提水泵站工程中BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化

摘 要：探討了BIM技術(shù)在提水泵站工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的優(yōu)化策略。通過對某在建提水工程的分析，發(fā)現(xiàn)了在技術(shù)兼容性、團(tuán)隊(duì)技能、管理流程以及數(shù)據(jù)安全等方面存在的問題，并基于這些問題提出了一系列針對性的優(yōu)化措施。旨在通過系統(tǒng)性的改進(jìn)提升BIM技術(shù)的應(yīng)用效果，促進(jìn)提水泵站等復(fù)雜工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；提水泵站；優(yōu)化策略；跨專業(yè)協(xié)作

中圖分類號：TU375.4" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入發(fā)展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)作為一種革命性的設(shè)計(jì)與建造方法，已成為提升建筑工程項(xiàng)目管理效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)[1]。BIM技術(shù)可以合理地克服傳統(tǒng)建模所出現(xiàn)的缺陷，工程師也能夠通過對模型的研究，找到在施工設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)的缺陷，在建模上加以修改，從而不斷改善施工設(shè)計(jì)方案的合理性，并減少對工程后期實(shí)施的干擾。在水利工程領(lǐng)域，尤其是在復(fù)雜的提水泵站工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，BIM技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)出巨大的潛力和價值。

提水泵站是水資源管理和利用的關(guān)鍵設(shè)施，其設(shè)計(jì)與建設(shè)的復(fù)雜性不僅體現(xiàn)在工程技術(shù)上，還涉及項(xiàng)目成本控制、工期管理以及后期維護(hù)等多個方面。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工方法常常難以有效應(yīng)對這類挑戰(zhàn)，而BIM技術(shù)的引入使得項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)決策、預(yù)測和解決潛在問題，顯著提高了工程項(xiàng)目的質(zhì)量與效率[2-3]。

1 BIM技術(shù)在提水泵站工程中的實(shí)施

在現(xiàn)代工程項(xiàng)目管理中，BIM技術(shù)已成為重要工具。特別是在提水泵站這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高的項(xiàng)目中，BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、施工等階段的應(yīng)用能夠顯著提高項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。通過創(chuàng)建詳細(xì)的BIM模型，工程團(tuán)隊(duì)不僅在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)了對提水泵站各構(gòu)件精確的三維可視化，還可在施工階段通過模型模擬各施工過程，優(yōu)化施工方案，減少現(xiàn)場問題，保證工程的順利實(shí)施[4]。

1.1 工程概況

云南省某在建提水工程位于金沙江左岸，工程區(qū)域?yàn)榻鹕辰蔁岷庸鹊貛АＷ罡吆０?2 398 m，最低海拔 898 m?，F(xiàn)有耕地 6.67 萬畝，灌區(qū)規(guī)劃灌溉面積 9.94 萬畝（含新增灌溉面積 3.27 萬畝），工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。提水工程采用三級提水方案，取水點(diǎn)為金沙江左岸庫區(qū)。一級采用浮船泵站從庫區(qū)（高程945～975 m）取水，通過提水管道輸送至二級、三級地面泵站廠房后提至高程 1 915 m 處的高位水池。從高位水池接出東干管連通灌區(qū)現(xiàn)有調(diào)蓄水庫，保證灌區(qū)用水。工程總平面布置如圖1所示。

工程建設(shè)完成后將改善該區(qū)域6.67萬畝現(xiàn)有耕園地的灌溉用水問題、新增灌溉面積3.27萬畝，改善12 128人的人居生活條件，提高城鄉(xiāng)生活供水保證率至 95%，提高高效節(jié)水灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水保證率至 90%。基本滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需水要求，并有效緩解當(dāng)?shù)匾蚬こ绦匀彼艿絿?yán)重制約的土地開發(fā)與保護(hù)。

1.2 BIM技術(shù)在提水泵站工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.2.1 設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目提水泵站工程分三級提水，主要建筑物為一級浮船泵站、一級泵站提水管、二級泵站、二級泵站提水管、三級泵站、三級泵站提水管、高位水池，提水管線線路平面總長約5.29 km。

一級浮船泵站位于庫區(qū)西側(cè)約700 m，整個泵站通過船塢懸浮在水面上，設(shè)計(jì)揚(yáng)程H = 130 m，提水流量3.34 m3/s。泵站由揺懸臂、托管船塢、泵房相互連接組成，整個庫區(qū)作為進(jìn)水池。船塢泵房由船體、水機(jī)和電氣設(shè)備等組成，船塢長48.7 m，寬17.7 m，型深3.0 m，整個泵房采用鋼框架結(jié)構(gòu)。一級泵站提水管平面長約124.37 m，沿山坡雙管布置，連接浮船泵站及二級泵站進(jìn)水池，設(shè)計(jì)流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

