基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工管理體系研究

中圖分類號：TV51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0185-04

Abstract：Withthecontinuousexpansionofthescaleofwaterconservancyandhydropowerprojectsandthecontinuous improvementof technicalrequirements，traditionalconstructionmanagementmodelshavebeenunabletomeetheneedsof modernprojects.Byanalyzing thecurrntsituationanddiffcultiesofconstructionmanagementofwaterconservancyand hydropowerprojects，thispaperdiscussestheaplicationadvantagesofBMtechnologyinwaterconservancyandhydropower projects，describesindetailthespecificimplementationmethodsofBMtechnologyinconstructionmanagement，anddemostrates itsaplictionefectsinconstructionschedulesimulationandoptimization，resourcealocationandcoordinatedmanagement throughactualprojectcases，inordertoprovidenewideasandtechnicalreferencefortheconstructionmanagementof water conservancy and hydropower projects.

Keywords：BIMtechnology;waterconservancyandhydropowerenginering;constructionmanagement;informationintegration; intelligence

隨著水利水電工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)的施工管理模式已難以滿足現(xiàn)代工程項目精細(xì)化管理的需求。施工過程中存在的信息孤島、資源協(xié)調(diào)困難等問題，直接影響了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。近年來，建筑信息模型（Building Infor-mationModeling，BIM）技術(shù)作為一種先進(jìn)的信息化管理工具，在建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但在水利水電工程中的應(yīng)用尚處于起步階段。BIM技術(shù)通過三維建模、數(shù)據(jù)集成與共享等手段，為工程項目提供了全方位的信息支持，有助于實現(xiàn)施工過程的可視化、模擬化和優(yōu)化管理。在水利水電工程施工管理中，BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高施工效率，還能有效控制成本、保證施工質(zhì)量與安全。因此，探討基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工管理體系具有重要意義。本文旨在探討B(tài)IM技術(shù)在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用，以期為水利水電工程的現(xiàn)代化管理提供參考和借鑒。

1水利水電工程施工管理難點與BIM應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 水利水電工程施工管理現(xiàn)狀

隨著工程項目規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)要求的日益提高，傳統(tǒng)的管理模式已難以滿足高效、安全、環(huán)保的要求?，F(xiàn)代水利水電工程普遍采用了項目管理軟件和數(shù)字化工具來提升管理水平，例如利用BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理，通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）監(jiān)控施工質(zhì)量和進(jìn)度，借助大數(shù)據(jù)分析預(yù)測潛在風(fēng)險。綠色施工理念也被廣泛推廣，力求在保證工程質(zhì)量的同時，減少對環(huán)境的影響。然而，盡管有這些進(jìn)步，人才短缺、資金壓力和技術(shù)更新?lián)Q代仍是制約施工管理進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。

1.2水利水電工程施工管理難點

水利水電工程施工管理面臨諸多難點，包括： ① 復(fù)雜的自然地理條件帶來的施工難度，如高山峽谷、地質(zhì)不穩(wěn)定等； ② 大型項目的多階段性和長期性導(dǎo)致的成本控制與工期管理困難； ③ 多學(xué)科交叉作業(yè)所需的高水平協(xié)調(diào)與溝通機(jī)制建立不易； ④ 施工過程中環(huán)境保護(hù)與生態(tài)平衡維護(hù)的壓力； ⑤ 技術(shù)更新快與專業(yè)人才短缺之間的矛盾； ⑥ 應(yīng)對突發(fā)性自然災(zāi)害的風(fēng)險，確保施工安全與工程質(zhì)量[]。

1.3BIM技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用優(yōu)勢顯著，不僅提供了三維可視化模型，還整合了工程全生命周期的信息數(shù)據(jù)，使得設(shè)計更加直觀和精確。通過模擬施工過程，BIM有助于提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的設(shè)計沖突，優(yōu)化施工方案，減少返工。BIM還能有效促進(jìn)各參與方之間的協(xié)作與溝通，實現(xiàn)資源的合理調(diào)配，從而加快施工進(jìn)度。在成本控制方面，BIM通過精確預(yù)算和材料管理降低了不必要的開支。更重要的是，BIM支持可持續(xù)設(shè)計理念，有助于評估和改善項目的環(huán)境影響，確保水利水電工程的質(zhì)量與安全。

