BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用分析

孟祥愛

（沂南縣界湖街道農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東沂南 276300）

0 引言

BIM技術(shù)指的利用三維技術(shù)、CAD技術(shù)等，共同形成的多維模型信息化技術(shù)。該技術(shù)主要被應(yīng)用于施工項(xiàng)目中，在其設(shè)計(jì)、建設(shè)以及管理中均能被廣泛應(yīng)用。BIM技術(shù)貫穿到施工項(xiàng)目運(yùn)行的全過程，能讓施工人員了解施工的周期以及相關(guān)信息，并能通過數(shù)字工程的模擬工程展示施工過程的實(shí)施狀態(tài)，為工程角色、設(shè)計(jì)以及建設(shè)等工作提供數(shù)據(jù)支持。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是在多種技術(shù)共同支持下產(chǎn)生的新興技術(shù)，是對傳統(tǒng)的二維技術(shù)的轉(zhuǎn)換，與三維數(shù)字技術(shù)相似[1]。將該技術(shù)應(yīng)用于水利工程施工中，能有效提升施工過程的環(huán)保性，促使該行業(yè)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工工程中，能對其虛擬的信息進(jìn)行可視化，對施工成本以及工期進(jìn)行有效地控制，同時(shí)，還能發(fā)揮施工協(xié)同管理等方面的作用，促使施工工程設(shè)計(jì)、決策及運(yùn)行環(huán)節(jié)的工作水平有效提升。同時(shí)，使用該技術(shù)能有效減少資源的浪費(fèi)，縮短施工工期，提升施工工程運(yùn)行后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，并在此基礎(chǔ)上確保施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

BIM技術(shù)在不斷發(fā)展的背景下，運(yùn)用范圍逐漸擴(kuò)大，能擴(kuò)展至建筑工程以外的行業(yè)中。作為一種發(fā)展趨勢，BIM技術(shù)受到較多人的關(guān)注。水利工程正處于建設(shè)的轉(zhuǎn)型時(shí)期，在對其管理的過程中，應(yīng)注重信息劃分應(yīng)用，在信息化的輔助下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)的目標(biāo)。將BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程中，能促使該目標(biāo)有效實(shí)行。

2 BIM技術(shù)意義

1）BIM技術(shù)應(yīng)用在水利工程建筑中，能有效提升其工程質(zhì)量，加快工程施工的進(jìn)度，有效縮短施工工期，故該技術(shù)在水利工程施工中應(yīng)用效果較佳。主要的應(yīng)用技術(shù)是3D技術(shù)與4D技術(shù)，合理運(yùn)用以上2種施工技術(shù)，能促使建筑施工方案以及工藝進(jìn)步。這樣能更好地避免在施工中產(chǎn)生各種問題?？v觀整個(gè)施工過程，尤其是在鋼結(jié)構(gòu)以及機(jī)電安裝過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用能推進(jìn)水利工程施工工作細(xì)化以及深化，對施工工程量進(jìn)行合理的計(jì)算，在水利工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢的不言而喻的。對施工的平面管理以及現(xiàn)場管理中，使用BIM技術(shù)能對該過程中消耗的資源進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)對資源的最優(yōu)化分配。

2）BIM技術(shù)的應(yīng)用能為水利施工工程的開展打開新時(shí)代的大門，使施工工藝及設(shè)計(jì)工作趨向數(shù)字化以及信息化，讓水利工程的施工質(zhì)量、成本以及施工目標(biāo)均達(dá)到預(yù)期需求，能對各項(xiàng)參數(shù)予以有效控制。除此之外，BIM技術(shù)的應(yīng)用能讓施工工作更具規(guī)范性以及科學(xué)性。

3 BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，缺乏針對施工過程的統(tǒng)一化平臺(tái)，導(dǎo)致施工過程中各種資源及信息不能實(shí)現(xiàn)共享的效果，導(dǎo)致施工過程中產(chǎn)生信息閉塞的情況，故在對這一環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整的過程中，應(yīng)不斷對其他環(huán)節(jié)產(chǎn)生變化，這一方式可能會(huì)對設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。將BIM技術(shù)應(yīng)用到其中能有效解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的問題，進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)施工過程中各個(gè)部門中的有效交流。

BIM協(xié)同功能要求在整個(gè)施工過程中，各個(gè)施工環(huán)節(jié)及施工部門均能合理配合，共同參與到施工工作中，BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作應(yīng)嚴(yán)格遵守施工相關(guān)流程以及規(guī)范，才能更好地完成工作[3]。

