水利工程施工中BIM技術的應用探析

趙鵬

(蘭陵縣水利建筑安裝公司，山東 臨沂 277700)

建筑信息模型(BIM)技術實現(xiàn)了建筑設計建設方式從二維向三維數(shù)字化轉變的革命性變革，將信息化、數(shù)字化技術貫穿于建筑建設的全生命周期。隨著BIM技術在建筑行業(yè)領域不斷向縱深發(fā)展，水利工程對BIM技術的應用范圍進一步擴大。水利工程施工具有難度大、涉及范圍廣、專業(yè)要求高、施工條件惡劣等特點，BIM技術的應用，可以充分借助其可視化、協(xié)同性、模擬性等優(yōu)勢特點，優(yōu)化施工布置，實施施工模擬，強化施工質(zhì)量、安全、進度、成本等各方面的管控，實現(xiàn)施工各環(huán)節(jié)的協(xié)同高效完成，提升水利工程施工建設綜合效益?，F(xiàn)階段，水利工程施工中BIM技術應用實踐案例相對較為不足，加強應用探析，對于促進BIM技術在水利工程施工中的應用具有重要意義。

1 水利工程施工特點

1.1 受自然環(huán)境影響大

水利工程職能作用的特殊性決定了工程建設地理環(huán)境的復雜性，其多位于江河或山谷地帶，地質(zhì)條件特殊，水文氣象、地形地貌復雜，自然環(huán)境對工程建設產(chǎn)生直接影響，同時增加了施工建設的復雜性和困難度。

1.2 涉及范圍廣泛

水利工程建設涉及范圍非常廣泛，包括生態(tài)環(huán)境、工程技術、城鄉(xiāng)規(guī)劃、社會經(jīng)濟及政治等多個方面，牽涉的部門行業(yè)范圍廣且多，在很大程度上增加了水利工程建設實施的復雜性。

1.3 施工條件惡劣

水利工程中，水工建筑物在施工建設中，都會受到施工現(xiàn)場復雜的水文地質(zhì)和氣候環(huán)境的影響，并且大多數(shù)水工建筑物還需要承受水的沖擊、滲透、推力和浮力等力的作用。因此，水利工程施工條件非常復雜，惡劣的施工環(huán)境也增加了施工難度。

1.4 專業(yè)要求高

水利工程中，還涉及到非常多的附屬工程，其具有較高的專業(yè)性。同時，水利工程建設質(zhì)量要求高，一旦發(fā)生問題則可能造成難以估計的損失。因此，對水利工程施工中各專業(yè)均提出了高質(zhì)量要求，以確保達到水利施工質(zhì)量標準。

1.5 政府參與多

水利工程是我國公共基礎設施建設中的重要組成部分，其具有重要的社會意義和經(jīng)濟意義，是利國利民的重要建設項目。同時，水利工程建設周期長、資金需求量大。因此，水利工程建設多以政府為主導的政府投資行為，政府參與多。

2 BIM技術特點及應用優(yōu)勢

2.1 BIM技術特點

BIM技術在建筑工程中的應用，能夠通過整合工程信息，建立立體化工程模型，實現(xiàn)工程建設全生命周期的可視化。同時，運用BIM技術還可以根據(jù)工程項目參建各方主體不同以及建設階段不同，實現(xiàn)建筑信息共享，實時提取、修改、增加、更新項目信息，實現(xiàn)工程建設管理的有效協(xié)同。

1)模擬碰撞與優(yōu)化。水利工程施工中，通過應用BIM技術，可以實現(xiàn)對工程全方位、全過程的模擬，通過建立水工建筑物、建筑構件、平面布置、施工管理等BIM模型，可以在模型中進行直觀的模擬碰撞檢測，并以此為依據(jù)實現(xiàn)項目優(yōu)化管理，從而及時發(fā)現(xiàn)施工可能存在的風險問題，保障施工質(zhì)量和安全，并且科學控制施工進度與成本。

2)立體可視化。通過對水利工程項目建設信息進行全面系統(tǒng)的整合，結合施工要求及特點，可以建立工程立體可視化的BIM模型。同時，通過統(tǒng)一信息化平臺，參建各方可以利用平臺登錄系統(tǒng)，直觀獲取工程項目整體或部分建筑物、構件的模型，并通過各專業(yè)碰撞檢測，及時溝通交流，改進優(yōu)化模型，有效提升信息傳遞效率，降低二維向三位轉化過程中信息傳遞誤差造成的返工等情況。

