BIM技術(shù)在涔天河智慧水庫(kù)建設(shè)中的應(yīng)用及意義

郭曉寧

（湖南涔天河工程建設(shè)投資有限責(zé)任公司，湖南 永州425500）

1 引言

水利現(xiàn)代化是國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)，而智慧水利建設(shè)是推動(dòng)水治理體系和治理能力現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要措施。智慧水利建設(shè)的構(gòu)建思路將水利工作與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)深入結(jié)合，加強(qiáng)水利創(chuàng)新的推進(jìn)，促進(jìn)水利事業(yè)深化改革和發(fā)展，帶動(dòng)水利現(xiàn)代化。

2 背景和意義

2.1 項(xiàng)目背景

湖南省涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程是國(guó)務(wù)院確定的172項(xiàng)重大水利工程之一，是湖南省一號(hào)水利工程。涔天河水庫(kù)位于湖南省江華瑤族自治縣境內(nèi)的湘江干流瀟水上游，系瀟水流域開(kāi)發(fā)的第一個(gè)梯級(jí)水利樞紐工程。該水庫(kù)屬于I等大（1）型水利工程，主要功能有防洪、灌溉、發(fā)電、下游補(bǔ)水并兼顧航運(yùn)等，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。擴(kuò)建后的水庫(kù)最大壩高114 m，壩長(zhǎng)328 m，正常蓄水位313 m，總庫(kù)容15.1億m3，水庫(kù)水面面積38.4 km2，裝機(jī)容量20萬(wàn)kW；樞紐建筑物主要包括大壩、泄洪洞、灌溉渠首建筑物和引水發(fā)電站等。

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程2013年11月主體工程大壩項(xiàng)目開(kāi)工，2015年11月28日完成壩體的填筑任務(wù)。2017年9月23日首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2018年6月底4臺(tái)機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。目前，工程建設(shè)進(jìn)入掃尾階段，即將進(jìn)行工程竣工驗(yàn)收。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用背景及意義

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是在引入“工業(yè)4.0”、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和概念的基礎(chǔ)上，形成具備智能化、全流程以及大數(shù)據(jù)等特征的多維信息模型，能夠有效推進(jìn)智慧水利工程的發(fā)展，是智慧水利工程建設(shè)的一個(gè)重要手段和方法。這一技術(shù)可以為建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方以及運(yùn)維單位等建立一個(gè)交流溝通以及知識(shí)管理平臺(tái)，在該平臺(tái)的推動(dòng)下，協(xié)同的工作模式效率更高，另外可視化的模型以及共享的數(shù)據(jù)信息等都有利于工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與智慧化。在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的所有階段管理過(guò)程中應(yīng)用BIM技術(shù)，能有效提升其精準(zhǔn)性，降低各種風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)工程建設(shè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)協(xié)同轉(zhuǎn)型發(fā)展，促進(jìn)工程建造與信息化深度融合，對(duì)提升工程管理現(xiàn)代化水平有著積極的作用。

在涔天河水庫(kù)重大水利工程中推廣BIM技術(shù)，對(duì)工程規(guī)劃、建造、運(yùn)維實(shí)現(xiàn)精細(xì)化全生命周期管理，將湖南省的一號(hào)水利工程打造成湖南省智慧水庫(kù)標(biāo)桿工程，創(chuàng)建先進(jìn)、一流的品質(zhì)工程與國(guó)家創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)新工程。涔天河智慧水庫(kù)工程建設(shè)，將促進(jìn)湖南省水利工程BIM技術(shù)的深化應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)智慧水利建設(shè)與水利現(xiàn)代化建設(shè)具有積極的示范意義。

3 BIM應(yīng)用目標(biāo)

BIM技術(shù)作為“智慧水利”的重要組成部分，是水利行業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)行管理一體化、信息化的最佳解決方案。將BIM技術(shù)部分應(yīng)用到涔天河水庫(kù)樞紐工程中，總體目標(biāo)是為涔天河水庫(kù)建設(shè)管理方提供三維可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化的工程建設(shè)成果管理服務(wù)，打造水利數(shù)字工程，為今后建設(shè)智慧水庫(kù)，開(kāi)展智慧運(yùn)營(yíng)管理、打造品質(zhì)工程與國(guó)家創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)新工程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

涔天河水庫(kù)智慧工程是在工程全面數(shù)字化基礎(chǔ)之上建立的可視化和可量測(cè)的智能化工程管理與運(yùn)營(yíng)，包括工程的信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施以及在此基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)化的工程信息管理平臺(tái)與綜合決策支撐平臺(tái)，為項(xiàng)目業(yè)主及工程各參與方提供智能數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬體驗(yàn)式的可視化工程管理。

