BIM技術在水利工程建設與管理中的應用探討

康進軍

（榆中縣興隆水管所，甘肅榆中 730100）

0 引言

水利水電工程由于其功能與結(jié)構(gòu)的特殊性使得其整體建設難度較大，若想要確保工程項目可將其功能優(yōu)勢予以充分發(fā)揮并保證其安全性，就需要反復針對工程予以檢驗與深度考核，從而實現(xiàn)預期的工程建設目標。地形復雜、設計獨特以及涵蓋專業(yè)知識面較廣的特性，使得水利水電工程的建設不僅需求圖紙信息繁雜，且需要預先考慮工程樞紐的布置情況、土方量計算數(shù)據(jù)以及人力分配等多個環(huán)節(jié)。為提高工程建設效率，就需要選擇使用BIM技術以實現(xiàn)工程建設信息的仿真模擬與專業(yè)規(guī)劃設計目標，因此明確BIM技術的自身特點，并詳細探討其實際應用環(huán)節(jié)具有極為重要的現(xiàn)實意義。

1 BIM技術概述與優(yōu)勢分析

1.1 技術概述

BIM的全稱為建筑信息模型，其基于三維數(shù)字技術包含了各類建筑基礎信息，并可將模型實際展示，是信息數(shù)字化表達的典型技術方案。通過所建設的信息模式，在反映項目實體與功能特性的同時，也起到了連接項目周期不同階段數(shù)據(jù)與資源的重要作用，現(xiàn)已被各個項目建設方普遍使用。作為具有單一工程數(shù)據(jù)源特點的技術，BIM技術的應用真正實現(xiàn)了解決不同工程數(shù)據(jù)之間的異質(zhì)性與全局共享目標，并提供了周期動態(tài)信息創(chuàng)建與綜合管理的完善支持條件[1]。再加上所提供建筑信息模式在設計、建設以及管理環(huán)節(jié)充分凸顯了這一數(shù)字化優(yōu)勢，在集成環(huán)境管理方面同樣起到重要作用，是顯著提高建筑建設效率與整體質(zhì)量的重要技術類型。BIM技術所使用的三維立體設計方案具有完全替代傳統(tǒng)二維設計的特征，是將建筑行業(yè)整體建設水平予以全面提升的關鍵技術類型。由于BIM技術與當下建筑行業(yè)整體要求的環(huán)境保護要求相匹配，可在滿足建筑建設現(xiàn)代化要求的同時，起到加速行業(yè)升級與轉(zhuǎn)型的重要作用。

1.2 優(yōu)勢分析

相較傳統(tǒng)技術，BIM技術的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其協(xié)調(diào)性與高度模擬化兩個方面，且達到了信息實時共享與遠程操作的目的，使得在建設環(huán)節(jié)的時間成本與人力成本大大縮減[2]。此外，BIM技術的廣泛應用同樣解決了傳統(tǒng)技術應用環(huán)節(jié)動態(tài)實時管理性嚴重不足的問題，可視程度的全面強化使得工程造價與成本數(shù)據(jù)分析同樣有了完備的條件支撐桿。由于BIM技術的應用特性，使得其能夠在決策階段針對所提出的一系列建設方案的應用效果與科學性表述予以全面分析，進而保證最優(yōu)方案的選擇有效性。尤其是在項目設計環(huán)節(jié)，更可將所有信息歸于模型以直觀性表達方案的應用優(yōu)缺點[3]。工程進程的實時模擬，同樣是BIM技術的應用優(yōu)勢之一，基于所測算數(shù)據(jù)可整理出完整的建設清單，從而為企業(yè)提供完備的決策依據(jù)，把控施工進度與成本耗費，繼而為結(jié)算中的款項支付環(huán)節(jié)模擬提供基礎條件，從而大大降低了工程延期或款項延遲交付等問題的發(fā)生風險。

2 BIM技術特點

2.1 可視化

二維平面方案是傳統(tǒng)樹立工程模型設計所使用的普遍方式，使得所最終呈現(xiàn)的模型不具有三維效應，或效果較弱無法表現(xiàn)建筑設施設計有缺陷。而在BIM技術的應用條件下，由于設計出了三維模型，即可基于BIM數(shù)據(jù)庫快速查找相關的建筑建設信息，從而制定出完整的成本方案，為后續(xù)實際施工奠定基礎。