二級泵站位于浮船泵站北側(cè)的山坡上，廠區(qū)地坪高程1 070.70 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程H = 520 m，提水流量3.34 m3/s。主要由主廠房、副廠房、進(jìn)水池組成，副廠房布置于主廠房背后，進(jìn)水池布置于主廠房前側(cè)。主廠房由主機(jī)段和安裝間組成，總長91.0 m，寬13.3 m，建筑高度11.6 m。副廠房長90.16 m，寬9.8 m，建筑高度17.1 m。主廠房及副廠房下部采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，上部采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為混凝土現(xiàn)澆屋面。進(jìn)水池長91.0 m，寬9.0～13.0 m，高6.5 m，為鋼筋混凝土梯形結(jié)構(gòu)。二級泵站提水管平面長約2 885.33 m，沿山坡雙管布置，提水至三級泵站進(jìn)水池，設(shè)計(jì)流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

三級泵站位于二級泵站提水管末端，廠區(qū)地坪高程1 573.2 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程H = 360 m，提水流量3.34 m3/s。主廠房及副廠房布置形式與二級泵站相同。三級泵站提水管長度約2 265.31 m，沿山坡雙管布置，提水至高位水池，設(shè)計(jì)流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

高位水池的高程為1 915 m，水池容積2 040 m3，鋼筋混凝土矩形水池，平面尺寸為31.8 m×16.2 m（長×寬），池高5.3m。東干管從高位水池引出后沿道路和山坡往東北方向布置，平面長度14 377 m，單管布置，設(shè)計(jì)流量3.34～0.807 m3/s，斷面尺寸為DN1 600、DN1 200、DN800；北干管從東干管分出沿西北布置，平面長度約2 163 m，也采用單管布置，設(shè)計(jì)流量1.567 m3/s，斷面尺寸為DN1 200。東干管及北干管均沿途向各村鎮(zhèn)水庫補(bǔ)水。

1.2.2 三維模型構(gòu)建

在該提水工程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用BIM技術(shù)從項(xiàng)目初設(shè)階段開始構(gòu)建詳細(xì)的三維數(shù)字模型，不僅包含建筑物的結(jié)構(gòu)，還細(xì)致地模擬了管道布局、機(jī)電設(shè)施和其他相關(guān)設(shè)備。通過三維模型，設(shè)計(jì)師能夠直觀地理解各個組件之間的空間關(guān)系，及時發(fā)現(xiàn)并解決可能的沖突從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該提水工程中泵站建筑及設(shè)備三維模型如圖2所示。

1.2.3 設(shè)計(jì)協(xié)同

BIM技術(shù)支持多專業(yè)團(tuán)隊(duì)在同一模型上協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的即時共享和更新。在提水泵站項(xiàng)目中，建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師能夠共同參到設(shè)計(jì)過程，通過實(shí)時協(xié)作，有效地提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率。此外，BIM還促進(jìn)了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與施工團(tuán)隊(duì)之間的溝通，確保設(shè)計(jì)意圖和施工要求的一致性。

1.2.4 碰撞檢測與解決

利用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，在設(shè)計(jì)階段成功識別出該提水工程多個潛在的碰撞點(diǎn)，并及時解決了這些問題，防止施工中出現(xiàn)重大變更或返工。這些碰撞點(diǎn)可能是管道與結(jié)構(gòu)的空間重疊、設(shè)備安裝位置的互相干擾等，比如電纜坑與建筑門洞位置重疊，提水管穿墻開孔與柱重疊以及電纜溝與消防水泵位置重疊等。相較于傳統(tǒng)的碰撞檢查方法，三維模式下引入BIM技術(shù)開展的碰撞檢查全面提升了工作效率，并增加了檢查的精準(zhǔn)度。BIM技術(shù)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑物碰撞檢查有著顯著的效果[5]。

1.2.5 設(shè)計(jì)可視化與溝通

BIM模型提供了強(qiáng)大的可視化功能，可通過開源的可視化插件完善場景地形，補(bǔ)充植被、添加材質(zhì)以及編寫交互藍(lán)圖，實(shí)現(xiàn)場景的實(shí)時顯示、用戶交互使用和場景漫游等功能[6-7]，使得非技術(shù)背景的項(xiàng)目參與者（如業(yè)主方、泵站管理人員）也能直觀地理解設(shè)計(jì)方案。在該工程中通過BIM技術(shù)生成高質(zhì)量視圖和動畫，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更加有效地與各項(xiàng)目相關(guān)方溝通，促進(jìn)了決策過程的高效進(jìn)行。帶場景地形的提水泵站模型如圖3所示，包含室外提水管的整體模型如圖4所示。