3)全生命周期貫穿。工程建設中，在統(tǒng)一的建模軟件和應用標準之下，同一個BIM模型應用可以貫穿工程建設的全生命周期，包括從規(guī)劃設計階段到最終的運維階段。參建各方只需要根據(jù)自身建設目標要求及實際情況對模型進行合理修改，就可以實現(xiàn)對項目全過程的模擬設計規(guī)劃。

2.2 應用優(yōu)勢分析

相較于房建工程，水利工程中應用BIM技術的起步時間較晚，應用范圍較為狹窄。同時，由于水利工程施工復雜性、困難度較高，BIM技術在實際推廣應用中面臨的困難也較多，推廣速度緩慢。但目前，在已有的實踐與研究中，已經(jīng)證明了BIM技術在水利工程施工中具有良好的應用效果，部分大型水利工程項目及重點工程領域中對BIM技術的應用取得了良好成效。如，某大型水利工程施工中應用BIM技術簡化了設計流程，提高了設計效率，并在正式施工前為參建各方提供了可視化工程建設各環(huán)節(jié)的展示，為后期工程建設提供了重要參考。BIM技術可以實現(xiàn)對水利工程建設全過程的有效控制，具有顯著的應用優(yōu)勢，促進工程建設實現(xiàn)保障施工質(zhì)量與安全，控制施工進度與成本等目標。

1)施工協(xié)調(diào)優(yōu)化。運用BIM技術建立水利工程三維模型，從而為施工單位與監(jiān)理方、設計方、業(yè)主方、材料設備供應方以及相關單位等多部門溝通協(xié)調(diào)提供統(tǒng)一平臺，同時通過立體可視化模型，還可以有效提高各方溝通效率，實現(xiàn)施工各方的有效協(xié)同。

2)施工管理優(yōu)化。在BIM技術應用中，可以實現(xiàn)對工程項目的全方位管理，通過在BIM模型中進行動態(tài)化模擬，及時發(fā)現(xiàn)項目施工中存在的問題，并與相關單位進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，為具體施工提供可靠依據(jù)。同時，運用BIM模型進行復雜施工部分的技術交底、安全交底，可以為一線施工人員提供更加可靠與直觀的指導，提高施工管理效率，提升施工質(zhì)量，轉變施工現(xiàn)場管理的粗放性和盲目性導致的問題，為工程建設順利開展提供有效保障。

3)施工工序優(yōu)化。在施工前，通過在BIM模型中進行施工模擬，尤其對于施工復雜部分進行施工方案模擬和直觀展示，結合施工進度要求進一步優(yōu)化施工工序，確定最優(yōu)化的施工方案，既可以有效提升施工效率，同時還能夠有效避免返工，降低施工成本浪費問題。

4)施工進度及成本控制。在建立完成水利工程三維BIM模型的基礎上，可以增加時間維度，建立工程4D模型；同時增加工程量、工程造價等信息，還可以建立工程5D模型，從而直觀全面的呈現(xiàn)工程各階段施工實際情況，合理確定工程節(jié)點，綜合考慮施工質(zhì)量、安全、進度、成本等各個方面，優(yōu)化調(diào)整得到最佳施工方案，將施工進度及成本控制在合理范圍。

3 水利工程施工中BIM技術的具體應用場景

3.1 施工現(xiàn)場總體布置

在水利工程施工中，運用BIM技術可以實現(xiàn)對施工組織設計總平面優(yōu)化布置，通過水工、建筑、機電等各方面可視化建模，根據(jù)施工現(xiàn)場實際完成布置模型。在施工現(xiàn)場，根據(jù)BIM模型，可以快速全面的了解工程建設整體概況及局部具體設置，同時通過技術轉化處理，輸出高清圖片，并實現(xiàn)現(xiàn)場漫游，輸出圖像、視頻文件。