2.2 協(xié)調(diào)性

作為BIM技術應用的顯著特性，協(xié)調(diào)性的技術應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在業(yè)主方、設計方以及施工方之間的工作配合。初期設計階段，若不同設計單元之間缺乏必要溝通，或工作數(shù)據(jù)共享較少，則可能會在后期出現(xiàn)配合問題，需要耗費大量時間與經(jīng)濟成本對方案進行修改。而若應用BIM技術，則可充分發(fā)揮其協(xié)同應用優(yōu)勢解決此類問題，以軟件自動檢查的方式出具各個階段的工作協(xié)調(diào)報告，通過專業(yè)分析以快速定位其中的問題，為保證問題的控制及時性提供完備條件[4]。同樣，在后期施工過程中，BIM技術應用的協(xié)調(diào)性優(yōu)勢同樣起到了勞動力分配、資金科學調(diào)配等作用，進而在提高工程建設效率的同時保證施工質(zhì)量。

2.3 仿真性

基于BIM技術，在設計出建筑模型的同時，也可對水利工程建設完畢后的功能流程予以模擬。無論是設計過程、建設過程，還是后續(xù)的保養(yǎng)過程，均可從實踐、成本等角度對過程予以全面模擬，所得出的相關模擬數(shù)據(jù)可為施工管理人員的施工過程提供基礎條件，為全面把控時間成本與資金成本奠定基礎。

3 BIM技術在水利工程建設環(huán)節(jié)中的應用

3.1 施工現(xiàn)場申請規(guī)劃

由于水利工程的建設特殊性，相關人員在施工環(huán)節(jié)需要有充足的施工時間用以保證施工效果。為縮減施工時間，建議在施工前期基于BIM技術構(gòu)建三維模型，從而保證工程施工全流程直觀展現(xiàn)出來，奠定順利推進后續(xù)建設進程的基礎。所構(gòu)建出的三維模型，應保證能夠完全模擬項目的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并聯(lián)系模型特點對設備與材料進行針對性改造，確保所出具設計方案具有可操作性[5]。此外，在對建設場地進行規(guī)劃時，同樣可以聯(lián)系施工效果展開對模型的模擬工作，為后續(xù)工作推進提供完備的材料與設備，并保證人員配備的科學性與有效性。

3.2 施工設計

強大的地形處理功能使得BIM技術可在樞紐布置與立體施工規(guī)劃方面提供完備的地形數(shù)據(jù)，并在聯(lián)合AIM后完成直觀建模與數(shù)據(jù)分析任務，讓場地規(guī)劃更為輕松，并將設計意圖完全融入模型中以全面?zhèn)鬟f，為后續(xù)多方案比選提供基礎條件。樞紐建模布置、廠房幾點以鞥均需要嚴格遵循專業(yè)標準以達到水工、機電以及金屬結(jié)構(gòu)之間的建設平衡，從而充分發(fā)揮模型與施工總布置的聯(lián)合優(yōu)勢。以基礎開挖設計規(guī)劃環(huán)節(jié)為例，所建立的三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，可通過對壩基開挖環(huán)節(jié)的曲面設計，用以測算具體的工程量并繪制施工圖紙。水利工程中關鍵的大壩結(jié)構(gòu)、廠房等皆可使用三維體型建模方案，實現(xiàn)對壩體參數(shù)的設計工作?；谙到y(tǒng)施工組織展開總方案布置工作，可在聯(lián)系BIM模型后，共同推進MEP等設計進程，避免耗費不同專業(yè)的設計時間，提高設計效率。施工總布置的三維呈現(xiàn)將應用全過程予以完美展現(xiàn)，其中的施工導流環(huán)節(jié)，更可確保圍堰、隧道以及閘閥等設施的三維設計效果，以制定出切實可行的科學導流設計方案，將場景中的多源三維設計轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)，以起到關聯(lián)數(shù)據(jù)信息管理的作用。

