BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用初探

李 宗 宗， 劉 李

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用初探

李 宗 宗， 劉 李

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

結(jié)合水利水電工程施工特點(diǎn)，對(duì)BIM在該領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用的切入點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，并從臨建設(shè)施建設(shè)、方案規(guī)劃、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、造價(jià)管理、安全管理、數(shù)字化集成交付等方面運(yùn)用BIM進(jìn)行了探討，剖析了BIM在水利水電工程施工中推廣應(yīng)用的難點(diǎn)所在，并對(duì)BIM在該領(lǐng)域的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

BIM；水利水電工程；施工；應(yīng)用

1 概 述

隨著軟件開(kāi)發(fā)完善和應(yīng)用探索的推進(jìn)，在原有CAD技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱BIM)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，成果越來(lái)越多，其利用多維(三維空間、四維時(shí)間、五維成本、N維更多應(yīng)用)模型將工程信息集成，應(yīng)用范圍已不局限于設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)工作中，在各類工程施工中已嶄露頭角。但由于水利水電工程施工相對(duì)于其它類別工程施工具有其特殊性，從而導(dǎo)致在該領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)也具有其特殊性。筆者主要針對(duì)BIM在水利水電工程施工管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

2 水利水電工程施工具有的特點(diǎn)

(1)水利水電工程施工主要在河流上進(jìn)行，受地形、地質(zhì)、水文、氣象等自然條件的影響很大。

(2)每一個(gè)水利水電工程都具有獨(dú)特性，其重復(fù)率低，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)圖集，施工環(huán)境和施工條件復(fù)雜多變。

(3)水利水電工程施工的工程量大,技術(shù)工種多,施工強(qiáng)度高,環(huán)境干擾嚴(yán)重,需要反復(fù)比較論證和優(yōu)選施工方案,才能保證施工質(zhì)量。

(4)水利水電工程施工過(guò)程中,石方爆破、隧洞開(kāi)挖、水上水下和高空作業(yè)多,必須十分重視施工安全。

3 BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用分析

3.1 BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合水利水電工程施工現(xiàn)狀，施工企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，其更為關(guān)心的是BIM如何與項(xiàng)目結(jié)合？如何提高效率、降低成本？因此，施工方更希望BIM帶來(lái)的作用是：

(1)更深入準(zhǔn)確地理解設(shè)計(jì)意圖。借助工程建設(shè)中設(shè)計(jì)單位的BIM應(yīng)用成果，利用其輸出的可視化設(shè)計(jì)圖紙，幫助施工人員更快、更好地解讀工程信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、沖突和可優(yōu)化點(diǎn)，并及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)。

(2)降低施工風(fēng)險(xiǎn)。BIM的最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行數(shù)字建造，利用先進(jìn)的計(jì)算、仿真、可視化、信息管理等技術(shù)，建立虛擬的工程主體及施工結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型，利用模型進(jìn)行直觀的“預(yù)施工”，預(yù)知施工難點(diǎn)，并在發(fā)現(xiàn)空間和時(shí)間上的沖突時(shí)及時(shí)優(yōu)化交叉作業(yè)的順序，從而盡可能地避免空間碰撞，更大程度地消除施工中的不確定性和不可預(yù)見(jiàn)性，保證施工技術(shù)措施的可行、安全、合理。

(3)增加施工管理手段。利用深化設(shè)計(jì)成果和數(shù)字模型預(yù)施工內(nèi)容，可以形成一套完整的施工組織設(shè)計(jì)，并利用所生成的三維模擬動(dòng)畫(huà)對(duì)施工人員進(jìn)行直觀生動(dòng)的技術(shù)交底，施工流程、施工重難點(diǎn)、危險(xiǎn)源、安全隱患等現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然。

(4)預(yù)判安全管理重點(diǎn)，可以更全面地制定安全措施和安全預(yù)案。水利水電工程通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔洞、高臨邊等危險(xiǎn)源較多且復(fù)雜多變，利用BIM數(shù)字模型可以更方便準(zhǔn)確地把握管理重點(diǎn)，并且可以按照施工進(jìn)展及時(shí)調(diào)整，進(jìn)而及時(shí)更新安全防護(hù)設(shè)施和安全方案。