應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)工作流程。第一，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合水利工程施工的實(shí)際情況，構(gòu)建其基礎(chǔ)模型，以此為基礎(chǔ)，對其他環(huán)節(jié)中模型的設(shè)置工作制定標(biāo)準(zhǔn)。第二，BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作包含的環(huán)節(jié)及流程較為復(fù)雜，其中結(jié)構(gòu)、建筑、電氣等的建設(shè)專業(yè)均需要應(yīng)用到BIM技術(shù)。首先建筑結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)使用合理化的方式構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，將該模型交由其他環(huán)節(jié)工作人員，對其涉及的模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化以及細(xì)化，最終實(shí)現(xiàn)模型的整合。第三，利用各個(gè)施工環(huán)節(jié)的模型信息，構(gòu)建建筑信息系統(tǒng)，對制定完成的模型進(jìn)行有效的檢查，檢查其運(yùn)行過程中是否存在矛盾現(xiàn)象。當(dāng)檢查完成確認(rèn)無誤之后，方能將工程設(shè)計(jì)圖紙導(dǎo)出。如果在這一過程中發(fā)現(xiàn)其存在問題，則應(yīng)將其返回上一步，進(jìn)行細(xì)致檢查以及妥善處理。

4 BIM技術(shù)與三維設(shè)計(jì)的區(qū)別

4.1 基礎(chǔ)功能差異

傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)方式僅能構(gòu)建三維效果圖，對水利工程項(xiàng)目的建設(shè)情況進(jìn)行虛擬化。但是BIM技術(shù)實(shí)行三維設(shè)計(jì)的過程中，具有將模型以及虛擬化內(nèi)容轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)的作用。同時(shí)，該技術(shù)還能應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)分析及項(xiàng)目管理中。BIM技術(shù)與三維設(shè)計(jì)技術(shù)相比，設(shè)計(jì)方式更加優(yōu)化，效果更高。

4.2 協(xié)調(diào)功能

協(xié)調(diào)性是傳統(tǒng)三維設(shè)計(jì)技術(shù)的不足之處，而BIM技術(shù)卻具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)性。一方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用能借助其數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，對施工過程以及施工項(xiàng)目運(yùn)行過程提供指導(dǎo)性作用。另一方面，還能針對施工的不同環(huán)節(jié)，協(xié)同產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，并對其進(jìn)行自動(dòng)化檢查，方便施工人員對施工工程進(jìn)行全方位的觀察，更加有益于其發(fā)現(xiàn)施工工程中產(chǎn)生的問題，并針對其存在的問題進(jìn)行科學(xué)的處理。該技術(shù)的應(yīng)用，使輔助施工人員在整體施工工程完成之前，可以進(jìn)行調(diào)整及變更，減少在施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的偏差及失誤，讓施工工程準(zhǔn)確性提升。此外，借助該技術(shù)還能減少對人力物力及財(cái)力的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)約施工成本的目的。

4.3 數(shù)據(jù)信息功能

傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)方式是在二維設(shè)計(jì)方式的基礎(chǔ)上展開的設(shè)計(jì)方法，故使用該技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，缺少嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓浴５荁IM技術(shù)能以更加嚴(yán)格的邏輯關(guān)系對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，一旦一項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變，與其相鄰的數(shù)據(jù)均會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣的數(shù)據(jù)管理方式能更好地提升施工工程的嚴(yán)謹(jǐn)性及準(zhǔn)確性。

4.4 可視化

相較于傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)方式，BIM技術(shù)具有可視化原則。當(dāng)前水利施工工程較為多樣化和復(fù)雜化，工程施工中涉及的環(huán)節(jié)較為多樣與復(fù)雜。在BIM技術(shù)的輔助下，工程設(shè)計(jì)人員能對施工的整體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部布局情況產(chǎn)生較為直觀的把握，更大程度上降低設(shè)計(jì)工作人員的設(shè)計(jì)壓力以及施工工作人員的工作壓力，進(jìn)一步提升建筑施工成果的質(zhì)量，使之符合建筑施工設(shè)計(jì)的需求。

4.5 設(shè)計(jì)流程

BIM技術(shù)與三維技術(shù)相比，其指導(dǎo)下的水利工程設(shè)計(jì)流程更加符合現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念，能讓水利工程設(shè)計(jì)工作符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