對道路邊坡等結(jié)構(gòu)進行設計的環(huán)節(jié)，基于BIM技術可以裝配模型從而將道路挖填曲面動態(tài)生成，繼而獲取道路工程量的相關計算數(shù)據(jù)，完成相關內(nèi)容的概念化表達。聯(lián)系數(shù)字地面模型的參照背景，可達到對料場與渣場的三維設計目的，并保證工程量的計算效果，為后續(xù)內(nèi)容的直觀表達與綜合信息智能化管理奠定基礎。構(gòu)建的工廠與場地模型，不僅參數(shù)造型驕傲為復雜，且需求機械類型繁多，因此需要使用BIM技術制定施工設施的部署方案，以保證設計完整性。在施工營地中，所進行電費布置主要為場地與營地建筑，可聯(lián)合使用CAD技術制定二維規(guī)劃方案，從而達到對生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)的科學布置效果，將設計意圖予以直觀展現(xiàn)。

總體設計過程中，施工總布置設計集成具有繁瑣特點，基于BIM技術所建設的信息化模型，可實現(xiàn)設計文件與設計信息的關聯(lián)，并保證同步效果?；谀Ｐ团鲎矙z查、綜合校審等內(nèi)容，可整合信息化與可視化的BIM技術優(yōu)勢，從而有效提高設計質(zhì)量與設計效率，縮減不同專業(yè)之間進行溝通交流與設計協(xié)同的工作成本。施工總布置的三位一體信息化設計環(huán)節(jié)，可基于模型信息化集成，完成對整個工程的全面信息化與可視化轉(zhuǎn)換任務，并在技術漫游功能的幫助下，貫穿整個壩體到施工區(qū)的建設流程，為確保對項目建設細部情況予以全面了解提供幫助，且可同步輸出最終的高清設計圖，或制作視頻文件以方便后續(xù)的工程建設。

3.3 可視化模擬施工

二維模型的使用限制頗大，使得其在面對復雜的水利工程設計任務時無法保證任務的完成效果。而若僅僅依靠三維模型卻難以獲得具有可靠性與準確性特點的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，此時即需要根據(jù)情況選擇使用CAD或其他設計軟件，配合BIM技術對將項目整體情況予以充分反映，為整體控制建設提供基礎條件。對于水利工程來說，其可視化模擬施工主要依靠施工模型，而構(gòu)建模型的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四點：第一是數(shù)字地形模型構(gòu)建。施工前工作人員需要對地形進行查看，并基于可視化模型將地形數(shù)據(jù)以3D模型的形式予以展示，為后續(xù)施工提供參考條件；第二是對動態(tài)地貌的充填，從而保證后續(xù)地形填埋與結(jié)構(gòu)開挖的科學性[8]；第三是混凝土大壩固體形式可能會由于服務時間延長發(fā)生改變，針對這一問題，建議構(gòu)建基于混凝土大壩特點的動力模型，以降低孔結(jié)構(gòu)變形風險；第四是對土方工程采用DAMS構(gòu)建方案，繼而保證可視化模擬構(gòu)建效果。

3.4 水利工程造價管控

由于水利工程建設覆蓋面較廣且需要的資金投入較大，對人員專業(yè)性有著極高要求。再加上水利工程結(jié)構(gòu)頗為復雜，其中的水電站、泵站、水庫等設施，連接管線較為密集，需要對設備、水工結(jié)構(gòu)以及地下工程予以充分考慮，若仍然采取傳統(tǒng)二維設計方案，圖紙所展示的效果并不全面，很容易發(fā)生各個設計環(huán)節(jié)相沖突的情況，繼而增大設計變更風險，甚至伴隨工程量漏計、重計等問題，產(chǎn)生大量無效施工成本繼而造成投資浪費。而若采取BIM技術，則可在協(xié)同設計與三維設計的幫助下解決此類問題，充分發(fā)揮BIM技術設計軟件設計優(yōu)勢，即可建立包含設計、施工以及造價管理人員的協(xié)同平臺。對于設計人員來說，可在不對原本的設計習慣予以改變的情況下，繪制二維圖紙，并經(jīng)由軟件轉(zhuǎn)化生成三維模型，且能夠為后續(xù)施工環(huán)節(jié)提供專業(yè)的包含BIM新的全面布置條件圖紙，強化各個環(huán)節(jié)之間的專業(yè)溝通，為實現(xiàn)各類工程信息之前的緊密連接目標提供完備條件。

