BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

莊悅鳴

摘 要 BIM作為我國(guó)當(dāng)今建設(shè)領(lǐng)域最為前沿的技術(shù)之一，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。將BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程的設(shè)計(jì)中不僅會(huì)減少水利工程設(shè)計(jì)的時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本，還會(huì)更加具有效率。但BIM應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域只是現(xiàn)階段的初級(jí)嘗試，還處于探索和試錯(cuò)中，我國(guó)并未熟練地掌握此門技術(shù)，還存在若干實(shí)際操作問(wèn)題。本文將對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行一定程度上的概述，以及分析我國(guó)現(xiàn)階段水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的現(xiàn)實(shí)作用，在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù) 水利工程設(shè)計(jì) 技術(shù)模型

中圖分類號(hào)：TU17;TV22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）10-0011-02

1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)述與水利工程應(yīng)用

1.1 技術(shù)定義

BIM是一款用來(lái)將工程的建造虛擬化，將工程建造信息等數(shù)據(jù)整合于一個(gè)總的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便工程建設(shè)的設(shè)計(jì)和建造，以及工程利益方的數(shù)據(jù)使用和監(jiān)察的新興工具。我國(guó)自二十一世紀(jì)初引進(jìn)BIM技術(shù)，并在各工程建造領(lǐng)域積極推廣該技術(shù)的發(fā)展和使用。BIM技術(shù)作為現(xiàn)階段最為先進(jìn)的一項(xiàng)工程信息收集與管理技術(shù)，它有效地將工程建造信息在計(jì)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段的數(shù)據(jù)高效整合，方便負(fù)責(zé)人等方面的監(jiān)督和管理，大大提高了工程建設(shè)的效率。

我國(guó)水利工程設(shè)計(jì)建造領(lǐng)域一直將引入BIM技術(shù)進(jìn)行具體建造水利當(dāng)作一項(xiàng)重要任務(wù)和目標(biāo)。因水利工程建設(shè)具有建造信息繁雜、施工環(huán)境多變、施工周期較長(zhǎng)等工程特殊性，這也就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和信息跟蹤系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)變化多樣的水利建造。而B(niǎo)IM技術(shù)可以在這些方面彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的不足，并有效跟蹤水利工程自開(kāi)始設(shè)計(jì)到投入運(yùn)營(yíng)的過(guò)程，不僅可以提升建造技術(shù)和水平，還可以降低各方面的建造成本。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

BIM的理念核心解決的是工程效率，所以BIM技術(shù)具有很強(qiáng)的可視性、協(xié)調(diào)性、真實(shí)模擬性、優(yōu)化性等特點(diǎn)。

1.2.1 可視性

傳統(tǒng)的繪圖軟件的痛點(diǎn)是用線條表達(dá)各個(gè)構(gòu)件的信息，真實(shí)構(gòu)件的形狀、大小尺寸、如何應(yīng)用都需要看圖者自行想象，具有很強(qiáng)的抽象性，對(duì)建造速度與準(zhǔn)確性有著很大的限制。而B(niǎo)IM則是將構(gòu)件組合形成模型體現(xiàn)在三維畫面中，各部位構(gòu)件都有其具體的尺寸且更形象和直觀，展示了各部分的互動(dòng)性與聯(lián)系，大大縮短了將圖紙實(shí)體化想象的時(shí)間。

1.2.2 協(xié)調(diào)性

在水利工程建造設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于涉及到的領(lǐng)域繁多，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師之間需要進(jìn)行有效和及時(shí)的溝通以保證整個(gè)工程的合理設(shè)計(jì)和規(guī)劃。而傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)則是各方設(shè)計(jì)自己的負(fù)責(zé)部分，缺乏及時(shí)的溝通，導(dǎo)致各方出現(xiàn)碰撞和矛盾問(wèn)題，圖紙一改再改，延誤工期。BIM可在水利工程建造前期將各專業(yè)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行整合，之后再進(jìn)行協(xié)調(diào)，最后得到最優(yōu)數(shù)據(jù)，減少設(shè)計(jì)師之間的摩擦和設(shè)計(jì)沖突，減少設(shè)計(jì)階段占用的時(shí)間。

1.2.3 真實(shí)模擬性

傳統(tǒng)的水利工程建造因?yàn)楦鞣矫嬉蛩氐挠绊?，在大多?shù)情況下都需要進(jìn)行返工和停工，對(duì)于金錢和工期的消耗都是非常大的。BIM在設(shè)計(jì)階段可以就材料使用、緊急情況演練等情況進(jìn)行真實(shí)模擬，將所有可能情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬演練，減少突發(fā)情況的損失。如水利工程施工過(guò)程中出現(xiàn)斷層或地面下陷等情況該如何應(yīng)對(duì)才能將人員和經(jīng)濟(jì)損失降到最低，用BIM技術(shù)將情況模擬，之后討論提出解決方案，為工程的安全提供保障。[1]

