水利工程施工中BIM技術(shù)的應用探析

王 佳

(撫順海峰水利工程有限公司，遼寧 撫順 113300)

從21世紀以來，計算機硬件技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、軟件及信息處理技術(shù)取得了突破性發(fā)展，實現(xiàn)了2G向5G網(wǎng)絡技術(shù)的轉(zhuǎn)變，各種新型技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應用也越來越廣泛。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展工程項目表現(xiàn)出了新的特征，如跨度越來越大、結(jié)構(gòu)越來越復雜、規(guī)模越來遠大[1-2]。以二維圖紙為基礎(chǔ)，通過空間想象創(chuàng)建整體模型難度較大，二維設(shè)計的CAD圖紙已無法適應現(xiàn)階段參建各方主體溝通協(xié)調(diào)的工作要求。為了提高工程施工效率，實現(xiàn)三維可視化設(shè)計和施工模擬BIM技術(shù)順勢而生。

1 BIM技術(shù)特點

通過數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)和一系列功能軟件，BIM技術(shù)能夠有機整個工程項目的各種信息，并以可視化、多維度、多功能立體模型實現(xiàn)展示[3]。BIM模型能夠結(jié)合項目參建主體和不同階段實際要求，綜合各類信息實現(xiàn)資源的實時共享，快速有效的更新、修改、插入、提取項目信息。BIM模型相對于傳統(tǒng)的CAD圖，既能實現(xiàn)三維空間表達又能引入安全管理、造價、時間等其它微度信息[4-5]。

1)模擬碰撞與優(yōu)化。實現(xiàn)水利工程多方位、全過程模擬是BIM模型的基本功能，主要包括建筑物或構(gòu)件、平面布置、施工進度以及后期修建管理等模擬。通過直觀的模擬碰撞和優(yōu)化項目管理等，實現(xiàn)問題的及早發(fā)現(xiàn)和施工成本、工期、質(zhì)量的科學控制。

2)立體可視化。在系統(tǒng)整合項目信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工特點構(gòu)建能夠全部可視化的三維或四維BIM模型。各參建主體利用共享平臺登錄系統(tǒng)終端，可以直觀地看到建筑物或構(gòu)件成型后的形態(tài)，通過及時有效的溝通大大降低信息傳遞誤差率，減少在二維和三維轉(zhuǎn)化過程中擬建建筑物或成品、二維圖紙、三維建筑施工等信息傳遞環(huán)節(jié)。

3)貫穿項目全生命周期。在建模軟件和應用標準保持不變的情況下，規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、運營維護等全生命周期內(nèi)可以使用同一BIM模型，各參建主體按照目標要求和具體情況可以適當?shù)男薷哪Ｐ停源藢崿F(xiàn)全方位、全歷程的模擬設(shè)計。

BIM技術(shù)的實現(xiàn)是以一系列操作軟件在相應標準下協(xié)同完成的，由此達到維護、管理、施工、設(shè)計等多信息共享和傳遞，該過程并非一款軟件所能實現(xiàn)的[6]。采用REVIT等軟件建立模型，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化處理和可視化設(shè)計輸出圖像，從而實現(xiàn)項目信息集成、成本核算、設(shè)計模擬、能耗計算等。

2 水利工程施工特點

1)影響因素多。水利工程絕大多數(shù)建于大江大河和崇山峻嶺上，水文氣象、地形地貌、地質(zhì)條件等自然因素對施工建設(shè)的影響較大。

2)設(shè)計部門多。水利工程建設(shè)涉及生態(tài)環(huán)境、工程技術(shù)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展、社會政治、財政金融、居民生活等經(jīng)濟社會各方面，牽涉到的行業(yè)和部門較多，這也是水利工程的典型特征。

3)施工條件較復雜。大多數(shù)水工建筑物都會受到水的滲透力、沖刷力、推力、浮力等作用，且水利工程運行大多處于水文地質(zhì)、氣候條件等因素無法準確把握的情況下，工程運行和施工條件整體復雜。

4)質(zhì)量要求高。水利工程的施工條件復雜且附屬工程多，加之一旦失事將會帶來難以估計的經(jīng)濟損失，所以具有更高的施工質(zhì)量要求。

5)政府參與多。水利工程建設(shè)周期長，資金投入規(guī)模大，工程建設(shè)具有重大的經(jīng)濟和社會意義，對當?shù)匾约皣叶季哂猩钸h的影響，所以水利工程建設(shè)大多屬于政府投資行為。

3 BIM技術(shù)的應用現(xiàn)狀與優(yōu)勢

3.1 應用現(xiàn)狀

1)專業(yè)人才不足。應用BIM技術(shù)時，既要熟練的操作有關(guān)軟件完成建模，更要考慮BIM理念有機結(jié)合現(xiàn)場施工和技術(shù)。然而，水利施工企業(yè)中既有熟練運用BIM技術(shù)又有豐富施工經(jīng)驗的技術(shù)人員非常少。精準快速的模擬計算是發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢的關(guān)鍵，而現(xiàn)有計算速度和數(shù)據(jù)儲備難以滿足實際要求。

