水利工程信息與BIM 技術的應用研究

李文斌

（福建省水利規(guī)劃院， 福建 福州 350001）

0 引言

近年來，我國科學技術水平有了顯著的提升，各種先進的科學技術被廣泛應用到各行各業(yè)中，尤其是對水利工程建設施工而言，行業(yè)整體信息化程度有了明顯的進步，為水利工程發(fā)展注入了新的動力，提優(yōu)化水利工程產業(yè)結構的同時提高了核心發(fā)展力。分析水利工程施工現(xiàn)狀，施工周期長、投資比例大、應用技術范圍廣仍然是現(xiàn)階段水利工程項目建設的主要特點，因此，在實際施工過程中，水利工程項目施工需要多個部門共同參與、多個專業(yè)共同合作才能達到良好的施工效果。分析我國水利工程施工現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)目前大部分施工項目存在著施工標準不同、溝通不及時、項目設計變更快以及信息共享不準確等問題，嚴重影響了水利工程施工效率。所以，必須提高水利工程信息化程度，積極利用BIM 等先進的技術手段，轉變原本的施工技術理，推動水利工程向著現(xiàn)代化方向發(fā)展。

1 水利工程信息化及應用

現(xiàn)如今，水利工程的建設已經逐漸向信息化發(fā)展，合理的運用現(xiàn)代化信息技術手段來實現(xiàn)水利工程各個信息資源間的通用共享，在充分發(fā)揮出信息優(yōu)勢的前提下，推動了水利工程建設的整體發(fā)展。同時，隨著信息化技術的推新應用，不僅實現(xiàn)了水利工程的信息化建設，同時也推動了工程信息資源的有效利用率。

1.1 水利工程信息特點

水利工程信息化的發(fā)展充分發(fā)揮出了信息資源的優(yōu)勢，將工程建設與科技手段進行完美融合，在推動水利工程信息資源共享的同時，發(fā)揮出建設項目智能化的特點。同時也要按照水利工程實際情況，了解水利工程自身的信息特征。首先，水利工程的大量信息資源涉及種類較多，在進行水利工程施工建設的全過程中，不同的施工設計以及建設階段將會涉及到了多個領域的內容，無論是考察水文地質信息，還是施工設計階段，甚至是施工結尾的監(jiān)管環(huán)節(jié)，項目的每個環(huán)節(jié)以及多個方面都會產生大量的信息內容，其中包含著合同內容、設計圖紙以及施工項目的檢測結果等信息。其次，信息資源具有實時動態(tài)性。這也是水利工程信息化中較為明顯的特征，由于水利工程的地質條件的限制，在進行相應的地質勘探測量作業(yè)時，會受到多方面因素的綜合影響，整體的地質勘測周期較長且任務量較為繁瑣，為地質勘測的結果帶來了很多無法掌握的動態(tài)因素。因此，在有效的建立的信息系統(tǒng)時，能夠更好的接收工程信息資源，并對其加以收集整理，以便在整個水利工程建設過程中能夠實時查閱相關信息，大大提升了信息資源共享的實時性。再者，實現(xiàn)智能管理信息資源。水利工程實現(xiàn)信息化管理能夠有效的展現(xiàn)出智能化的優(yōu)勢，將工程建設的各個階段中的有用信息利用信息資源管理軟件進行收集存儲，并通過分類處理的技術功能對信息進行優(yōu)化總結，使得信息資源能夠按照水利工程的使用需求來進行分類提供，有效的解決了信息量大繁多的弊端，充分發(fā)揮出智能化系統(tǒng)的優(yōu)勢特征，讓水利工程向現(xiàn)代化智能化的方向進行發(fā)展。

