BIM技術在水利工程運維管理中的應用分析

溫 玲

河北省大清河河務中心

1 BIM概述

1.1 BIM簡介

信息建筑模型BIM（Building Information Modeling，Building Information Model）是以工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，即建筑信息模型的建立。BIM技術應用于建筑工程項目的全生命周期內，以信息為突破口，對其物理和功能屬性進行數(shù)字化表達，打破設計、施工、運行、管理各個階段之間的屏障，使設計、施工、運維中各種過程和結果信息始終整合于一個三維模型數(shù)據(jù)庫中[1]，幫助實現(xiàn)建筑信息的集成，減少各種項目問題，避免無端浪費及爭議，實現(xiàn)工程建筑信息透明化和準確性，實現(xiàn)實時共享，便于各環(huán)節(jié)、各參與方之間信息地傳遞，并且不斷在更新、豐富和充實。

1.2 BIM的發(fā)展歷程

1975年，喬治亞理工大學教授、“BIM之父”Chuck Eastman提出未來可以對建筑體以計算機系統(tǒng)仿真，并命名為“Building Description System”系統(tǒng)，BIM這一概念首次被提出[2]。20世紀80年代后，芬蘭學者提出“Product Information Model”系統(tǒng)，1986年，美國學者Robert Aish提出“Building Modeling”。2002年由Au?todesk公司提出建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）,這是對建筑設計的創(chuàng)新，是計算機輔助設計新的重大突破，但尚停留在學術研究領域，缺乏實踐案例，無法得到廣泛的應用。進入21世紀，隨著計算機軟硬件水平的高速發(fā)展，采用64位引擎GPU的專業(yè)繪圖芯片同多核處理器協(xié)同作用，可執(zhí)行類并行計算機運算，BIM研究和應用得到突破性進展，全球三大建筑軟件開發(fā)商，都推出了自己的BIM軟件，BIM逐漸成為產業(yè)中解決實際問題的生產力工具。

2004年正式進入中國。此后很長時間內，BIM經歷一個很緩慢的發(fā)展階段，隨著我國大型項目的增多、國內外合作更加密切，近十年迎來了我國BIM技術的較快發(fā)展，業(yè)內對BIM的認可度逐步提高，應用范圍日漸擴展，同時也面臨著技術人才短缺的問題。

1.3 BIM的技術特點

BIM技術具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大基本特點[3]。

（1）可視化：“所見即所得”，建筑物得到更加直觀的清晰表現(xiàn)，構件之間形成互動性和反饋性，呈現(xiàn)效果圖，便于在項目設計、建造、運營過程中進行溝通、討論、決策。（2）協(xié)調性：在項目施工前期，綜合各個專業(yè)的設計圖紙自動檢查，進行碰撞檢測，系統(tǒng)識別出存在的問題，對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調[4]，并生成報告，將問題解決在設計階段，避免在施工階段發(fā)生沖突，協(xié)同施工進度計劃、便于物業(yè)化管理。（3）模擬性：在方案和施工階段可以進行各種模擬，除了三維模型外，還包括4D模擬（3D+發(fā)展時間）、5D模擬（4D+造價），如模擬組織施工，節(jié)能模擬、進度模擬、造價模擬、緊急疏散模擬、消防人員疏散模擬、地震逃生模擬等[5]。（4）優(yōu)化性：工程項目的復雜程度較高時，現(xiàn)代建筑物的復雜性大多超過了參與人員本身的能力極限，參與人員的能力無法掌握所有的信息[6]，必須借助一定的科學技術和設備的幫助，BIM技術即具備這樣的優(yōu)勢。（5）可出圖性：可快速需要的各種生成平、立、剖圖紙，生成明細表，及體積、面積等數(shù)據(jù)，并且“一處更改，處處更新”，避免傳統(tǒng)2D繪圖由于疏忽帶來的遺漏，造成實施中不必要的損失。