1.3 BIM技術(shù)在提水泵站工程施工管理中的應(yīng)用

在提水泵站工程的施工階段如何保證工程建設(shè)順利實(shí)施，做好施工技術(shù)以及施工管理的把控最為關(guān)鍵[8]。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其在施工管理中的作用日益凸顯，通過為項(xiàng)目管理者提供精確的施工信息和可視化工具，可有效地提升施工管理的效率和質(zhì)量。

1.3.1 施工計(jì)劃的制定與優(yōu)化

在該提水工程中，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)利用BIM技術(shù)制定詳細(xì)的施工計(jì)劃。通過BIM模型，項(xiàng)目管理者能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測施工過程中所需的材料、設(shè)備和人力資源，以及這些資源的具體配置時間和地點(diǎn)，從而使施工計(jì)劃更加合理和高效。此外BIM技術(shù)還支持施工方案的多版本比較和優(yōu)化，幫助管理者選擇出最佳的施工方案。

1.3.2 施工過程的動態(tài)監(jiān)控

利用BIM技術(shù)，該工程的施工過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控。通過與現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的集成，BIM模型能夠反映施工現(xiàn)場的實(shí)時狀態(tài)，包括工程進(jìn)度、材料使用情況等，為項(xiàng)目管理者提供決策支持。此外BIM技術(shù)還能幫助項(xiàng)目管理者及時發(fā)現(xiàn)施工偏差，采取措施進(jìn)行調(diào)整，保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。

提水泵站施工過程三維模擬如圖5所示。

1.3.3 資源配置與物流管理

在施工管理過程中，合理的資源配置和有效的物流管理是保證工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。通過BIM技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在該提水工程中實(shí)現(xiàn)資源配置的優(yōu)化和物流過程的精細(xì)管理。BIM模型提供了一個平臺，使得項(xiàng)目管理者能夠較為清晰地了解每一階段所需材料的數(shù)量、類型和到達(dá)時間，以及設(shè)備的使用和調(diào)度計(jì)劃，從而有效地降低資源浪費(fèi)，提高物資利用率。

1.3.4 風(fēng)險管理與應(yīng)對

BIM技術(shù)在施工階段的另一個重要應(yīng)用是風(fēng)險管理。通過對BIM模型的分析，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠在施工前識別出潛在的風(fēng)險點(diǎn)，如施工安全風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險等，并制定相應(yīng)的預(yù)防和應(yīng)對措施[9-11]。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，項(xiàng)目管理者能夠提前進(jìn)行風(fēng)險評估和規(guī)避，確保施工安全，減少意外事件的發(fā)生。

2 BIM技術(shù)的優(yōu)化策略

2.1 優(yōu)化目標(biāo)

盡管BIM技術(shù)在提高項(xiàng)目管理效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工流程方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)和問題。通過對該提水工程等項(xiàng)目的分析，可以識別出以下幾個主要問題：

（1）軟件兼容性問題。BIM技術(shù)依賴于專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理，然而市場上存在多種BIM軟件，它們之間的兼容性問題可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不暢，影響信息的準(zhǔn)確交換與共享。

（2）知識與技能短缺。雖然BIM技術(shù)已被越來越多的建筑項(xiàng)目采用，但相關(guān)的教育和培訓(xùn)仍然不足，導(dǎo)致項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中BIM技術(shù)的知識和技能短缺，限制了BIM技術(shù)的充分利用，影響了項(xiàng)目的整體效率。

（3）管理與操作流程未標(biāo)準(zhǔn)化。BIM技術(shù)的成功應(yīng)用需要標(biāo)準(zhǔn)化的管理與操作流程。然而不同的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可能采用不同的BIM應(yīng)用策略和流程，這種缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的狀況增加了項(xiàng)目管理的復(fù)雜度，降低了工作效率。

（4）成本與投資回報(bào)的不確定性。對于許多建筑項(xiàng)目而言，BIM技術(shù)需要較大的初期投資，項(xiàng)目參與方對于BIM技術(shù)投資的長期效益持有保留態(tài)度。這種成本與投資回報(bào)的不確定性成為了采用BIM技術(shù)的障礙。

（5）數(shù)據(jù)安全與隱私問題。隨著BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的廣泛應(yīng)用，如何保護(hù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目信息的安全，防止數(shù)據(jù)泄露成為了新的挑戰(zhàn)。