1.2 BIM 在水利工程中的應用

將BIM 技術應用在水利工程建設施工中，能夠有效的提升工程信息流轉效率，彌補管理中的缺陷和不足，對現(xiàn)代化水利工程發(fā)展建設具有重要的應用價值。首先，利用BIM 技術可以建立水利工程信息模型，清晰反映出堤防、堰壩、水閘、泵站等水利水工建筑工程位置結構信息，這是將BIM 技術應用在水利水電工程中的關鍵性步驟。近年來，隨著BIM 技術的不斷發(fā)展成熟，結合現(xiàn)代化水利工程施工特點，BIM 技術在水利工程中有了更為廣闊的應用前景。并且相關工作人員通過不懈的努力，對BIM 技術在水利工程中的應用情況進行了分析，總結了相應的應用優(yōu)勢和應用缺點，探究了BIM 技術在水利工程領域中新的發(fā)展方向，并以三維設計模型平臺為基礎，創(chuàng)建了三維可視化建模方法，對水利工程實現(xiàn)可視化動態(tài)管理。就我國水利工程信息發(fā)展特點來看，目前水利工程管理模式是建立在BIM信息體系結構框架之上，已經建立并應用了HPIM 集成平臺，大大提升了水利工程信息流轉效率，實現(xiàn)了信息模型共享管理，大幅度提升水利水電工程施工效益，推動國家經濟快速發(fā)展。也就是說，將BIM 技術應用在水利工程中，可以為水利工程發(fā)展提供有力的技術支持，推動水力工程現(xiàn)代化發(fā)展建設，對水利工程的長遠發(fā)展具有重要意義。

2 BIM 技術優(yōu)勢及構建方法

2.1 BIM 技術概念

BIM 技術是現(xiàn)階段開發(fā)出的新型技術之一，為工程集成化的發(fā)展不斷的進行升級，BIM 技術是集協(xié)調性和優(yōu)化性以及完備性于一身的技術類型。它在整個施工過程中通過數(shù)字技術整合相關信息，并建立完整的數(shù)據(jù)模型。該技術有效地整合了施工過程中造價管理，設計、運營和維護等多個環(huán)節(jié)，并通過數(shù)字視覺技術進行呈現(xiàn)。作為建筑工程實施管理中較為重要的技術，該技術在建筑工程的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.2 BIM 技術優(yōu)勢

在水利工程中引入BIM 技術，具有以下幾方面的應用優(yōu)勢，首先，就是利用BIM 技術可以實現(xiàn)圖紙從二維到三維的轉化，提升各個參與部門的信息溝通效率，避免在施工過程中出現(xiàn)信息孤島等問題。其次，就是利用水利工程立體模型可以對施工節(jié)點進行深化設計，并通過三維技術手段升級并優(yōu)化施工流程，提高水利工程設計效率。再次，BM 技術還可以幫助施工人員合理推算出水利工程動態(tài)施工進程，通過建立動態(tài)模擬施工動畫，對工程項目進行虛擬施工，從而實現(xiàn)項目的多維化施工管理，并結合虛擬施工中的各種情況對實際施工進行科學的預測，對可能發(fā)生的問題進行合理預估，并提出相應的預防措施，保證水利工程施工順利進行。最后，通過對水利工程施工材料的全方位統(tǒng)計，實現(xiàn)材料的信息化管理，避免材料浪費，節(jié)約施工成本，提高施工效率。

2.3 信息模型構建

為了使BIM 技術在水利工程中達到良好的應用效果，就要建立一個完善的水利工程信息模型。

a 水利工程動態(tài)施工進度信息模型建立

動態(tài)施工進度信息模型在建立的過程中，需要展現(xiàn)出動態(tài)的施工進度信息，需要與可視化的施工面貌建立映射關系。信息模型建立方法，主要分為以下幾種：第一，網格單元映射法。該方法主要運用在工程三維可視化施工面貌中，能夠展現(xiàn)出工程建筑物的施工面貌，將施工中的信息轉化為動態(tài)的安全數(shù)值，能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的仿真計算。依據(jù)當前的施工進度情況，實現(xiàn)對施工信息的采集，運用動態(tài)修整預測方法，來預測后期施工進度。第二，實體映射法。通常會適用在可視化信息模型中，無法實現(xiàn)對施工過程的細致展示，也不能直接用于結構數(shù)值仿真計算中，但是能夠實現(xiàn)對施工面貌的動態(tài)展示。在施工過程中，能夠對施工進度狀態(tài)和施工進度信息的采集，對后期的施工進度進行預測，需要按照工程項目活動的內容，來開展施工工作。

