BIM：貫穿工程全生命期的水利新機(jī)遇
——專訪中國水利水電BIM設(shè)計(jì)聯(lián)盟秘書長劉輝

本刊記者 劉巖巖 王 慧

BIM為“建筑信息模型”，是工程的數(shù)字表達(dá)，將工程全生命期的幾何、屬性和過程信息集成在一個(gè)數(shù)字模型中，應(yīng)用于工程仿真、數(shù)據(jù)分析、決策支持和智能管理等方面。2019年全國水利工作會議對積極推進(jìn)BIM技術(shù)在水利工程全生命期運(yùn)用提出了明確要求。當(dāng)前，BIM技術(shù)已在建筑、電力、鐵路、交通等行業(yè)順利應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)將如何在水利行業(yè)發(fā)揮作用，又將如何參與水利工程全生命期？日前中國水利雜志專訪了水利部水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院機(jī)電與信息化處副處長、中國水利水電BIM設(shè)計(jì)聯(lián)盟秘書長劉輝。

工程監(jiān)控會商系統(tǒng)

中國水利：對不少人來講，BIM還是個(gè)陌生的概念。能否請您先簡單介紹一下什么是BIM？BIM有哪些優(yōu)勢？

劉輝：BIM在20世紀(jì)70年代起源于美國，發(fā)展至今，其概念一直在演化。目前，我們一般認(rèn)為BIM是“Building Information Modeling”的縮寫，中文為“建筑信息模型”。BIM有四個(gè)核心，分別為模型、信息、應(yīng)用、管理。詳細(xì)來講，BIM是工程的數(shù)字表達(dá)，將工程全生命期的幾何、屬性和過程信息集成在一個(gè)數(shù)字模型中，應(yīng)用于工程仿真、數(shù)據(jù)分析、決策支持和智能管理等方面。所以，與很多人理解的不同，BIM不是一個(gè)軟件，也不只是一個(gè)設(shè)計(jì)，而是集成了工程的物理特征、功能特性和管理要素的工程全要素工程數(shù)字模型，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行管理等全生命期都能發(fā)揮很好的效果。

工程仿真系統(tǒng)

安全監(jiān)測數(shù)據(jù)集成

BIM的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：第一，可視化。不同于傳統(tǒng)模式的抽象和平面，BIM讓水利工程能直觀地從模型上真實(shí)完整地呈現(xiàn)，所見即所得，便于工程各參與方理解，使溝通更順暢，管理更清晰。第二，協(xié)同性。宏觀協(xié)同，工程各方全部基于同一個(gè)模型進(jìn)行溝通與改進(jìn)，專業(yè)之間、部門之間、工序之間的信息傳遞準(zhǔn)確率大大提升。第三，參數(shù)化?；贐IM的參數(shù)化設(shè)計(jì)，當(dāng)某一處設(shè)計(jì)有變動時(shí)，全局能隨之聯(lián)動，快速調(diào)整。第四，模擬性?？梢灶A(yù)先精確計(jì)算工程量和所需的人力物力投入，使資金安排更加合理。第五，優(yōu)化性。BIM可以有效優(yōu)化設(shè)計(jì)。以往受計(jì)算能力的限制，過去的工程仿真分析是依據(jù)概化模型進(jìn)行的，計(jì)算精確度不高；隨著計(jì)算能力的提升，基于BIM真實(shí)模型的工程分析計(jì)算將更精確。第六，信息完備性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)工程建設(shè)從規(guī)劃到拆除的全生命期中，信息至少傳遞7次。這一過程中，信息的失真將造成質(zhì)量和安全隱患。BIM將項(xiàng)目工程全階段、全要素的所有信息集成到一個(gè)模型中，不但形成可利用的工程大數(shù)據(jù)，還能使工程全生命期的可追溯信息連續(xù)遞增，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的信息一體化集成，提高管理和決策的能力。第七，可出圖性。BIM模型制成后，通過模型剖切可直接獲得圖紙。這是適應(yīng)于現(xiàn)階段的應(yīng)用，未來施工時(shí)可能不再需要圖紙，而是直接對照模型施工。未來的施工人員可能不再手持藍(lán)圖，而是手持含有BIM模型的移動端來施工了。這將帶來整個(gè)工程建筑模式的改變。

基于BIM的工程建設(shè)管理框架

過程圖紙、文檔信息

隱蔽、埋件信息直觀展現(xiàn)

中國水利：目前水利行業(yè)BIM應(yīng)用的總體情況如何？

劉輝：國外很早就對BIM開始了應(yīng)用，但是，國外尤其是發(fā)達(dá)國家的新造城運(yùn)動已經(jīng)很少了，包括水利在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的新建工程數(shù)量也不多，所以BIM的應(yīng)用數(shù)量不大，發(fā)展前景相較國內(nèi)也沒有那么好。但是，國外的BIM技術(shù)相對成熟，相關(guān)的政策、標(biāo)準(zhǔn)等也比較完善。