由于涔天河水庫(kù)樞紐工程前期設(shè)計(jì)、施工和管理采用的是常規(guī)傳統(tǒng)的工作方式，打造智慧水利、數(shù)字水利上存在短板，水利信息化建設(shè)總體投入不夠、發(fā)展不均衡，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在涔天河水庫(kù)工程中的應(yīng)用程度不高，BIM等新技術(shù)未得到應(yīng)用和推廣，離創(chuàng)建智慧水利工程還有一定的距離。目前，隨著涔天河公司對(duì)智慧水利工程建設(shè)的認(rèn)識(shí)和重視程度的提高，圍繞后續(xù)的工程建設(shè)和運(yùn)行管理，依托BIM技術(shù)、數(shù)字交付技術(shù)，涔天河水庫(kù)智慧水利工程建設(shè)的首要目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)建樞紐區(qū)工程三維精細(xì)化BIM模型、三維實(shí)景模型，定制開(kāi)發(fā)基于BIM+GIS的數(shù)字樞紐工程云交付平臺(tái)。長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是以此數(shù)字樞紐工程云平臺(tái)為基礎(chǔ)，將水文測(cè)報(bào)、灌區(qū)配水和調(diào)度管理、大壩閘門(mén)調(diào)度、庫(kù)區(qū)管理、電站運(yùn)行監(jiān)控、安全監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)加入到平臺(tái)，最終形成涔天河水庫(kù)智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)管理更加規(guī)范化、設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化、人員培訓(xùn)高效化、工程調(diào)度科學(xué)化，提升工程管理水平、提高工程效益?，F(xiàn)在，涔天河水庫(kù)樞紐工程常規(guī)設(shè)計(jì)、施工已基本結(jié)束，各類(lèi)設(shè)計(jì)、施工資料齊全，為開(kāi)展以BIM技術(shù)為核心的涔天河智慧水庫(kù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)應(yīng)用目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

4 技術(shù)路線(xiàn)

涔天河智慧水庫(kù)建設(shè)在BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，基于工程全生命周期管理思想，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GIS技術(shù)以及“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建水庫(kù)樞紐工程與灌區(qū)工程的BIM設(shè)計(jì)模型，使BIM模型向著更加精準(zhǔn)數(shù)字化的方向發(fā)展，同時(shí)還可以有效擴(kuò)大BIM模型應(yīng)用范圍。從BIM模型出發(fā)，通過(guò)分步實(shí)施設(shè)計(jì)施工一體化數(shù)字交付系統(tǒng)、智慧工程建設(shè)管理云平臺(tái)、智慧水庫(kù)運(yùn)行管理平臺(tái)，在工程建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)維護(hù)期廣泛進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用和工程建設(shè)與管理信息化服務(wù)，構(gòu)建全方位數(shù)字化與智慧化工程。

5 主要建設(shè)內(nèi)容

5.1 創(chuàng)建樞紐區(qū)工程三維精細(xì)化BIM模型

采用基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域國(guó)際領(lǐng)先的Bentley系列BIM軟件，創(chuàng)建涔天河水庫(kù)樞紐工程三維精細(xì)化BIM模型，包含有樞紐電站廠房、混凝土面板堆石壩、引水發(fā)電洞、1號(hào)泄洪洞、2號(hào)泄洪洞、放空洞、右岸灌溉引水洞、右岸渠首電站、右岸霧江滑坡體交通洞、左岸灌溉引水洞、左岸渠首電站、左岸跌水電站、左岸交通洞等建筑物，涉及水工、地質(zhì)、金結(jié)、機(jī)電多專(zhuān)業(yè)三維模型。模型深度達(dá)到施工圖階段要求。

5.2 樞紐工程三維實(shí)景模型、效果圖及動(dòng)畫(huà)視頻

通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍傾斜攝影和三維實(shí)景建模技術(shù)，采集樞紐工程區(qū)航拍影像資料，并利用Bentley Context Capture軟件創(chuàng)建樞紐工程區(qū)的高清、真實(shí)的三維實(shí)景模型。

在航拍影像、三維設(shè)計(jì)BIM模型、三維地面模型、三維實(shí)景模型的基礎(chǔ)上，利用LumenRT、3DMAX、Premiere等軟件進(jìn)行成果渲染和多媒體制作，形成高清、逼真、生動(dòng)的媒體漫游視頻。為涔天河工程管理單位在辦公樓LED大屏，以及有關(guān)交流，會(huì)議提供形象宣傳素材。