2BIM技術(shù)在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用2.1BIM技術(shù)在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用需求

BIM技術(shù)在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用需求主要體現(xiàn)在多個層面，包含設(shè)計、施工、運維等多個階段。在設(shè)計階段，由于水利水電工程涉及復(fù)雜的地形地貌、水文地質(zhì)條件，需要精準(zhǔn)的設(shè)計方案以確保工程的安全性和功能性。BIM通過創(chuàng)建詳細(xì)的三維模型，可以直觀展示設(shè)計意圖，并進(jìn)行碰撞檢測，減少設(shè)計錯誤和變更，提升設(shè)計質(zhì)量。在施工階段，BIM能夠幫助制定詳盡的施工計劃和資源配置方案，通過模擬施工流程，提前預(yù)演可能遇到的問題，如施工順序不合理、材料供應(yīng)不足等，從而優(yōu)化施工組織設(shè)計，確保施工進(jìn)度和成本控制。同時，BIM平臺支持多方協(xié)作，增強(qiáng)了施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位之間的溝通效率，減少了信息不對稱帶來的問題。在運維階段，BIM模型作為設(shè)施管理的重要工具，可以提供完整的資產(chǎn)信息，包括設(shè)備的位置、規(guī)格、維護(hù)記錄等，有助于提高運維效率，降低運營成本2。BIM還可以輔助進(jìn)行能耗分析、應(yīng)急預(yù)案制定等工作，使水利工程的管理更加科學(xué)化、精細(xì)化。

2.2BIM技術(shù)在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用方法

2.2.1 BIM模型的建立與維護(hù)

在水利水電工程施工管理中，基于項目的設(shè)計圖紙和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使用專業(yè)的BIM軟件（如Revit、Archi-CAD等）構(gòu)建三維幾何模型，并在此基礎(chǔ)上添加各類非幾何屬性信息，如材料特性、構(gòu)件功能、成本估算等，形成一個包含完整信息的數(shù)字模型，具體如圖1所示。

此階段要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，以便后續(xù)使用。在施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)利用BIM模型進(jìn)行施工模擬，通過虛擬建造來優(yōu)化施工方案，檢查潛在的設(shè)計沖突或施工障礙。在施工過程中，實時更新模型以反映實際建設(shè)情況，如施工進(jìn)度、物料消耗等，確保模型與施工現(xiàn)場的一致性。

為了保證BIM模型的有效維護(hù)，需定期檢查模型數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性，及時錄入新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如隱蔽工程驗收記錄、質(zhì)量檢驗報告等。同時，建立一套完整的BIM管理流程和標(biāo)準(zhǔn)，確保所有參與者都能按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)操作，促進(jìn)信息共享，減少因信息孤島導(dǎo)致的問題。還需要培訓(xùn)相關(guān)人員掌握BIM工具的使用技巧，提升團(tuán)隊整體的信息化管理水平，確保BIM技術(shù)在水利水電工程中的成功應(yīng)用。

2.2.2 施工進(jìn)度計劃的模擬與優(yōu)化

在水利水電工程施工管理中，將施工進(jìn)度計劃導(dǎo)入到BIM模型中，具體方法如圖2所示。

通過關(guān)聯(lián)模型中的構(gòu)件與施工活動，將時間維度與三維空間相結(jié)合，形成4D（ 3 D+T i m e ）模型。這一過程通常從將施工任務(wù)細(xì)化成一系列可管理的小工作包開始，并為每個工作包指定開始時間和結(jié)束時間。通過這種方式，可以將施工進(jìn)度計劃與BIM模型中的具體構(gòu)件和區(qū)域?qū)?yīng)起來，形成一個動態(tài)的時間-空間模型。具體實施時，需要在BIM軟件中輸入施工活動的詳細(xì)信息，包括每項活動的預(yù)計工期、所需的資源類型和數(shù)量，以及與其他活動之間的邏輯關(guān)系（如前置任務(wù)、后置任務(wù)）。然后，使用BIM軟件內(nèi)置的時間線工具或者第三方插件（如NavisworksManage），模擬整個施工過程。在這個過程中，可以調(diào)整各項活動的順序和持續(xù)時間，以識別潛在的延誤點或瓶頸。通過分析這些瓶頸，可以采用數(shù)學(xué)方法計算最優(yōu)路徑，比如使用關(guān)鍵路徑法（CriticalPathMethod，CPM），找到?jīng)Q定總工期的關(guān)鍵路徑。CPM的核心思想是確定所有任務(wù)中最長的持續(xù)時間序列，即關(guān)鍵路徑。關(guān)鍵路徑的計算公式可以表示為