在國內(nèi)，2011年住建部發(fā)布的《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》開啟了國內(nèi)“BIM元年”，標(biāo)準(zhǔn)編制工作于2012年相應(yīng)展開；2016—2017年，國務(wù)院先后出臺意見，要求積極應(yīng)用、大力推廣建筑信息模型技術(shù)；BIM技術(shù)也先后在建筑、交通行業(yè)中獲得全面推廣。

目前，國內(nèi)水電工程中的所有大型項(xiàng)目均或多或少應(yīng)用了BIM，在設(shè)計(jì)階段全面推廣，施工階段逐步應(yīng)用；三峽集團(tuán)、大渡河公司、雅礱江公司等水電工程業(yè)主要求進(jìn)行數(shù)字交付；抽水蓄能項(xiàng)目要求必須進(jìn)行BIM數(shù)字化移交。但由于水電設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理之間處于分割狀態(tài)，各階段的標(biāo)準(zhǔn)仍然各自建設(shè)，也未能形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)字建造管理系統(tǒng)建設(shè)移動APP

重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)記

公益性水利工程的BIM應(yīng)用目前還處于自下而上自發(fā)為主的起步階段，各設(shè)計(jì)單位投入資源自發(fā)開展BIM研究，但水利工程設(shè)計(jì)主要仍以CAD制圖、平面表達(dá)、三維演示、文字報(bào)告等方式為主。與其他行業(yè)相比，水利BIM發(fā)展相對滯后，僅在部分項(xiàng)目、部分專業(yè)有應(yīng)用，尚未形成整體系統(tǒng)性，且存在大量的低水平重復(fù)開發(fā)，造成浪費(fèi)。

在設(shè)計(jì)方面，部分設(shè)計(jì)院已經(jīng)具備了BIM的能力，在復(fù)雜項(xiàng)目中開始應(yīng)用三維設(shè)計(jì)，主要將BIM應(yīng)用在科研、初步設(shè)計(jì)和技施設(shè)計(jì)階段。所使用的三維設(shè)計(jì)軟件通常從歐美國家花費(fèi)資金引進(jìn)，但這些軟件都有自己所針對的領(lǐng)域，如有些軟件是針對建筑，有些軟件更適合機(jī)械制造，沒有針對水利水電行業(yè)的專業(yè)軟件。我們使用這些軟件，還需要大量二次開發(fā)。

在施工方面，開始探索采用BIM技術(shù)開展施工方案和進(jìn)度優(yōu)化、精確算量和仿真模擬等，將來也會在這些方面產(chǎn)生價(jià)值。

此外，業(yè)主也開始認(rèn)識到工程數(shù)據(jù)的重要性,BIM作為工程數(shù)據(jù)的載體得到重視。有些業(yè)主單位十分重視BIM在工程建設(shè)中的應(yīng)用，并在招標(biāo)文件中要求采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和管理。172項(xiàng)重大水利工程大多在不同階段有BIM應(yīng)用，如在建的珠江三角洲水資源配置工程、滇中引水工程、引江濟(jì)淮工程等。

當(dāng)前設(shè)計(jì)單位對BIM已經(jīng)有了基本的認(rèn)識，但認(rèn)識程度不同，投入不同，獲得的效果也不同。部分單位已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，而一些單位相對保守；中、小型單位相對大型單位在BIM應(yīng)用方面推進(jìn)較慢，正在大力發(fā)展BIM并取得了較好成績的單位均為大型單位。

目前我國BIM總體處于上升期。BIM是水利行業(yè)的新機(jī)遇，以工程數(shù)字化為核心的工程全生命期管理，為水利工程建設(shè)提供新的技術(shù)。數(shù)字化的水利工程基礎(chǔ)設(shè)施，將為水利提質(zhì)增效和創(chuàng)新發(fā)展帶來機(jī)會。我個(gè)人認(rèn)為，2019年將是水利行業(yè)BIM應(yīng)用爆發(fā)的一年。

水利水電勘測設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用大賽

中國水利：您認(rèn)為推進(jìn)BIM技術(shù)在水利工程全生命期運(yùn)用的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里？

劉輝：我認(rèn)為關(guān)鍵在于一個(gè)好的交付方式。一方面，2017年出臺的《網(wǎng)絡(luò)安全法》中提到的網(wǎng)絡(luò)安全重點(diǎn)領(lǐng)域中就包括水利領(lǐng)域，我們必須重視水利行業(yè)的數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)安全。在數(shù)據(jù)與工程共生共長、數(shù)字孿生的背景下，實(shí)物工程、實(shí)物資產(chǎn)需要安全保護(hù)，與之一一對應(yīng)、承載了工程全部數(shù)據(jù)信息的數(shù)字工程、數(shù)字資產(chǎn)也同樣需要保護(hù)。另一方面，目前我們生產(chǎn)數(shù)據(jù)會使用到不同的軟件，相應(yīng)生成BIM產(chǎn)品的格式也是不一樣、不兼容的。在交付過程中，一個(gè)業(yè)主可能面臨多個(gè)設(shè)計(jì)單位和施工單位，但獲得的交付數(shù)據(jù)是不統(tǒng)一的。這都是我們必須要解決的問題。