(5)實(shí)現(xiàn)實(shí)體與數(shù)字模型雙產(chǎn)品交付，為工程運(yùn)營(yíng)維護(hù)乃至改造報(bào)廢提供支持。隨著施工進(jìn)程逐步完善的BIM數(shù)字模型可以對(duì)工程各個(gè)部位使用的材料及生產(chǎn)過(guò)程和施工過(guò)程管理的全部信息進(jìn)行集成，最終形成的數(shù)字產(chǎn)品在工程運(yùn)營(yíng)存續(xù)的整個(gè)過(guò)程中具有重要作用，將其交付給運(yùn)營(yíng)單位可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字流與物質(zhì)流的高程度集成與高水平組織，從而推動(dòng)工程建造走向真正的精益化。

3.2 BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用思路

通過(guò)上述分析，筆者認(rèn)為：將BIM應(yīng)用于水利水電工程施工可以將以下幾方面作為切入點(diǎn)進(jìn)行推廣。

3.2.1 施工模型的建立及臨建規(guī)劃

鑒于水利水電工程具有的特點(diǎn)，既使有設(shè)計(jì)單位提供的BIM模型，在工程施工前，施工方案制定人員也需要進(jìn)行詳細(xì)的施工現(xiàn)場(chǎng)查勘，調(diào)查清楚工程區(qū)及周邊地形、環(huán)境、施工條件等內(nèi)容，盡可能詳細(xì)地將其反映在BIM模型中。

經(jīng)過(guò)軟件處理生成原始地形后，一定要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，重點(diǎn)研究解決施工現(xiàn)場(chǎng)的整體規(guī)劃，保證在滿足工程施工需要的前提下現(xiàn)場(chǎng)交通布置、風(fēng)水電、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)、填筑料場(chǎng)、其它輔助企業(yè)等在時(shí)間和空間上能最大限度地配合，并且與施工導(dǎo)流和蓄水淹沒(méi)、工程區(qū)枯汛期等環(huán)境及爆破、碾壓等施工手段影響范圍相適應(yīng)，從而為編制一套合理可靠的施工組織規(guī)劃創(chuàng)造前提。

3.2.2 深化設(shè)計(jì)與施工方案模擬

深化設(shè)計(jì)是根據(jù)業(yè)主或設(shè)計(jì)提供的圖紙或BIM模型結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)圖紙進(jìn)行細(xì)化、補(bǔ)充和完善，確定施工輔助機(jī)械、材料的布置和安裝方法，試驗(yàn)工程材料的排布順序和強(qiáng)度，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸的合理性以及易施工性，以此完成圖紙會(huì)審及交底，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和不合理處，以便提出修改意見(jiàn)和優(yōu)化建議。

制訂施工方案時(shí)采用BIM技術(shù)虛擬施工過(guò)程，先試后建可以較大程度地降低返工成本和管理成本，降低風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)管理者對(duì)施工過(guò)程的控制能力。

3.2.3 施工質(zhì)量管理

在水利水電工程建設(shè)中，影響工程質(zhì)量的因素主要有“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等五個(gè)方面，而B(niǎo)IM模型作為一個(gè)直觀、有效的載體，從整體到局部的質(zhì)量情況都能夠以特定的方式呈現(xiàn)在模型上，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)全方位的施工管理。

(1)施工人員管理：施工人員是直接參與工程建設(shè)的決策者、組織者、指揮者和操作者，是影響工程質(zhì)量的首要因素。引入BIM項(xiàng)目管理平臺(tái)，可以通過(guò)建立施工組織管理(OBS)和工作任務(wù)管理(WBS)信息，將施工過(guò)程中的人員管理信息集成到BIM模型中，并通過(guò)模型的信息化集成分配任務(wù)，從而保證施工秩序和效率。

(2)施工機(jī)械管理：施工機(jī)具是指在施工中為了滿足施工需要而使用的機(jī)械、設(shè)備、工具等。通過(guò)BIM項(xiàng)目管理平臺(tái)，可以完成機(jī)械在各個(gè)施工階段需要進(jìn)行的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、安裝調(diào)試、使用維護(hù)乃至設(shè)備磨損、保養(yǎng)、維修等方面的管理，并可以明確主管領(lǐng)導(dǎo)在施工機(jī)具管理中的具體責(zé)任，規(guī)定各管理層及項(xiàng)目經(jīng)理部在施工機(jī)具管理中的管理職責(zé)及方法，從而實(shí)現(xiàn)施工機(jī)械有效合理的使用。