5.1 基于地形BIM模型的土方量計(jì)算

對水利工程建設(shè)中的土方量的測量以及計(jì)算結(jié)果，是整個(gè)施工工程運(yùn)行的重要依據(jù)，能為施工預(yù)算、施工設(shè)計(jì)以及施工現(xiàn)場的安排提供參考。當(dāng)前，土壤計(jì)算的軟件多由AutoCAD系列和GIS、遙感系列兩種系統(tǒng)構(gòu)成[5]。使用BIM技術(shù)對土方量進(jìn)行計(jì)算，以BIM技術(shù)為施工過程中提供的模型為基礎(chǔ)，在BIM技術(shù)輔助下建設(shè)的模型，能與施工現(xiàn)場完全符合，具有較強(qiáng)的真實(shí)性。

首先，對原始地形曲面模型以及設(shè)計(jì)模型進(jìn)行繪畫，以上兩個(gè)空間三維模型繪畫的結(jié)果之間存在交點(diǎn)，并能將交點(diǎn)連接成線。連接線也就是原始地形曲面圖與施工設(shè)計(jì)曲面圖的交匯線，其交匯線中所包圍出的空間，就是施工中應(yīng)該開挖或者填筑的土方量，在此基礎(chǔ)上能生成體積曲面。其次，在BIM技術(shù)下，生成的原始地形曲面以及設(shè)計(jì)地形曲面是動(dòng)態(tài)化的，中間也具有一定的關(guān)聯(lián)性。在水利工程施工方案選擇中，借助模型，加快土方開挖以及填筑的實(shí)驗(yàn)的速度，對土方的開挖量以及填筑量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，可以選出更優(yōu)的土方開挖方案。

5.2 水工建筑物BIM模型的應(yīng)用

5.2.1 基于水工建筑物BIM模型的樞紐布置

水利工程樞紐布置工作的根本任務(wù)是對水利工程的水平以及高程進(jìn)行計(jì)算，并合理布置。水利工程是較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)過程中，不能以一般的確定算法解決其建設(shè)中的樞紐布置任務(wù)，應(yīng)先了解施工條件，并在此約束下，選擇合適的施工方案。當(dāng)前施工方案均在平面的基礎(chǔ)上建立，在此過程中需要工作人員具有較為豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，并掌握較強(qiáng)的綜合性推理能力。

在對比不同方案的過程中，建立水利工程的BIM模型，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?，對建設(shè)完整的項(xiàng)目總體沙盤，能讓建設(shè)人員更加直觀地了解到水利工程以及其周圍地形之間的制約關(guān)系。同時(shí)，在BIM技術(shù)下建立的模型，還能實(shí)現(xiàn)空間上的移動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)更改一處內(nèi)容，帶動(dòng)其他內(nèi)容共同更改的效果，能讓每一個(gè)決策均成為對施工工程整體進(jìn)行更改的決策，并完成可視化沙盤。在項(xiàng)目比選階段實(shí)行可視化，能讓項(xiàng)目工程的參見者均對項(xiàng)目工程有較完善的了解，實(shí)現(xiàn)對其項(xiàng)目的有效控制，更好地了解水利施工工程的重點(diǎn)以及難點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)對資源的合理化配置，為后續(xù)施工工作以及組織設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

5.2.2 BIM模型信息的應(yīng)用

1）管理信息化。建筑施工工程是較為典型的協(xié)同性工作，針對不同專業(yè)以及不同職責(zé)的工作人員，應(yīng)完善施工信息的共享，并針對信息完成交流，在此過程中會(huì)產(chǎn)生較多的信息量[6]。如果在施工工程運(yùn)行中，各個(gè)項(xiàng)目的參建者各自為政，不能實(shí)現(xiàn)對信息交流，則可能會(huì)產(chǎn)生信息孤島或者斷層的情況。BIM模型中蘊(yùn)含大量的信息，借助BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)信息的可視化、關(guān)聯(lián)性以及高效性，能推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)過程中信息的交換與共享，并能為信息的交換提供有效的平臺(tái)。按照項(xiàng)目實(shí)行的不同階段，將BIM技術(shù)信息化平臺(tái)進(jìn)行劃分為設(shè)計(jì)管理信息平臺(tái)、項(xiàng)目實(shí)施階段信息平臺(tái)和項(xiàng)目驗(yàn)收及運(yùn)維信息平臺(tái)。設(shè)計(jì)管理平臺(tái)中包含項(xiàng)目建議書、項(xiàng)目可行性報(bào)告以及初步設(shè)計(jì)3階段的信息；項(xiàng)目實(shí)施平臺(tái)中包括施工圖設(shè)計(jì)和施工技術(shù)交底階段的信息；項(xiàng)目驗(yàn)收與運(yùn)維信息平臺(tái)中包括竣工驗(yàn)收，以及項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)階段的信息。因此，使用BIM技術(shù)建立項(xiàng)目中央信息儲(chǔ)存庫，縮短了工程項(xiàng)目的生命周期，轉(zhuǎn)變了信息的管理方式。水利工程在建設(shè)過程中，需要投入較多的資金，建筑工程中需要較多施工人員，并且一旦建成，使用周期較長，流動(dòng)人員較多，因此，部分隱性的失誤現(xiàn)象則可能會(huì)對整個(gè)建設(shè)工程產(chǎn)生較大的損失。應(yīng)用BIM技術(shù)建設(shè)信息管理平臺(tái)，能確保信息的完整性，提升信息的準(zhǔn)確性，讓信息的源頭實(shí)現(xiàn)可追溯。