由此，我們建立了一個(gè)交付平臺。這個(gè)平臺一是可以將交付數(shù)據(jù)變?yōu)樾袠I(yè)格式，解決數(shù)據(jù)安全的問題；二是可以將交付數(shù)據(jù)變?yōu)榭杉嫒莞袷?，解決數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的問題；三是可將交付數(shù)據(jù)與GIS結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從流域到工程的全方位數(shù)字化。目前，交付平臺尚處于不斷更新進(jìn)步的階段，希望今年可以在一些大的工程上得到應(yīng)用。通過這一平臺，我們希望能使BIM在水利工程全生命期得到應(yīng)用。

中國水利：中國水利水電BIM設(shè)計(jì)聯(lián)盟將怎樣發(fā)揮作用、推進(jìn)水利行業(yè)BIM應(yīng)用的發(fā)展？

劉輝：中國水利水電BIM設(shè)計(jì)聯(lián)盟是2016年10月由水規(guī)總院和中國水利水電勘測設(shè)計(jì)協(xié)會牽頭成立的，發(fā)展至今已有37家成員單位。聯(lián)盟的最初目的是推進(jìn)水利水電工程全生命期BIM應(yīng)用，隨著時(shí)間推進(jìn)，我們的理念也在不斷發(fā)展，目前聯(lián)盟的宗旨有以下幾個(gè)方面：一是在國內(nèi)建立良好的水利水電BIM生態(tài)圈，二是推進(jìn)水利水電工程全生命期BIM應(yīng)用，三是為水利水電工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理全生命期提供技術(shù)支撐平臺，四是為智慧水利提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。其中關(guān)于建立良好生態(tài)圈，當(dāng)前水利行業(yè)對BIM的應(yīng)用是自下而上自發(fā)為主的，發(fā)展很快，但長期無序，帶來一些問題?？焖俚倪M(jìn)步不一定能兼顧全面的發(fā)展，甚至可能會造成不必要的傷害和破壞。我們希望能將水利行業(yè)的BIM應(yīng)用帶入一個(gè)良好的生態(tài)中，既有模型生產(chǎn)，又有模型消費(fèi)，最終能反饋能量給生態(tài)圈，促進(jìn)發(fā)展。

為解決BIM全生命期的應(yīng)用、共享、安全等問題，我們做了大量工作。一是標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。發(fā)布了《水利水電BIM標(biāo)準(zhǔn)體系》，正在加快編制《水利水電工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程信息模型存儲標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。二是平臺的開發(fā)建設(shè)。建立了BIM資源共享平臺和BIM交付平臺，一方面運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，加強(qiáng)共享；另一方面，通過云交付技術(shù)，逐步建立自主可控的工程數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用服務(wù)體系，提高工程運(yùn)行的數(shù)據(jù)安全。三是共享機(jī)制。積極探討行業(yè)BIM成果的共享機(jī)制，解決共性問題，避免低端重復(fù)開發(fā)，形成行業(yè)合力。當(dāng)前我們的想法是交換或付費(fèi)共享模式，將來到了一定階段，可能就會使用免費(fèi)共享模式。四是課題研究。發(fā)布《水利水電行業(yè)BIM發(fā)展報(bào)告》《水利水電BIM設(shè)計(jì)聯(lián)盟BIM需求分析報(bào)告》《水利BIM設(shè)計(jì)解決方案（2017版）》《水利BIM從0到1》，編制完成《水利水電工程勘測設(shè)計(jì)BIM實(shí)施指南》。五是BIM應(yīng)用大賽。聯(lián)盟在2017年舉辦的首屆中國水利水電勘測設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用大賽中，共有21個(gè)項(xiàng)目分獲三個(gè)類別的一、二、三等獎，34個(gè)項(xiàng)目獲得優(yōu)秀獎。2019年將舉辦第二屆大賽。六是培訓(xùn)和研討。召開行業(yè)技術(shù)交流會、研討會，及技術(shù)培訓(xùn)若干場，參加人次超過2000人。

水利行業(yè)BIM現(xiàn)已具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)儲備，具備了行業(yè)推廣應(yīng)用的條件。下一步，我們將推動出臺水利行業(yè)BIM應(yīng)用的指導(dǎo)意見，推動成立水利數(shù)字工程創(chuàng)新研究中心，加強(qiáng)BIM標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，加大安全投入，建立示范工程，以積極推進(jìn)BIM技術(shù)在水利工程全生命期運(yùn)用。