2 我國水利工程運維管理中存在的問題

2.1 傳統(tǒng)管理手段存在局限性

我國中小型水利工程分布廣泛、數(shù)量眾多，受到地理環(huán)境的影響，多集中在較為偏僻的地區(qū)，管理水平相對落后。目前水利工程管理仍以傳統(tǒng)的紙質資料和CAD圖形作為信息載體，對工程資料進行保存、歸檔、調用，來保存信息進行設備管理，這存在很多問題。諸如六七十年代所建的眾多閘涵，很多是紙質手繪圖紙，并且由于年代久、易丟失、材質脆、難儲存、字跡辨識困難，其中很多工程只能找到部分圖紙，這些資料很難完整表達工程的具體情況。

隨著計算機技術、網絡技術和信息技術的飛速發(fā)展，近年來一些中小型水利工程管理單位也在逐步完善電子圖表影像資料和推進數(shù)字檔案工作，可是水利工程的管理模式還是以相對靜態(tài)的、獨立的傳統(tǒng)粗獷形手段為主，信息獨立，難以關聯(lián)、整合，很難將工程管理工作系統(tǒng)化、動態(tài)化，影響了工程工程運行管理和維養(yǎng)作業(yè)的效率及質量，傳統(tǒng)的水利工程管理模式存在的局限性日益凸顯。

2.2 運維過程中存在技術障礙

一般水利工程建筑生命周期從規(guī)劃、設計到施工，可能只需要0.5~3年時間，但交付使用后，運行、維護、改善和更新的時間將長達20~100年。工程的維護運營階段占有工程全生命周期的絕大部分，工程運維涉及工程管理方、水利勘察設計院、工程施工建設單位等多個專業(yè)或團隊，多方之間很難對工程做到及時有效地協(xié)同管理，工作內容煩瑣、效率較差，如在傳統(tǒng)的物業(yè)管理中采用指派聯(lián)絡員填寫表格、參照工程現(xiàn)場照片示意、情況說明等自成體系的獨立管理模式，信息相對孤立，各個專業(yè)之間溝通不順暢，信息流動性差，存在一定的技術對接障礙。

3 BIM技術在運維管理中的應用分析

隨著經濟和社會的飛速發(fā)展，計算機技術、互聯(lián)網技術、遙感技術等在各個領域被廣泛應用，信息化的發(fā)展使得工程的規(guī)劃設計、施工建設和運行、維養(yǎng)更加智慧、高效。隨著BIM應用的越來越多，水利工程的運維管理也在逐漸遇到機遇和挑戰(zhàn)，工程運維管理與工程的設計、施工一脈相承，將BIM模式嵌套入工程運維管理之中將是未來發(fā)展的必然趨勢。

為了提高水利工程運維管理效率，在現(xiàn)行的物業(yè)化的維養(yǎng)方式的基礎上，將BIM模型與之相結合，對于在設計、施工階段已裝配了BIM系統(tǒng)的水利工程，可以實現(xiàn)BIM技術地直接對接管理，而對于大多數(shù)中小型水利工程，可以嘗試將BIM模式地工作思維滲透到其運維管理工作之中，根據(jù)具體條件，分階段推進BIM化管理。