3.2 施工仿真模擬

通過BIM模型，同時結合運用各類軟件，可以對工程施工重難點、施工工藝技術以及工程運行進行仿真模擬。通過施工仿真模擬，施工技術人員可以進行施工方案的優(yōu)化，同時進行可視化技術交底和安全交底，確保施工人員思想同步，提高施工管理水平，實現(xiàn)施工目標。同時，通過對工程運行情況進行仿真模擬，還可以根據(jù)水文、氣象等自然條件合理優(yōu)化施工技術，提高水利工程施工質(zhì)量。

3.3 施工進度管理

根據(jù)工程合同確定的施工進度，結合BIM模式進行施工進度規(guī)劃，將其與BIM進度管理系統(tǒng)相結合，在施工中，根據(jù)不同施工階段將相關資源投入量進行自動計算分析，從而使相關人員加強圖紙理解，直觀掌握工程量和計劃控制方案實施情況，實現(xiàn)對施工進度的數(shù)字化分析，并以此為依據(jù)進行施工進度管理，加強施工進度控制。

3.4 施工質(zhì)量與安全管理

利用BIM模型，可以實現(xiàn)對工程施工現(xiàn)場各類生產(chǎn)要素的全面控制。在施工質(zhì)量控制中，能夠明確定位質(zhì)量目標，并根據(jù)其實現(xiàn)整改到位，同時也可以將相關資料進行全面整理歸檔，作為質(zhì)量管理的重要依據(jù)。同時，利用BIM模式還可以對危險源進行準確全面的識別，并對其實施動態(tài)化管理，加強施工現(xiàn)場的安全策劃，完善物理防護手段，避免出現(xiàn)防護漏洞引發(fā)安全事故，提高施工現(xiàn)場安全管理水平。

3.5 設備與材料管理

BIM模型中包括工程建設各方面信息，根據(jù)不同的施工部位，可以直接獲取相應的材料及設備詳細列表。在施工前，可以根據(jù)材料及設備信息制定詳細的成本估算，從而為施工材料及設備的采購提供依據(jù)。同時，工程管理人員可以按照施工計劃，對材料及設備信息進行整理，制定合理的材料設備采購及進場計劃，保證材料供應及時，同時避免材料堆積造成的浪費問題。

3.6 工程計量及成本控制

BIM技術在工程計量方面具有突出優(yōu)勢，利用BIM模型對工程各部進行拆分合并，將滿足工程計量支付的內(nèi)容與相關信息進行關聯(lián)和附加，同時通過BIM軟件自動生成報表功能得到自動統(tǒng)計完成的工程量和支付金額。并且還可以為計量支付審核提供可靠依據(jù)，提高審核效率，達到控制工程成本的目的。

4 BIM技術在水利工程施工中的實際應用分析

4.1 工程概況

某工程為大(2)型水利工程，承擔當?shù)胤篮?、發(fā)電、灌溉等重要功能。工程建設內(nèi)容主要是在原有攔河閘基礎上進行重建，屬于重建工程，由土壩、攔河閘、跨船閘工作橋等多個單體工程構成，主要建筑物級別為2級。本工程施工建設全過程運用BIM技術，取得了良好效果。

4.2 BIM技術在工程中的具體應用

4.2.1 施工區(qū)域布置

本工程中，利用Revit軟件的族、概念題量、內(nèi)建模型等功能，結合BIM建模標準，完成工程BIM模型參數(shù)化建模(如圖1)。同時，利用Navisworks軟件對模型進行漫游，通過碰撞監(jiān)測、施工仿真模擬等，提前發(fā)現(xiàn)場地及施工機械設備等主要內(nèi)容布置存在的沖突問題，合理規(guī)劃施工物料堆放位置，優(yōu)化施工物料運輸路線，節(jié)約用地，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場的優(yōu)化布置，提高現(xiàn)場安全性和施工效率。

圖1 工程BIM模型效果圖

4.2.2 施工導流分析

在本工程施工前，應用BIM技術進行了導流設計。利用Civil 3D軟件對匯水、流域、高程、坡度等進行了分析，計算得出相應的容量曲線，同時搭配運用SSA對水文進行了初步分析，包括降雨及洪水過程進行了分析。在此基礎上，進行施工導流設計，合理確定了導流建筑物。同時，在施工過程中，通過數(shù)據(jù)導入，可以隨時對導流能力進行分析，對導流變更情況進行實時預警提示。