1.2.4 優(yōu)化性

BIM模型提供了水利工程所存在的真實(shí)信息和數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)代建筑所需要的幾何數(shù)據(jù)、物理數(shù)據(jù)、規(guī)則數(shù)據(jù)等等，因工程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的復(fù)雜、多樣程度大大超出人類的記憶學(xué)習(xí)極限，所以BIM可以將各方數(shù)據(jù)集合進(jìn)行優(yōu)化和協(xié)調(diào)，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)和投資預(yù)算與預(yù)期回報(bào)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算，使投資人或業(yè)主對(duì)于此工程項(xiàng)目的投入和回報(bào)有清晰的認(rèn)識(shí)，更利于對(duì)工程施工的項(xiàng)目?jī)?yōu)化、縮減工期、節(jié)約造價(jià)成本。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程建設(shè)中的現(xiàn)實(shí)意義

2.1 工程設(shè)計(jì)和管控更加宏觀

水利工程是建造行業(yè)較為艱難和繁雜的一種工程，因?yàn)槠渖婕皩I(yè)領(lǐng)域范圍廣、施工環(huán)境難度大、地理因素復(fù)雜，導(dǎo)致水利工程的建設(shè)困難重重且后續(xù)維護(hù)成本較高，安全隱患也比較多。所以，在工程開(kāi)始施工前，利用BIM 技術(shù)將施工地的氣候、水文水資源、地形地質(zhì)等重要影響因素的勘察測(cè)量信息數(shù)據(jù)整合，利于專業(yè)人員對(duì)此地的各方面情況有詳細(xì)的了解，從而使數(shù)據(jù)分析、計(jì)算工作更加順利地進(jìn)行。以及BIM的造價(jià)計(jì)算功能，為工程的設(shè)計(jì)和管理的進(jìn)行提供了預(yù)算參考。BIM技術(shù)的信息整合跟蹤功能對(duì)于水利工程施工全程甚至后續(xù)維護(hù)等工作有著很重大的作用。水利工程建設(shè)的一大困難就是信息從收集到反饋的時(shí)間長(zhǎng)，程序復(fù)雜，利用BIM 技術(shù)將工程設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)信息輸入，使工程管控處理更加便利和宏觀，負(fù)責(zé)人或管理者就各方信息對(duì)工程進(jìn)行監(jiān)控。

2.2 施工建設(shè)信息流通便利

在水利工程的建設(shè)中，從工程模型設(shè)計(jì)到最后投入運(yùn)營(yíng)甚至是后續(xù)的問(wèn)題解決都需要信息的順暢流通。在設(shè)計(jì)中需要協(xié)調(diào)專家學(xué)者、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、投資方等利益相關(guān)者的要求與建議，以保證水利工程的合理性與可行性，BIM技術(shù)將理想工程虛擬為模型圖紙，模擬工程建造的實(shí)際狀態(tài)，有利于減少溝通步驟和多方考慮成本。在切實(shí)投入至施工后，突發(fā)狀況與工程進(jìn)度也是需要實(shí)時(shí)反饋至管理方，以便進(jìn)行有效的管理和問(wèn)題解決。后續(xù)的維護(hù)與建設(shè)也需要BIM的檢驗(yàn)錯(cuò)誤功能，以減少返工率。使用BIM可以將工程標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，使信息流通便利，更加利于管理。

2.3 減少經(jīng)濟(jì)成本與時(shí)間成本，獲得更多經(jīng)濟(jì)效益

水利工程因?yàn)槠涔て陂L(zhǎng)、變化因素多，往往需要消耗大量的金錢和時(shí)間資源，而對(duì)于一項(xiàng)工程而言，越早投入運(yùn)營(yíng)則經(jīng)濟(jì)收益越大，所以BIM技術(shù)針對(duì)這些問(wèn)題提供了解決方案，在動(dòng)工前召集設(shè)計(jì)方、施工方、材料供應(yīng)商、監(jiān)管方、投資方等方面構(gòu)造一個(gè)虛擬的BIM模型，這個(gè)模型即最后的竣工模型，各方根據(jù)模型各司其職進(jìn)行工作，減少了設(shè)計(jì)圖紙修改頻率，使得材料使用更加精準(zhǔn)，減少了材料和人力、物力的浪費(fèi)，從而縮減工期，節(jié)約建造成本。[2]在此條件下，水利工程建造時(shí)間縮短，便更早投入運(yùn)營(yíng)階段，將方案變現(xiàn)，獲取經(jīng)濟(jì)效益。