3.1 在工程項目維修養(yǎng)護施工前

在工程項目維修養(yǎng)護施工前，利用BIM良好的可視化和協(xié)調性特點，能夠更形象、準確、全面、快速地掌握和傳遞工程運維管理信息?，F(xiàn)行的水利工程物業(yè)化管理模式，在每年維修養(yǎng)護項目開始前，根據(jù)工程情況上報維修養(yǎng)護方案，審批后進行公開招標、簽訂合同、施工單位組織施工、竣工驗收。在整個過程中，針對工程情況，管理單位需要與設計院和施工方進行多次接洽，而BIM技術具有“所見即所得”得可視化效果，將歲修養(yǎng)護需求、方案等通過參數(shù)化賦予在三維模型的族構建中，工程得到更加直觀的清晰表現(xiàn)，形成互動性和反饋性，呈現(xiàn)效果圖，利于相關方面進行有效溝通。在維修養(yǎng)護施工前，通過4D模型（三維模擬疊加項目的發(fā)展時間）和5D模型（4D模型疊加造價）模擬組織施工，確定合理的施工方案和工序安排來指導施工。這樣將技術設施、工藝做法、用料、工程量、資金預算等問題信息打包集成，便于管理方同設計院、施工方等各方精準、高有效對接，利于工程后期管控。

3.2 在工程項目維修養(yǎng)護施工過程中

在工程項目維修養(yǎng)護施工過程中，統(tǒng)籌調度工程的進度、成本、質量與安全管理。在進度管理方面，通過不同顏色來細分標注施工狀態(tài)，將計劃施工進度與實際進度進行對比，生成時間軸，及時調整施工進度并形成記錄，提高速度的總體控制。利用BIM技術形成成本控制，通過添加施工日志、工程量月表、項目清單、明細表等信息，實現(xiàn)成本精細化、動態(tài)化管理。施工人員、實施時間、新增或更換的配件信息等及時上傳到BIM中，形成質量和安全工作的動態(tài)記錄，提高質量與安全管理時效性、可溯性?；贐IM技術建立的協(xié)同工作的平臺，有利于各方面人員或團隊可協(xié)同合作，例如在出現(xiàn)現(xiàn)場變更問題時，一方在授權內做出的變更可同步到其他參與方，具有“一處更改，處處更新”特性，協(xié)同施工進度計劃，BIM技術模型能夠打破CAD時代各專業(yè)獨自作業(yè)、工作流線交錯復雜、設計難以更改的壁壘，有效避免了傳統(tǒng)2D繪圖由于疏忽帶來的遺漏，造成實施中不必要的損失，便于物業(yè)管理，節(jié)約人力、物力、財力，有效提高了管理效率。

3.3 在水利工程運行管理中

水利工程項目建設完成交付使用后，會有很多的文檔資料以及數(shù)據(jù)信息，采用傳統(tǒng)的水利工程管理模式，需要占用了大量的資源與時間對信息進行整理、匯總，并且可有效保存的時間也比較短,，還不方便及時調取使用。建立BIM模型，可以將復雜煩瑣的圖紙、影像資料、坐標參數(shù)等數(shù)據(jù)信息進行整合統(tǒng)一，全面掌控工程各個數(shù)據(jù)信息之間的相連關系，提升了文檔管理工作的效率以及保存時間和調用價值。

由于BIM技術模型包含了水利工程的各種構件的規(guī)格大小、安裝時間與順序以及出廠信息、啟閉機以及水利工程建筑物等多方面的信息，在工程交付使用后能夠有利于后期的運行維護管理工作，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并加以解決，最大限度地降低因故障造成的損失。通過導入水文信息、遠程監(jiān)控、遙感技術、地理信息模型等技術手段，綜合利用整合平臺，進一步強化水利工程運維管理。

另外，有防洪防汛、輸水、引水功能的水利工程，還可通過BIM技術進行對閘門開度、流量、洪水過程等任務模擬，以及與安全生產管理相關的消防疏散模擬、地震逃生模擬等，作為緊急預案的模擬演練。

4 總結與展望

通過BIM技術建立的模型，提供了一個可視化、協(xié)同作業(yè)等多維的信息整合平臺，提供了工程項目的系統(tǒng)、全面的完整信息，使管理者更準確、全面、快速地掌握工程運維管理信息，為管理者決策提供可靠依據(jù)，使得水利工程運維管理更加協(xié)同、高效。將BIM技術應用在水利工程運維階段，能夠進一步強化運維管理效率和水平，這也將是未來的發(fā)展的必然趨勢。