2）技術(shù)信息化。水利工程施工較為復(fù)雜，施工量較大，施工中需要面臨的難點(diǎn)也較多，當(dāng)前我國水利工程施工技術(shù)存在不足之處。BIM技術(shù)是對建設(shè)工程的物理性質(zhì)以及功能性質(zhì)予以描述的信息庫，利用該技術(shù)建立BIM模型，并在設(shè)計(jì)及施工等環(huán)節(jié)中應(yīng)用。對于完整的BIM技術(shù)來說，其中不僅包含虛擬的三維模型，更包含可視化的施工任務(wù)以及施工順序內(nèi)容，這些信息能實(shí)現(xiàn)對施工工程的安排，確定施工計(jì)劃及整個(gè)施工內(nèi)容。BIM模型中運(yùn)含水利工程的定量信息，能直接與成本數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，并對工程項(xiàng)目的前期投入控制產(chǎn)生較好的控制效果，制作出較為精密的模型，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目成本的準(zhǔn)確估算。

6 應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)

應(yīng)用BIM技術(shù)應(yīng)與建設(shè)工程實(shí)際發(fā)展情況相適應(yīng)。設(shè)計(jì)單位應(yīng)以其自身發(fā)展情況，在調(diào)研的基礎(chǔ)上完成平臺(tái)的選擇，充分認(rèn)識(shí)到自身發(fā)展的需求，確保BIM技術(shù)能發(fā)揮其最大的作用。

設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)不應(yīng)采用全面鋪展的方式，而是應(yīng)先針對某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)，并逐漸推廣。同時(shí)，建設(shè)中還應(yīng)熟練掌握BIM技術(shù)，并對其進(jìn)行評價(jià)，分析該技術(shù)是否滿足當(dāng)前工作模式。

當(dāng)前應(yīng)用BIM技術(shù)，均需要引進(jìn)較多的外國設(shè)備，因此，可能會(huì)產(chǎn)生技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況與國內(nèi)市場發(fā)展情況不相適應(yīng)的問題。在BIM技術(shù)的應(yīng)用初期，一定要有專業(yè)的工作人員及技術(shù)人員提供技術(shù)指導(dǎo)，在掌握技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)用法后實(shí)行施工工作。

BIM技術(shù)的應(yīng)用需要耗時(shí)較長的時(shí)間，其技術(shù)應(yīng)用情況能決定建設(shè)內(nèi)部組織恩怨的安排。部分設(shè)計(jì)單位剛開始使用BIM技術(shù)時(shí)，急于求成，導(dǎo)致技術(shù)的應(yīng)用范圍較大，致使在未真正了解該技術(shù)時(shí)就盲目使用，導(dǎo)致建設(shè)任務(wù)的最終目標(biāo)無法完成，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)對整個(gè)施工流程造成損失。

7 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前時(shí)代發(fā)展速度較快，水利工程項(xiàng)目的規(guī)模也逐漸擴(kuò)大，對我國水利工程項(xiàng)目的發(fā)展產(chǎn)生了較好的影響，同時(shí)也給其發(fā)展帶來了較大的挑戰(zhàn)。為進(jìn)一步提升其建設(shè)效果，應(yīng)積極利用BIM技術(shù)，借助其優(yōu)勢，確保水利工程高效完成。此外，合理運(yùn)用BIM技術(shù)還能有效縮短工期，減少施工投入等。故應(yīng)積極利用該技術(shù)，并遵循其注意事項(xiàng)，為建設(shè)工程單位創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。