(3)施工材料管理：施工材料是工程建設(shè)實(shí)體組成的基本單元，工程項(xiàng)目所用材料的質(zhì)量直接影響到工程項(xiàng)目的實(shí)體質(zhì)量。基于BIM項(xiàng)目管理平臺(tái)的施工材料管理可以實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的物料跟蹤、與工程量統(tǒng)計(jì)功能結(jié)合的算量統(tǒng)計(jì)和與標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件加工結(jié)合的數(shù)字化加工技術(shù)等功能，以此實(shí)現(xiàn)材料管理的全過(guò)程信息記錄，并與工程數(shù)字模型結(jié)合，形成一套完整的、可追溯的信息體系。

(4)施工工法管理：工程項(xiàng)目的施工方法和組織方案的正確與否直接影響到整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)能否順利進(jìn)行，基于BIM的施工工法管理可以將空間信息與時(shí)間信息整合在一個(gè)可視的4D模型中，模擬施工過(guò)程和先后順序，直觀、精確地反映整個(gè)項(xiàng)目的施工過(guò)程，從而驗(yàn)證既定施工方案的準(zhǔn)確性。

(5)施工環(huán)境管理：水利水電工程在建設(shè)過(guò)程中面臨很多復(fù)雜多變的環(huán)境因素，BIM可以在建模之初盡可能真實(shí)地將環(huán)境因素采集錄入進(jìn)去，通過(guò)數(shù)字模擬，可以充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件，或者提前采取措施改善現(xiàn)場(chǎng)條件，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工達(dá)到預(yù)期的環(huán)境目標(biāo)。

3.2.4 施工進(jìn)度管理

水利水電工程施工進(jìn)度管理具有點(diǎn)多面廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、邏輯關(guān)系繁雜多變、涉及資源多、雜且多變的特點(diǎn)，導(dǎo)致該領(lǐng)域施工進(jìn)度管理往往采用簡(jiǎn)化合并、經(jīng)驗(yàn)估算等方法予以實(shí)施。采用BIM進(jìn)行水利水電工程施工進(jìn)度管理可以利用3D模型加入一維進(jìn)度信息形成4D管理，形成可視化工程進(jìn)度安排，從而實(shí)現(xiàn)按指定時(shí)間段直觀地顯示工程進(jìn)度計(jì)劃，方便管理人員進(jìn)行方案比選和優(yōu)化，同時(shí)利于與實(shí)現(xiàn)進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)進(jìn)行進(jìn)度分析和糾偏處理。

3.2.5 施工成本管理

施工成本管理是BIM比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域。但在水利水電工程建設(shè)中，由于受限于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，3D空間+進(jìn)度控制技術(shù)在該領(lǐng)域中的應(yīng)用難度較大，而基于BIM的施工成本管理在水利水電工程施工過(guò)程中應(yīng)用較少。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的成熟，這一技術(shù)因其工程量計(jì)算簡(jiǎn)單、成本控制更易于落實(shí)、易實(shí)現(xiàn)有效管控等特點(diǎn)勢(shì)必會(huì)得到更快的發(fā)展。

BIM是一個(gè)強(qiáng)大的工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)3D空間+進(jìn)度控制技術(shù)的信息錄入，BIM系統(tǒng)可以自行統(tǒng)計(jì)匯總，實(shí)現(xiàn)快速精確的成本核算、預(yù)算工程量動(dòng)態(tài)查詢與統(tǒng)計(jì)、限額領(lǐng)料與進(jìn)度款支付自動(dòng)管理等功能，從而達(dá)到以施工預(yù)算控制人力資源和物資消耗、造價(jià)信息實(shí)時(shí)跟蹤等目的。

3.2.6 施工安全管理

BIM具有信息完備性和可視化的特點(diǎn)，在施工安全管理方面，將其作為數(shù)字化安全培訓(xùn)和交底的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以達(dá)到更好的效果。