4.2.3 建立標準化三維協(xié)同環(huán)境

根據(jù)工程項目相關規(guī)范要求，建立統(tǒng)一坐標體系與標準庫。根據(jù)不同專業(yè)進行項目分配，并且各專業(yè)共同進行項目三維協(xié)同設計，完成后進行模型總裝與檢查，最終確定好綜合模型，并以此為基礎抽取二維圖紙，計算工程量。

4.2.4 施工仿真模擬

施工仿真模擬是驗證施工方案，根據(jù)現(xiàn)場條件以工程實際要求進行施工方案最優(yōu)化設計的過程。在本工程中，施工仿真模擬主要借助Navisworks軟件進行。將BIM模型從Revit中導出文件，并形成.nwc格式，然后將對應模型圖和施工進度數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，再利用Navisworks軟件中TimeLiner工具完成施工模擬，從而為施工管理人員實現(xiàn)管理目標，施工人員提高施工方案的理解等提供有效依據(jù)。同時，該工具還可以通過對單元開始施工、施工過程到完成施工各階段外觀進行直觀展示，從而使施工人員更加直觀形象的了解不同施工階段可以達到的效果，以及施工進度計劃和實際進度可能產(chǎn)生的差異，為優(yōu)化施工進度安排提供依據(jù)。

4.2.5 工程量統(tǒng)計

本工程中，通過建立準確的地形模型、房屋建筑模型、機電模型、金屬結構模型等，將樞紐建筑物、金屬結構以及機電安裝等工程量完成自動化統(tǒng)計，并自動生成報表，直接為工程結算提供可靠參考。如利用BentleyGEOPAK軟件進行水工建筑物設計，并獲取各部分建筑工程量，實現(xiàn)自動化三維配料并自動生成材料詳細報表，包括規(guī)格、型號、數(shù)量等詳細信息，同時實現(xiàn)自動匯總。

4.3 工程應用效果

本工程中，通過應用BIM技術進行水利工程三維模型建模，進一步優(yōu)化施工區(qū)域整體布置，優(yōu)化施工現(xiàn)場材料設備運輸路線，避免了二次搬運增加成本，顯著提升的施工效率。同時利用BIM技術進行施工導流分析，為優(yōu)化施工方案提供重要依據(jù)。建立三維協(xié)同環(huán)境，并運用BIM模型進行施工仿真模擬，將施工進度、施工質(zhì)量與安全各方面要求與模型關聯(lián)，加強參建各方協(xié)同實現(xiàn)施工方案的優(yōu)化改進。將BIM模型關聯(lián)工程清單編制及造價等相關信息，結合軟件工具完成工程量的計算，實現(xiàn)工程量統(tǒng)計的自動化，并為工程造價控制提供依據(jù)。

5 BIM技術在水利工程中的應用現(xiàn)狀與展望

從目前實際來看，我國水利工程項目中對BIM技術的應用尚未建立完善統(tǒng)一的技術標準，各施工單位之間的實際情況不同，在建模標準方面也具有一定的差異，對各階段建模精細化要求的高低也各有不同。因此，還需要相關單位加強應用探索，建立契合水利工程建設實際的BIM技術標準。同時，水利工程建設相關單位也應當充分認識到，BIM技術的發(fā)展為水利行業(yè)發(fā)展帶來的重要機遇，為工程項目項目建設提供了一個全新的平臺，未來BIM技術在水利工程項目中的應用必然會朝著深度應用階段發(fā)展，其應用前景廣闊，掌握BIM技術是水利工程建設單位未來發(fā)展的必然要求。

6 結語

BIM技術在水利工程施工中的應用，為提高工程建設質(zhì)量，提升工程施工管理與建設水平提供了重要技術支持，為實現(xiàn)水利工程建設深化改革與可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要促進作用。因此，水利工程施工應當進一步加強對BIM技術的應用探索，合理優(yōu)化BIM技術在工程施工全過程中的有效運用，進一步促進工程建設提高施工質(zhì)量，保障施工安全，控制施工進度，降低施工成本，實現(xiàn)工程建設效益目標，同時全面提升水利工程建設的信息化、數(shù)字化技術水平。