BIM技術(shù)在水利工程中的應用研究

許哲峰

(深圳市東江水源工程管理處松子坑水庫管理所，廣東 深圳 518122)

0 引 言

BIM技術(shù)是基于計算機軟件，通過三維建模、數(shù)據(jù)接入措施，將工程建設管理的各項信息借助計算機信息管理平臺進行呈現(xiàn)，并基于這個建設項目的信息管理平臺，對水利工程建設項目進行信息化管理，挖掘并利用其中的有價值信息，為項目建設所涉及的設計方案、項目施工、輔助工程決策等提供參考，實現(xiàn)建設項目提質(zhì)增效的目的。與傳統(tǒng)建設項目相比，水利工程建設項目受到地質(zhì)條件、施工環(huán)境等影響，項目建設難度較大，且牽涉到基建、涵洞、壩體等子項目的建設，各個建設環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)難度大。因此，在水利工程項目建設實施過程中引入BIM技術(shù)不僅能夠提升建設項目的管理質(zhì)量，還有助于建設項目后期的運營維護，對發(fā)揮水利工程效益具有重要的作用。

1 BIM技術(shù)的應用優(yōu)勢

1)可視化?？梢暬梢哉f是BIM技術(shù)應用于建設項目中最突出的優(yōu)勢，構(gòu)建了建設工程可視化4D施工信息模型，具有更直觀、更精確的特點，能夠?qū)ㄔO施工項目施工圖進行精準地還原?；诖四Ｐ?，還可以對施工信息進行拓展，將與建設項目相關(guān)的信息納入其中，使得建設項目的參建人員可以實時地對各類施工信息進行查詢，方便了水利工程各參建單位以更加直觀便捷的形式對項目建設過程進行全方位了解，提升建設項目施工管理與信息交流效率。

2)模擬性。BIM技術(shù)的核心在于其能夠?qū)ㄔO項目實施過程中所涉及的材料、設備、工序、成本等因素進行前瞻性把控，并對建設項目施工的各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化處理，最終產(chǎn)生一個最優(yōu)的實施方案。通過熱量模擬等對建設項目的實施全過程進行模擬，從設計角度對建設項目的基礎施工內(nèi)容進行模擬，并以模擬的結(jié)果為施工提供更加科學合理的方案，此外，也可以在BIM的基礎上對建設項目進行5D模擬，實現(xiàn)對建設項目有效成本的控制。

3)協(xié)調(diào)性。因為水利項目建設涉及的參建單位較多，各層級的溝通協(xié)調(diào)復雜，BIM模型的應用使得在水利工程項目建設實施前就能協(xié)調(diào)好各環(huán)節(jié)、各專業(yè)之間容易發(fā)生的碰撞問題，并將這些協(xié)調(diào)信息儲存在BIM數(shù)據(jù)庫中。

4)集成化。BIM模型將建設項目的信息進行了集成化處理，并以集成化信息管理平臺為基礎，對建設項目的施工進度、成本、安全、質(zhì)量等信息進行集成化管理，將建設項目各環(huán)節(jié)的信息進行記錄，便于建設項目參建人員進行檢查。

2 BIM技術(shù)在水利工程中的應用

2.1 項目應用背景

松子坑水庫位于深圳市龍崗區(qū)，工程區(qū)原狀為三座緊鄰的小(1)型水庫，分別是松子坑水庫、獺湖水庫和三角樓水庫，相互之間僅為山梁分隔。根據(jù)《深圳市供水水源修編規(guī)劃》和《深圳市水務發(fā)展十一五規(guī)劃》(2006)，為滿足深圳市用水調(diào)蓄要求，提出對松子坑水庫進行擴建。松子坑水庫擴建分兩期實施。一期項目建設內(nèi)容主要是把松子坑水庫、獺湖水庫進行合并，一期建設項目已于1996年實施完成。二期項目建設內(nèi)容主要是將三角樓水庫納入一期建設項目，一期擴建后，松子坑水庫正常蓄水位66.00m，死水位為50.00m，興利庫容2324萬m3。二期擴建后，水庫蓄水位與死水位未發(fā)生變化，水庫集雨面積4.96km2，興利庫容3303.7萬m3。

松子坑水庫在整個東部供水水源工程中，扮演著重要的角色，提高水庫的管理水平，實現(xiàn)水庫運行管理信息化、數(shù)字化和智能化，對保障東部的供水安全，有著重要的意義。

2.2 BIM在項目中的應用

2.2.1 應用內(nèi)容

1)構(gòu)建實時 BIM 模型。使用激光掃描或攝影測量技術(shù)，對建設項目現(xiàn)場的組件信息等進行收集，并基于處理系統(tǒng)將組件參數(shù)信息等與模擬BIM施工模型信息進行比對，并基于比對結(jié)果，對模型進行優(yōu)化調(diào)整，確保得出的模型組件為實時狀態(tài)，并最終計算得出建設項目的BIM模型。

2)輔助進度管理?；诮ㄔO完成的三維模型，對項目的建設進度進行實時的掌控，利用BIM模型中的工程量統(tǒng)計比對模型對應工程量，進而實現(xiàn)對項目建設進度的控制，為項目之后的建設進度調(diào)整提供預測。