b 水利工程動態(tài)安全監(jiān)測信息模型建立

模擬水利工程動態(tài)安全監(jiān)測信息模型建立，需要對施工中的動態(tài)信息進行掌握，建立在模擬計劃施工狀態(tài)的動態(tài)數(shù)值中，需要對實際的施工進度和施工過程進行預測，實現(xiàn)對施工狀態(tài)的及時更新，結合實際的施工情況制定出合理的施工模型。實際施工進度狀態(tài)中的數(shù)值仿真信息模型映射方法需要通過“網格單元映射法”來實現(xiàn)。施工結構安全狀態(tài)受遷移時間施工狀態(tài)的影響較為嚴重，應該結合具體的施工情況，制定出合理的動態(tài)數(shù)值仿真模型。

3 工程實例應用

以某碾壓混凝士重力壩工程為例。該碾壓混凝土重力壩壩底高程1166.00m,壩頂高程1334.00m， 最大壩高168m，共分為23 個壩段，全尺度數(shù)值仿真模型共包含326174 個節(jié)點，302576 個單元，如圖1 所示(從左至右分別為1#至23#壩段)，典型壩段混凝士分區(qū)如圖2 所示。

圖1 碾壓混凝土重力壩映射施工進度狀態(tài)的數(shù)值仿真模型單元劃分

圖2 典型壩段混凝上分區(qū)圖

大壩澆筑計劃從第一年9 月12#-14#溢 流壩段澆筑開始，第二年10 月第一-次蓄水至高程1290.00m,到第三年2 月所有壩段澆筑完畢，計劃工期535 天。壩體墊層及其他常態(tài)混凝土澆筑層厚為1.5m,間歇期為5 天;強約束區(qū)范圍內,每鋪層碾壓壓實厚度0.30m，連續(xù)碾壓5 層(計1.5m 層厚)后間歇5 天;強約束區(qū)范圍以外，每鋪層碾壓壓實厚度0.30m,連續(xù)碾壓5 層(計1.5m 層厚) -10 層(計3.0m 層厚)后間歇5 天-7 天，具體施工組合方案計劃如表1 所示。

表1 大壩施工組合方案

工程實例應用表明，該系統(tǒng)能夠方便地實現(xiàn)碾壓混凝土重力壩擬定施工方案下三維全尺度結構安全與進度耦合動態(tài)仿真，壩段群全過程結構安全和進度狀態(tài)、信息的交互式、連續(xù)、動態(tài)查看，以及安全控制指標信息全過程可視化跟蹤分析，為決策者全面把控碾壓混凝士重力壩壩段群施工過程結構安全和進度,確定施工方案提供了一套有效的輔助工具。

4 結語

綜上所述，將BIM 技術應用在水利工程施工中，能夠充分發(fā)揮出其優(yōu)秀的三維建模優(yōu)勢，結合水利工程施工特點，對對施工周期進行全方位的管理和控制，提高信息共享效率，為現(xiàn)代化水利工程發(fā)展提供有力支持。因此，在實際工作中，相關人員要對水利工程進行全面的分析，跟按照不同專業(yè)和建筑類型進行合理的劃分，明確組成水利工程總模型中的各個子模型，保證水利工程信息模型科學、完整。除此之外，還要以水利工程信息模型為基礎，分析確定模型的標高跟軸網，確定子模型的類型和放置裝配。同時還要根據(jù)實際工程信息確定相應構件的特征參數(shù)，并合理安排建模順序，科學利用各種拉伸、放樣等操作進行信息模型構建，最后再將構件進行嚴謹?shù)慕M裝，構建形成子模型。對于實際工作中非參數(shù)化的子模型，相關人員要加大構建力度，設計更為復雜的建模過程。嚴格按照軸網標高進行放置，根據(jù)水利工程實際需要建立完整的三維信息模型。