式中： 表示整個項目的預(yù)計完成時間， 表示第 i 個關(guān)鍵任務(wù)的持續(xù)時間。

2.2.3 資源配置與協(xié)調(diào)管理

在水利水電工程施工管理中，BIM技術(shù)在資源配置與協(xié)調(diào)管理方面的應(yīng)用至關(guān)重要，具體流程如圖3所示。

首先，需要在BIM平臺上為每一個施工活動分配相應(yīng)的資源，包括人力、材料、機(jī)械設(shè)備等。例如，可以將特定數(shù)量的混凝土、鋼筋等材料與相應(yīng)的建筑構(gòu)件關(guān)聯(lián)起來，并根據(jù)施工進(jìn)度計劃動態(tài)調(diào)整資源的需求量。這樣做的目的是確保每一項施工活動都能夠獲得所需的資源，并且在實際施工中不會出現(xiàn)資源短缺或過剩的情況。為了優(yōu)化資源配置，可以采用資源負(fù)荷圖（ResourceHistogram）來直觀顯示不同時間段內(nèi)各種資源的需求狀況。資源負(fù)荷圖是一種圖表形式，用于顯示項目中每種資源在各個時間點上的需求量。資源負(fù)荷圖的計算公式為

式中： 表示在時間 的資源需求總量， 是第 i 項任務(wù)的資源需求量，而 則表示該任務(wù)在時間 的使用率。通過分析資源負(fù)荷圖，可以發(fā)現(xiàn)資源過度集中或閑置的情況，進(jìn)而調(diào)整施工計劃，確保資源的均衡使用。除了資源配置外，BIM平臺還支持多方協(xié)作管理。通過實時更新的數(shù)據(jù)，確保各參建單位之間信息同步，避免信息孤島現(xiàn)象，提高溝通效率。項目管理者可以通過BIM平臺發(fā)布通知、審批變更請求，并跟蹤反饋，確保所有變更都能得到及時處理。BIM平臺還可以用于記錄施工過程中的各種變更信息，包括設(shè)計變更、材料變更等，便于后期審計和追溯4。在施工過程中，如果需要調(diào)整施工計劃或資源分配，BIM平臺可以迅速反映這些變化，并重新生成資源負(fù)荷圖和其他相關(guān)文檔。這樣，項目團(tuán)隊可以根據(jù)最新的情況做出決策，確保施工活動的順利進(jìn)行。

2.3 實施步驟

在水利水電工程施工管理中實施BIM技術(shù)的具體步驟如圖4所示。

成立BIM項目小組，明確項目目標(biāo)與范圍，制定詳細(xì)的BIM實施計劃。這個階段需要確定BIM模型的詳細(xì)程度（LOD等級）信息分類標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交換格式等，以確保所有參與者在同一標(biāo)準(zhǔn)下工作。收集和整理現(xiàn)有設(shè)計資料，包括地形圖、地質(zhì)報告、初步設(shè)計方案等，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建初步的BIM模型。在此過程中，需要利用BIM軟件（如Autodesk Revit、Bentley

Systems等）構(gòu)建三維幾何模型，并逐步完善模型中的屬性信息，如材料屬性、構(gòu)件尺寸、安裝位置等。將施工進(jìn)度計劃與BIM模型相結(jié)合，形成4D模型。這一步驟涉及到將施工任務(wù)與模型中的相應(yīng)構(gòu)件相鏈接，并為每項任務(wù)設(shè)定起始時間與持續(xù)時間。通過4D模擬，可以提前發(fā)現(xiàn)施工沖突，優(yōu)化施工流程。在BIM模型中定義好施工活動后，根據(jù)施工進(jìn)度計劃計算出各時段的資源需求，繪制資源負(fù)荷圖，確保資源合理配置。同時，利用BIM平臺進(jìn)行現(xiàn)場管理和質(zhì)量控制，如跟蹤施工進(jìn)度、記錄變更信息、管理施工文檔等。進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)管理階段，利用BIM平臺實現(xiàn)多方協(xié)作。確保各方（如設(shè)計師、承包商、監(jiān)理等）能夠?qū)崟r共享信息，通過在線會議、任務(wù)分配、問題追蹤等功能，提高溝通效率，減少誤解和返工。在項目交付后，繼續(xù)利用BIM模型進(jìn)行運維管理。將施工階段積累的數(shù)據(jù)整合到運維管理系統(tǒng)中，用于設(shè)施維護(hù)、能耗管理、應(yīng)急響應(yīng)等方面，實現(xiàn)全生命周期管理。