3)輔助成本管理。在水利工程項目建設實施的過程中，只需要將項目建設資金、資源信息等傳輸至模型中，就可以利用子信息模型與實際的項目建設進行對比。

4)生成構(gòu)建模型。項目完成后，將根據(jù)項目的具體實施修改實時模型。一方面，它可以確保實時模型反映建筑物的正確信息。另一方面，它刪除模型中不必要的信息，并保留建筑設備之類的信息,為以后的操作和維護提供數(shù)據(jù)支持，然后生成構(gòu)建模型?？⒐つＰ涂梢陨煽⒐ぷ罱K帳戶報告、竣工圖紙和其他數(shù)據(jù)。

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)層。實時BIM系統(tǒng)主要依靠激光掃描和攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集。通過激光掃描收集三維信息，依靠攝影測量技術(shù)并在現(xiàn)場拍照以獲取幾何信息，例如建筑構(gòu)件的形狀和位置，以及非幾何信息、材料類型。

2)處理層。處理激光掃描數(shù)據(jù)和攝影測量數(shù)據(jù)以與4D BIM模型的仿真進行比較，識別出測量數(shù)據(jù)并與模型中的數(shù)據(jù)進行匹配，然后使用仿真模型中的組件生成真實的時間BIM構(gòu)建模型。

3)應用層。將仿真模型和實時模型的信息進行比較，可以有效地監(jiān)視和管理施工過程中的進度、資源、成本等。實時BIM模型包含有關(guān)施工過程所有維度的信息。此信息適用于管理人員以及參與項目建設的其他人員，他們可以使用信息或進行協(xié)調(diào)和溝通以提供便捷的服務，當項目完成時，可以處理實時模型以生成完整的模型，為項目后續(xù)的操作和維護提供幫助。如圖1所示為基于 BIM 的水利工程施工管理平臺。

圖1 基于 BIM 的水利工程施工管理平臺

2.2.3 施工應用流程

1)模擬BIM系統(tǒng)下的實施過程。考慮到項目建設實施設計階段的建設要求，模擬的BIM系統(tǒng)實施過程的建設包含了項目的設備和材料等信息，因此建設項目設計模型是直接處理獲得構(gòu)造模型。

2)創(chuàng)建4D BIM模型。首先，把設計完成的BIM模型做WBS分解，并將分解完成的建設項目中的每一個子部分進行WBS編碼，添加模型中缺少的技術(shù)、施工等信息，防止漏掉建設項目的關(guān)鍵信息，確保建設項目模型的完整性。

3)施工過程模擬。在模擬過程中如果發(fā)現(xiàn)設計問題，則將它們交付給設計部門進行修改和調(diào)整；如果存在不合理施工程序的設置等問題，將相關(guān)問題提交工程技術(shù)部，進行修改，然后再次進行施工過程仿真試驗，直到仿真結(jié)果滿足施工要求。

4)施工安全管理。通過安全培訓來加深工人對施工技術(shù)的理解，自動識別和標記等也可以識別施工過程中可能存在潛在安全隱患的部分，并根據(jù)此信息準備施工安全管理計劃以改善安全管理。如圖2所示為基于BIM的水利工程施工應用模式。

圖2 基于BIM的水利工程施工應用模式

2.2.4 預期成果

本項目實施后，可以建立一個松子坑水庫的數(shù)字孿生模型，未來將模型接入到水庫管理平臺后，成為三維可視化、水庫運行調(diào)度、日常巡檢、資產(chǎn)圖檔管理等業(yè)務數(shù)據(jù)的載體。模型效果類似如下工程案例：

圖3 大壩主體模型

預計可實現(xiàn)的應用場景：

1)工程三維模型瀏覽：可以通過管理平臺，瀏覽整個工程的三維模型，通過三維模型，量取尺寸、調(diào)閱和模型關(guān)聯(lián)的資料，迅速了解整個工程。

2)設備控制：將管理平臺與現(xiàn)場設備進行關(guān)聯(lián)后，可以通過平臺，選擇模型中的特定設備，對其進行開關(guān)等操作。

3)信息查閱：將現(xiàn)場的監(jiān)測設備接入平臺后，在模型中選中該設備，即可調(diào)出該設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4)設備維護：在模型中選擇某設備，即可派發(fā)關(guān)于該設備的維修工單，并可調(diào)閱關(guān)于該設備的所有維修記錄、廠家信息、備品備件等。

5)監(jiān)控設備關(guān)聯(lián)：將現(xiàn)場的監(jiān)控探頭接入平臺后，在模型中選中該監(jiān)控探頭，即可調(diào)出該探頭的監(jiān)控畫面。上面所例舉的應用場景，需要在水庫管理平臺內(nèi)實現(xiàn)，不包括在本逆向建模工程內(nèi)，本逆向建模工程只是建立BIM和GIS模型，為三維可視化和運行管理中產(chǎn)生的信息提供載體。

3 結(jié)論與展望

將BIM技術(shù)引入水利工程，能夠根據(jù)不同的環(huán)節(jié)需求進行模型精度的確定，使BIM模型不僅能夠滿足項目建設各環(huán)節(jié)的需求，還可以實現(xiàn)建設項目的數(shù)字化信息管理，提升管理水平與效率。就現(xiàn)階段而言，水利行業(yè)中已經(jīng)逐步形成了行業(yè)規(guī)范化的BIM工作流程，在設計、施工、運營階段都具有豐富的應用成果。相信在不久的將來，BIM技術(shù)必將在水利工程建設項目中發(fā)揮更大作用。