2.2 優(yōu)化方法

針對上述問題，未來的BIM技術(shù)應(yīng)用和優(yōu)化策略需要從技術(shù)層面、管理層面以及操作層面進(jìn)行全面考慮和部署，使BIM技術(shù)在提水泵站等復(fù)雜工程項(xiàng)目中的效益最大化。

2.2.1 技術(shù)層面優(yōu)化

在技術(shù)層面，需要進(jìn)一步加強(qiáng)BIM軟件之間的兼容性，特別是通過推廣如IFC等開放標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)不同軟件間的數(shù)據(jù)兼容和交換。此外利用云計(jì)算技術(shù)建立基于云的BIM協(xié)作平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的中心化存儲、管理及實(shí)時共享，顯著提高項(xiàng)目協(xié)作效率。同時集成人工智能技術(shù)如機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，可以自動優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率；應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析項(xiàng)目歷史數(shù)據(jù)以預(yù)測項(xiàng)目風(fēng)險，從而指導(dǎo)資源配置和管理決策。

2.2.2 管理層面優(yōu)化

在管理層面，優(yōu)化BIM技術(shù)的應(yīng)用策略涵蓋了加強(qiáng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的BIM培訓(xùn)和教育，以及建立和完善BIM應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化流程。定期為團(tuán)隊(duì)成員提供BIM技術(shù)和軟件的系統(tǒng)培訓(xùn)，不僅能提升團(tuán)隊(duì)的BIM應(yīng)用能力，還能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員間的知識共享和經(jīng)驗(yàn)交流，為項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的技能基礎(chǔ)。此外還可以根據(jù)項(xiàng)目的具體特點(diǎn)和團(tuán)隊(duì)需求，制定一套全面的BIM技術(shù)應(yīng)用操作手冊和標(biāo)準(zhǔn)，確保項(xiàng)目各階段BIM技術(shù)應(yīng)用的高度一致性和標(biāo)準(zhǔn)化，同時通過BIM技術(shù)整合項(xiàng)目管理流程，明確各階段責(zé)任人和任務(wù)，有效提高項(xiàng)目管理的透明度和效率。

2.2.3 操作層面優(yōu)化

在操作層面，可通過建立跨專業(yè)的BIM技術(shù)協(xié)作機(jī)制和統(tǒng)一的項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)，優(yōu)化協(xié)作流程，確保設(shè)計(jì)、施工等各方面的緊密配合及信息的及時更新和共享。同時實(shí)施一系列數(shù)據(jù)安全保障措施，如數(shù)據(jù)加密和訪問控制以及定期的安全審計(jì)，以保護(hù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)不被未授權(quán)訪問或泄露，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護(hù)。

3 結(jié)束語

本文深入探討了BIM技術(shù)在提水泵站工程設(shè)計(jì)、施工與管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的優(yōu)化策略。未來隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)與BIM技術(shù)的深度融合，BIM技術(shù)的應(yīng)用潛力將進(jìn)一步被激發(fā)。這些技術(shù)的集成不僅能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)與施工提供更高效、更智能的解決方案，還能夠在項(xiàng)目管理、成本控制和風(fēng)險預(yù)測等方面帶來革命性的改進(jìn)。因此建筑行業(yè)的各相關(guān)方，包括政府機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)與施工企業(yè)、軟件開發(fā)商等，都應(yīng)積極參與BIM技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新，共同推動建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以實(shí)現(xiàn)更高效、更環(huán)保、更可持續(xù)的建筑解決方案。通過不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，BIM技術(shù)有望成為推動建筑行業(yè)進(jìn)步的重要驅(qū)動力，為未來的建筑項(xiàng)目帶來更廣闊的發(fā)展前景。

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Optimization of BIM Technology Application in Water Pumping Station Engineering

LIU Yuanjiu1，YANG En2

（1.Changjiang Water Resources and Hydropower Development Croup Co.，Ltd.，Wuhan 430015，China；2.Changjiang Technology and Economy Society，Wuhan 430010，China）

Abstract：This paper discusses the current application status，challenges，and corresponding optimization strategies of BIM technology in water pumping station engineering. Through the analysis of a water pumping project under construction，problems were identified in aspects such as technical compatibility，team skills，management processes，and data security. Based on these issues，we proposed a series of targeted optimization measures. The aim of this study is to enhance the application effectiveness of BIM technology through systematic improvements and facilitating the smooth implementation of complex engineering projects such as pumping stations.

Key words：BIM technology；water pumping station；optimization strategy；cross disciplinary collaboration