水利工程造價管控具有層次性、個別性、動態(tài)性特點，傳統(tǒng)造價管理方式已然無法滿足現(xiàn)代化水利工程建設需求。若能夠使用BIM技術對下公募造價管理信息予以管控，將表現(xiàn)出以下幾點優(yōu)勢：第一是將造價管理工作的整體效率予以提升，且保證了造價管理的準確性?；贐IM技術可建立三維模型以達到對各類構(gòu)件的準確識別目的，從而計算出具體的工程量，并充分考慮了結(jié)構(gòu)設計的動態(tài)變化情況，有效避免了算錯或漏項問題，將清單計價工作的展開優(yōu)勢予以充分發(fā)揮；第二是基于BIM技術所進行的模型碰撞過程，可提供檢查工具優(yōu)化方案，繼而將工藝管線之間的結(jié)構(gòu)沖突予以消除。在這一環(huán)節(jié)，造價工程師同樣能夠與設計人員展開協(xié)同工作，從造價控制角度比選各類施工方案與所使用的施工工藝，為保證對設計變更的有效控制效果、降低整體工程投入提供完備條件。相信隨著BIM技術的逐漸完善，其實際應用在工程造價管理環(huán)節(jié)的機會也將越來越多，繼而對造價管理環(huán)節(jié)進行全面改革。從實際的技術應用請款來看，協(xié)同設計的造價管理優(yōu)勢使得工程造價管理準確性與及時性獲得了全面保障，具有值得全面推廣的應用價值。

4 BIM技術在水利工程建設管理環(huán)節(jié)的具體應用

4.1 決策階段

業(yè)主需要在水利工程設計前期預先明確工程定位與投資情況，并組織施工部、設計部以及財務部就資金投入比例進行溝通。若在未能完全考慮相關問題的情況下貿(mào)然變更部門數(shù)據(jù)，則關聯(lián)部門的工作流程也將受到影響。而若將BIM技術應用于項目決策階段，可實現(xiàn)部門之間的動態(tài)信息快速共享，確保信息獲取的異質(zhì)性使得各個部門可對數(shù)據(jù)變更做出迅速反應，從而保證決策的有效性。以項目可行性分析環(huán)節(jié)為例，需要對工程建設規(guī)模與規(guī)劃予以確認，且需要考慮到持續(xù)產(chǎn)生熊阿姨，若參考圖紙不完善，將影響到預算編制與會計工作。若能夠在這一環(huán)節(jié)應用BIM技術，則可預先了解工程所處環(huán)境情況、項目給該區(qū)域帶來的經(jīng)濟影響等，繼而保證成本估算的準確性與利潤判斷的科學性。

4.2 設計階段

基于BIM技術可針對水利工程規(guī)劃與設計環(huán)節(jié)構(gòu)建相應模型，從而保證對工程規(guī)劃設計整體情況的了解全面性，為后續(xù)優(yōu)化設計內(nèi)容提供精準條件。導致水利工程規(guī)劃與設計環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤的主要原因，是設計溝通平臺之間的不統(tǒng)一情況，使得各個設計人員之間的溝通交流不及時，從而帶來多種建設安全隱患。若能夠?qū)IM技術融入其中，則可基于三維模型預設規(guī)劃結(jié)果，從而確保對規(guī)劃中存在的問題糾正得及時性，消除規(guī)劃隱患。

5 結(jié)語

綜上所述，由于水利工程的地形條件頗為復雜，且水工結(jié)構(gòu)具有多樣性，因此建設難度較大。若能夠在工程建設管理環(huán)節(jié)融入BIM技術，即可在技術的高仿真模擬與專業(yè)協(xié)同等優(yōu)勢的發(fā)揮條件下，達到各個部門之間的工作協(xié)同與信息共享目的，繼而消除部門之間的工作隱患，為水利工程在信息化建設領域的未來發(fā)展奠定堅實基礎。