōu)化BIM技術(shù)的政策環(huán)境，制定BIM技術(shù)的相關(guān)政策，為運(yùn)用BIM技術(shù)的水利工程企業(yè)提供稅收政策和財(cái)政政策保障，加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的政策支持。我國(guó)應(yīng)不斷提高BIM技術(shù)水平，加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的研究和開發(fā)，借助其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。另外，我國(guó)應(yīng)積極完善水利工程建設(shè)環(huán)境，優(yōu)化BIM技術(shù)市場(chǎng)環(huán)境和硬件、軟件環(huán)境，加強(qiáng)BIM技術(shù)在水利行業(yè)的推廣。

[1]關(guān)莉莉. BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)維中的應(yīng)用研究[J]. 河南科技，2017（13）：103-104.

[2]孫少楠，張慧君. BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究[J]. 工程管理學(xué)報(bào)，2016，30（2）：103-108.

[3]石俊杰. 水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的思考[J]. 上海水務(wù)，2015，31（4）：40-42.

[4]周瑩瑩，關(guān)帥. BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾，2017（19）：282-283.

The Necessity of Applying BIM in the Design and Construction of Water Conservancy Projects

Wang Zhenfeng

Dezhou South Dezhou Water Conservancy and Hydropower Engineering Group Co., Ltd., Ministry of Water Resources, Shandong Dezhou 253000

With the development of society, the market economy is constantly changing, and water conservancy engineering enterprises are increasing. In such a large environment, the combination of water conservancy construction and BIM technology can improve the competitiveness of water conservancy enterprises and bring interests for more enterprises. The optimization of technology in water conservancy enterprises can improve the construction quality and construction level. In the bidding process of water conservancy enterprises, the management of new technologies is also an important measure. To a certain extent, the new technology optimization management level also represents the development level of water conservancy enterprises.

BIM; water conservancy project; design; construction

TV222；TV52

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