3 實際工程案例分析

3.1 案例背景

某大型水利水電工程位于長江上游，總裝機(jī)容量為 1 2 0 0 M W ，主要功能包括發(fā)電、防洪和水資源調(diào)節(jié)。該工程涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，包括土建、機(jī)電安裝和金屬結(jié)構(gòu)制造，施工周期長達(dá)5年。項自面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件和嚴(yán)格的環(huán)保要求，傳統(tǒng)管理模式在信息傳遞和協(xié)同工作中存在諸多挑戰(zhàn)。為提升施工管理水平，項目團(tuán)隊決定引入BIM技術(shù)，通過數(shù)字化手段優(yōu)化設(shè)計、施工和管理流程，確保工程質(zhì)量和進(jìn)度。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用過程

在該大型水利水電工程中，BIM技術(shù)貫穿設(shè)計、施工和運維各階段，顯著提升了項目管理效率。在設(shè)計階段，項目團(tuán)隊利用BIM軟件建立三維模型，整合土建、機(jī)電安裝等多專業(yè)信息，確保設(shè)計完整性與協(xié)同性，并通過可視化設(shè)計優(yōu)化方案審查。在施工準(zhǔn)備階段，BIM平臺實現(xiàn)了施工模擬演練、4D進(jìn)度管理及資源規(guī)劃，優(yōu)化施工流程。施工階段，通過動態(tài)監(jiān)控、問題快速解決和變更管理，確保信息傳遞與施工質(zhì)量。在運維階段，BIM模型提供詳實的設(shè)備信息與維護(hù)記錄，支持全生命周期管理，以提高運營效率與安全性。

3.3 應(yīng)用結(jié)果與討論

BIM技術(shù)在該大型水利水電工程項目中的應(yīng)用取得了顯著效果，具體見表1?；谠O(shè)計審查階段和實際施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)設(shè)計沖突從 2 5 % 減少到 5 % 。根據(jù)施工階段記錄的返工情況，并通過對比原始施工計劃與實際完成情況計算，可以得出返工率從 1 0 % 降至 3 % 。通過監(jiān)測各階段的施工進(jìn)度與計劃進(jìn)度的對比分析，施工進(jìn)度偏差從 1 5 % 降至 5 % ?；陧椖抠Y源分配記錄與實際使用情況的分析，資源利用率從 70 % 提升至 8 5 % 。依據(jù)質(zhì)量檢測報告的統(tǒng)計結(jié)果，質(zhì)量檢查通過率從 8 5 % 提升至 9 5 % ，安全事故發(fā)生率從 2 % 降至 0 . 5 % 。通過對比預(yù)算與實際支出得出項目總成本從12000萬元減少到10800萬元，基于項目進(jìn)度計劃的修訂與實際完成時間的比較，總工期從60個月縮短到54個月。這些數(shù)據(jù)表明，BIM技術(shù)顯著提高了設(shè)計和施工的效率，減少了問題發(fā)生，降低了成本，確保了項目的順利進(jìn)行和高質(zhì)量完成。

4結(jié)束語

基于BIM技術(shù)的水利水電工程施工管理體系能夠顯著提升項目的管理效率和工程質(zhì)量。通過BIM技術(shù)的可視化管理、進(jìn)度控制、成本優(yōu)化，以及質(zhì)量與安全管理的智能化，施工團(tuán)隊可以實現(xiàn)對工程全生命周期的精細(xì)化管理。同時，BIM技術(shù)與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)的融合，進(jìn)一步推動了施工管理的智能化與協(xié)同化，提升了信息共享與決策支持的能力。未來，隨著BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，此技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用前景將更加廣闊，有望推動整個行業(yè)向智能化和信息化的方向持續(xù)邁進(jìn)。

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