3 BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施

3.1 避開(kāi)技術(shù)誤區(qū)，精準(zhǔn)創(chuàng)建模型

BIM技術(shù)將工程中的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)貫穿至整個(gè)工程，從工程雛形的出現(xiàn)到材料的使用、工人的施工方向與工期、最終呈現(xiàn)的效果、建造需要的預(yù)算等等。首先自然是要明確BIM技術(shù)到底是如何應(yīng)用，或指說(shuō)如何應(yīng)用可以發(fā)揮其最大作用。其次則是將二維圖紙的工程設(shè)計(jì)以三維立體的模型方式呈現(xiàn)，其中的模型組成部分零件都有自己的具體尺寸，加之所有數(shù)據(jù)都被設(shè)置參數(shù)方便數(shù)據(jù)的修改，根據(jù)實(shí)地情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確，從而使模型更加準(zhǔn)確和真實(shí)。將設(shè)計(jì)者的核心設(shè)計(jì)思想如何精準(zhǔn)地體現(xiàn)在模型上是一個(gè)非常重要的過(guò)程，這決定著工程的成功與否，更遑論對(duì)數(shù)據(jù)要求甚是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃こ獭Ｋ詫⒛Ｐ托畔⑼暾磉_(dá)也是BIM技術(shù)的一個(gè)亮點(diǎn)之處。其將三維模型的各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)化、調(diào)整后又以簡(jiǎn)單的形式反射回二維圖紙，不同的企業(yè)可以根據(jù)自身的特點(diǎn)調(diào)整BIM模型設(shè)計(jì)和模板，使BIM模板創(chuàng)建更加精準(zhǔn)。

3.2 構(gòu)建技術(shù)框架，保證工程的實(shí)施

模型創(chuàng)建完成后，需要對(duì)模型各部分零件的尺寸進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量和計(jì)算，保證誤差在標(biāo)準(zhǔn)線之內(nèi)。BIM技術(shù)并不是一款軟件或模型制作，而是一種新興技術(shù)，包括數(shù)據(jù)整合、模型創(chuàng)建等功能，所以需要具有專業(yè)相關(guān)操作知識(shí)的人員為工程的建造搭建完整的技術(shù)框架，以保證工程的順利實(shí)施。BIM技術(shù)的各項(xiàng)功能都應(yīng)穩(wěn)定扎實(shí)地進(jìn)行操作，例如模型與圖紙的一致性，傳統(tǒng)軟件如AutoCAD和sketchup等畫圖功能常常不能將圖紙內(nèi)容反射到模型上，圖紙與模型尺寸等內(nèi)容對(duì)不上是常態(tài)。而B(niǎo)IM的應(yīng)用可以解決這一問(wèn)題，就需要熟練掌握此技術(shù)的高級(jí)人才來(lái)進(jìn)行操作，且在每一環(huán)都要精準(zhǔn)操作，嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)比，才能將整個(gè)技術(shù)框架支撐起來(lái)，使工程施工的難度大大降低，減少時(shí)間、精力與金錢的消耗。

3.3 信息表達(dá)與繪制輪廓

BIM的模型信息表達(dá)是非常重要的一環(huán)，若是信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程的停滯不前和巨大損失。當(dāng)工程信息和整體輪廓以三維模型形式呈現(xiàn)時(shí)，其小到出水口尺寸，大到整體輪廓框架信息都要準(zhǔn)確地呈現(xiàn)，這對(duì)工作人員的專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用水平有著很高的要求，BIM技術(shù)應(yīng)用熟練可以大大減輕工程難度，但出現(xiàn)錯(cuò)誤就會(huì)造成不可挽回的巨大損失。在工程的信息表達(dá)中，尺寸、建造周期、建造費(fèi)用、生命周期等都是需要進(jìn)行計(jì)算和分析的，重點(diǎn)是如何將信息真實(shí)反饋到圖紙上。所以就需要BIM技術(shù)中的信息計(jì)算功能將信息準(zhǔn)確反映到具體施工圖紙上，保證提供審查的圖紙的工程部分是準(zhǔn)確可行且完整的，因此，提供準(zhǔn)確的模型給繪圖師可以得出明確的施工圖紙，快速描繪輪廓。[3]

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用寓意著我國(guó)工程建設(shè)水平的進(jìn)一步的提升，廣泛應(yīng)用BIM 技術(shù)于水利工程中也是順應(yīng)信息化時(shí)代潮流的正確舉措。通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的詳細(xì)了解，明晰BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)中的重要現(xiàn)實(shí)作用，探索BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用都會(huì)給我國(guó)水利工程的發(fā)展帶來(lái)一次顛覆性的改革。根據(jù)以上內(nèi)容，水利工程建設(shè)應(yīng)用BIM 技術(shù)會(huì)大大提高施工效率、完善信息管控、降低工程成本、獲得經(jīng)濟(jì)效益，有利于我國(guó)水利工程的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳會(huì)攀，白炳南.基于某河道工程的BIM應(yīng)用點(diǎn)探索與思考[J].人民黃河，2020（S02）：187-189.

[2] 汪慧.基于BIM及GIS技術(shù)的水利工程管理三維建模探討[J].河南建材，2021（05）：75-76.

[3] 宋曉建，裴彥青，趙宇飛，姜龍.大石峽水利樞紐工程智慧建設(shè)總體規(guī)劃與頂層設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2021（05）： 5-13，40，93.