2)BIM應用不夠深入。目前，大多數(shù)施工單位的綜合建模能力還不高，主要采用項目信息錄入、輸入CAD圖紙等方式建立BIM模型。所謂的BIM應用僅僅是渲染圖片，完成簡單的三維建模，BIM技術(shù)的作用和優(yōu)勢并沒有得到真正發(fā)揮[7]。

3)軟件系統(tǒng)尚不成熟。水利工程施工環(huán)境復雜，涉及參建方多，較建筑而言具有更高的BIM技術(shù)訴求，然而BIM技術(shù)的應用效果卻并不明顯，這主要是由于至今尚未開發(fā)適用、專屬水利工程的BIM軟件。此外，實際應用起來各軟件中量算、造價模塊的應用效果較差，雖然模塊應用較早，但在真正計量核算中絕大多數(shù)仍無法使用。水利工程與建筑行業(yè)相比，尚未開發(fā)統(tǒng)一的各BIM軟件接口或標準，這給BIM技術(shù)的互通與推廣帶來了極大的阻礙。

3.2 優(yōu)勢分析

水利工程與房屋建筑行業(yè)相比具有施工難度大、相關(guān)專業(yè)多、涉及范圍廣、BIM技術(shù)應用起步晚等特點，所以推廣速度較慢。近年來，隨著各部門的積極推廣，在復雜龐大項目和重點工程領(lǐng)域BIM技術(shù)逐漸得以初步應用，并取得一定成效。例如，某研究院應用BIM技術(shù)，并采用有關(guān)軟件完成道路建設(shè)、場地規(guī)劃、測繪、勘察的分析、設(shè)計和三維建模等工作，通過三維族庫整合和軟件平臺應用完成整個工程的建模及設(shè)計。BIM技術(shù)的應用簡化了設(shè)計流程，設(shè)計效率得到明顯提升[8]。正式開工前，讓參建各方以可視化、數(shù)字化的方式看到了工程建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，并取得了良好效果。

根據(jù)以上實踐經(jīng)驗，應用BIM技術(shù)從整體上控制整個水利建設(shè)過程，有利于保證施工安全、成本、質(zhì)量和進度等目標實現(xiàn)，具體如下：

1)施工協(xié)調(diào)優(yōu)化。項目建設(shè)時，施工單位需要與諸多部門協(xié)調(diào)溝通，如監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計、材料供應商、交通部門、相鄰標段施工單位、審批單位等。另外，對于從事非工程建設(shè)專業(yè)的人員很難按照文字描述或者圖紙想象出三維立體的建筑物形狀[9]。因此，應用BIM技術(shù)生成三維模型既可以直觀地進行展示，又能大大提升各部門間的溝通效率。

2)施工管理優(yōu)化。為了逐步轉(zhuǎn)變現(xiàn)階段盲目粗放的現(xiàn)場管理現(xiàn)狀，必須切實提升工程施工管理水平。將BIM技術(shù)應用于項目管理，通過動態(tài)模擬能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的各類問題，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整和后期控制有效避免盲目施工的出現(xiàn)。此外，運用搭建的三維模型對復雜的施工部位進行安全交底、技術(shù)交底，可更加具體和直觀的指導一線施工，可以使現(xiàn)場工人和作業(yè)層更易理解，大大提高施工效率和溝通效率[10-11]。

3)施工工序優(yōu)化。在正式開工前結(jié)合施工進度和工序，通過建立模型能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場情況進行直觀形象的展示，可全方位的模擬復雜的施工方案和工程部位，并確定最優(yōu)的方案和工序，最大程度的降低返工的發(fā)生概率。

4)施工進度保證。在建立水利樞紐三維BIM模型的基礎(chǔ)上，可從時間維度上融入進度計劃創(chuàng)建4D模型，融入工程量、成本造價等信息還可創(chuàng)建5D模型，更加直觀地展示項目各階段的施工情況，實現(xiàn)全過程模擬。因此，BIM技術(shù)能夠合理確定項目節(jié)點，通過適當調(diào)整實現(xiàn)施工方案的最優(yōu)。

BIM技術(shù)能夠可視化模擬項目的重點施工環(huán)節(jié)，合理規(guī)劃布置施工平面，更加直觀地掌握材料、機械等使用情況。同時，經(jīng)碰撞檢查可以提前發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的沖突、矛盾，并針對存在的問題制定行之有效的解決方案，為實現(xiàn)進度、資源、成本的最優(yōu)化提供保障。

4 結(jié) 論

近年來，隨著水利部門的大力推廣和一系列支持政策的出臺，BIM技術(shù)被越來越多的應用于水利工程領(lǐng)域。近期大批重點工程試點對應用BIM技術(shù)給出了具體要求，將BIM技術(shù)應用于水利工程中既能明顯提升工作效率，又能更加精確、細致地控制各個施工階段和過程，徹底轉(zhuǎn)變以往企業(yè)不重技術(shù)、只重經(jīng)驗的現(xiàn)象，更好更快的促進水利施工技術(shù)的完善和發(fā)展。