利用BIM的可視化和與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)相似度很高的特點(diǎn)，在安全培訓(xùn)時(shí)，可以讓工人更直觀和準(zhǔn)確地了解到現(xiàn)場(chǎng)的狀況：他們將從事哪些工作、哪些地方容易出現(xiàn)危險(xiǎn)等，從而制定出相應(yīng)的安全工作策略。

BIM的可視化空間是隨著工程進(jìn)展動(dòng)態(tài)變化的，通過(guò)模擬工人的施工狀況，可以形象地看到工作面狀況，預(yù)先評(píng)估工作空間的可用性、安全性。

BIM與仿真分析技術(shù)相結(jié)合，可以準(zhǔn)確地模擬施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的力學(xué)性能和變形狀態(tài)，從而可以合理地安排施工順序和施工方法，確保工程施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全。

3.2.7 信息模型數(shù)字化集成交付

水利水電工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既使在工程完成交付使用后也要進(jìn)行大量的監(jiān)測(cè)和維護(hù)工作。傳統(tǒng)竣工檔案交付的紙質(zhì)檔案浩繁且離散，運(yùn)維階段查閱困難且易于以偏蓋全。而采用BIM技術(shù)形成的竣工檔案具有可視化、結(jié)構(gòu)化、智能化、集成化的特點(diǎn)，同時(shí)交付實(shí)物和數(shù)字工程兩個(gè)產(chǎn)品，可為工程運(yùn)維乃至改造報(bào)廢提供支持。

3.3 BIM在水利水電工程施工中應(yīng)用存在的問(wèn)題

BIM技術(shù)在國(guó)際上已相對(duì)成熟，但在國(guó)內(nèi)發(fā)展卻方興未艾，其主要局限于規(guī)劃、設(shè)計(jì)方面，施工方面常見(jiàn)于建筑工程、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝等領(lǐng)域，水利水電工程施工方面除因自身特點(diǎn)因素限制其發(fā)展外，尚存在以下問(wèn)題影響了BIM的應(yīng)用：

(1)目前水利水電工程設(shè)計(jì)單位在BIM應(yīng)用上也剛剛起步，上游BIM產(chǎn)品少，施工單位模型需要從底層建起，工作量大。

(2)目前主流的BIM軟件主要面對(duì)建筑、安裝等工程類型，對(duì)水利水電工程適配度不高，在該領(lǐng)域應(yīng)用需要多軟件協(xié)作。

(3)目前BIM的應(yīng)用在操作層面上已基本成熟，但涉及工程管理的綜合功能尚有所欠缺，協(xié)同管理需要開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理平臺(tái)才能全面執(zhí)行BIM管理模式，這就需要項(xiàng)目管理單位在項(xiàng)目全生命周期推動(dòng)該技術(shù)的應(yīng)用和相應(yīng)管理模式的變革，只有這樣，才能真正發(fā)揮BIM的作用。

4 BIM在水利水電工程施工中的應(yīng)用前景與展望

目前，BIM以其信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性等特點(diǎn)而被應(yīng)用于工程建設(shè)各領(lǐng)域及全部生命周期，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，BIM代替?zhèn)鹘y(tǒng)二維技術(shù)已經(jīng)成為主流發(fā)展趨勢(shì)。在水利水電工程施工中引進(jìn)BIM技術(shù)存在需要解決和克服的問(wèn)題，但是也同樣具有其自身的優(yōu)勢(shì)和條件，且從工程管理各方面均可突破形成體系，這將對(duì)水利水電工程信息化、智能化水平的提升產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用，BIM技術(shù)在水利水電工程施工領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

[1] 劉占省，等.BIM技術(shù)與施工項(xiàng)目管理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[2] 丁烈云，等.BIM應(yīng)用·施工[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2015.

[3] 劉祥柱，等. 水利水電工程施工[M].鄭州： 黃河水利出版社,2009.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-01-10

TV7;TV51;TV52

B

1001-2184(2017)02-0088-03

李宗宗(1984-)，男，河南洛陽(yáng)人，工程師，學(xué)士，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作；

劉 李(1984-)，男，陜西商洛人，工程師，從事建設(shè)工程技術(shù)管理與測(cè)量工作.