5.3 基于BIM模型的數(shù)字樞紐工程交付平臺(tái)

在涔天河水庫(kù)樞紐工程BIM三維精細(xì)化模型的基礎(chǔ)上，定制開(kāi)發(fā)基于GIS+BIM的云交付平臺(tái)，云交付平臺(tái)上整合樞紐工程區(qū)、水庫(kù)庫(kù)區(qū)DEM模型，以及樞紐工程地形、地質(zhì)、土建、機(jī)電等全部三維精細(xì)化設(shè)計(jì)模型，按照工程建筑物類(lèi)別、構(gòu)件以及設(shè)備的分類(lèi)，編錄和完善BIM三維模型屬性，同時(shí)錄入BIM各建筑物的結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)的建設(shè)采購(gòu)、施工信息（包括工作聯(lián)系單、照片、影像等），并與BIM模型中相應(yīng)的構(gòu)件一一對(duì)應(yīng)掛接，形成完整的、三維可視化的樞紐工程設(shè)計(jì)與建設(shè)交付的信息平臺(tái)，為涔天河水庫(kù)打造數(shù)字樞紐工程打下基礎(chǔ)。

數(shù)字交付平臺(tái)提供全方位、從外至內(nèi)、從宏觀全局到局部細(xì)節(jié)的三維可視化的樞紐工程交互性漫游、模型與屬性展示，以及樞紐工程設(shè)計(jì)圖檔與有關(guān)的建設(shè)信息的查詢(xún)、調(diào)用、匯總等功能，數(shù)字交付平臺(tái)提供PC端、智能終端等跨平臺(tái)的查詢(xún)應(yīng)用。隨著涔天河水庫(kù)智慧營(yíng)運(yùn)管理和BIM技術(shù)應(yīng)用深化，后期還可增加投入將平臺(tái)擴(kuò)展至涔天河灌區(qū)工程的BIM模型以及數(shù)字交付管理，最終形成涔天河工程完整的工程建設(shè)信息交付管理與工程展示平臺(tái)。

數(shù)字交付平臺(tái)基于云架構(gòu)，可為其他的管理系統(tǒng)提供接口，今后可加大投入擴(kuò)展為基于BIM的工程運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理的綜合性平臺(tái)。將水文測(cè)報(bào)、灌區(qū)配水和調(diào)度管理、大壩閘門(mén)調(diào)度、庫(kù)區(qū)管理、電站運(yùn)行監(jiān)控、安全監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)加入到平臺(tái)，有效結(jié)合動(dòng)態(tài)信息和數(shù)字模型。這種基于工程BIM模型的平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)較為全面的功能，包括技術(shù)培訓(xùn)、決策分析、水情預(yù)報(bào)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、工程漫游、綜合調(diào)度以及工程巡檢等，最終形成涔天河水庫(kù)智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，為涔天河樞紐和灌區(qū)管理提供智能、智慧的工程管理與決策支持。將湖南省的一號(hào)水利工程打造成湖南省智慧水庫(kù)標(biāo)桿工程，并為創(chuàng)建先進(jìn)、一流的品質(zhì)工程與國(guó)家創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)新工程創(chuàng)造新的條件。涔天河智慧水庫(kù)構(gòu)建示意圖見(jiàn)圖1。

6 結(jié)語(yǔ)

圖1 涔天河智慧水庫(kù)構(gòu)建示意圖

在水利水電工程項(xiàng)目全生命周期中，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段的時(shí)間最長(zhǎng)。傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)管理模式效率低下，在運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理的過(guò)程中需要充分使用BIM技術(shù)，提供一個(gè)更加高效、更加便捷且能夠服務(wù)于各專(zhuān)業(yè)人員的管理平臺(tái)。

BIM帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，使得信息得以在項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段順利傳遞、累積。BIM的空間信息也對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的管理方式帶來(lái)了變革，能使用更多可視化的工具來(lái)增加效率。

以BIM為基礎(chǔ)建立的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái)對(duì)于提高工程運(yùn)行管理有一定的效果，然而目前還不夠完善，系統(tǒng)還存在一定的不足，為了進(jìn)一步提高工程運(yùn)行管理的穩(wěn)定性與效率，應(yīng)當(dāng)對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用等技術(shù)進(jìn)行更深入的研究。