我國水利工程中 BIM 應用現(xiàn)狀及障礙研究

王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學 土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010）

我國水利工程中 BIM 應用現(xiàn)狀及障礙研究

Application of BIM in China Water Project and its Obstacles

王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學 土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010）

伴隨全球制造業(yè)邁向工業(yè)4.0的步伐，建筑信息模型（BIM）正引領著建設行業(yè)的第二次革命，然而工程技術人員對BIM在水利工程中的應用情況及現(xiàn)存障礙尚認識不足。結合BIM技術在國內(nèi)水利工程中的應用情況，對阿海水電站、南水北調(diào)中線工程等典型工程BIM應用情況進行比較分析，并對國內(nèi)水利工程中應用的主流BIM軟件進行分析，探討B(tài)IM在國內(nèi)水利工程中的主要應用障礙，從政策環(huán)境、技術環(huán)境、行業(yè)環(huán)境 3 個面為BIM的推廣應用提出，相關對策與建議。

水利工程；BIM；應用現(xiàn)狀；應用障礙

水利工程是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。其在防洪、減災等方面對國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了重大的貢獻，同時在發(fā)電、灌溉、生態(tài)等方面發(fā)揮著巨大作用。水利工程項目規(guī)模大、難度高、周期長，且大部分項目位于深山峽谷之中，地形地質(zhì)條件復雜、空間有限；同時，項目施工作業(yè)涉及多專業(yè)、多環(huán)節(jié)、多利益方。這些都給項目的施工組織管理和施工過程的動態(tài)控制，帶來了極大的挑戰(zhàn)。據(jù)國家發(fā)改委報道，2016 年我國在建的重大水利工程投資規(guī)模保持在 8 000 億元以上。然而目前傳統(tǒng)的水利工程設計、施工、運維階段的運作流程及管理模式存在缺陷，使水利工程行業(yè)生產(chǎn)效率的提高受到了很大的限制。另外，水利工程在全生命周期內(nèi)設計效率低、各階段信息流失嚴重、信息共享管理水平低等問題，已使傳統(tǒng)管理模式無法適應客戶及行業(yè)需求，新技術的引入、模式的改革勢在必行。

BIM(Building Information Modeling) 是建設行業(yè)一種新的理念和技術。其思想源于 20 世紀 70 年代，由美國佐治亞理工大學教授 Chuck Eastman 教授提出。美國國家 BIM 標準將 BIM 定義為：“設施物理和功能特性的數(shù)字化表達”[1]。自 2002 年 BIM 概念進入中國以來，對 BIM 的應用及研究得到了快速發(fā)展，除了在建筑工程領域的應用，BIM 技術也已應用于公路、橋梁、地鐵、水利等工程項目中。BIM 技術應用于水利工程領域后，被業(yè)內(nèi)稱為水利工程信息模型 (Hydro BIM) 或水利水電工程圖形信息模型(HPIM，Hydropower Project Information Modeling)。我國 BIM 技術的發(fā)展仍處于初級階段，在水利工程中的推廣程度更是不夠?；诖耍疚膶?BIM 技術在我國水利工程中的應用現(xiàn)狀及障礙進行了調(diào)查研究，并提出了應對建議[2]。

1 我國水利工程領域 BIM 應用現(xiàn)狀

BIM 是一項全新的理念和技術，必將成為全球建設行業(yè)未來的潮流。在歐美等發(fā)達國家，應用 BIM 項目的數(shù)量已經(jīng)超過傳統(tǒng)項目的數(shù)量。而我國起步較晚，當前的 BIM應用率尚不高。我國水利工程行業(yè) BIM 技術的應用以設計階段為主，而在施工階段的應用鮮有報道，在運營階段應用BIM 技術更是無從談起。所以，BIM 技術在水利工程中的研究和探索勢在必行且任重道遠。

1.1 BIM 在國內(nèi)水利工程典型項目中的應用分析

McGraw-Hill 公司將 BIM 定義為：“創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項目進行設計、建造及運營管理的過程”。BIM 技術的應用可以有效解決建設項目各階段及階段之間信息傳遞損失、溝通不暢等問題。我國對于 BIM 的研究及應用起步較晚，尚處于起步階段，可查的水利工程 BIM 應用項目較少?，F(xiàn)將近年來水利工程中應用 BIM 技術的典型案例匯總，如表1所示[3]。水利工程具有體型大、周期長、參與方眾多、多專業(yè)協(xié)作、結構復雜、多地下工程等特點，BIM技術在水利工程中的應用可以發(fā)揮其最大價值和效益，解決周期長及參與方眾多造成的信息傳遞損失、參與方多帶來的協(xié)調(diào)工作量大等問題。BIM 技術在水利工程設計階段的應用已初見成效，在施工過程的動態(tài)演示及信息查詢方面也有所進展，同時也存在諸多問題[4,5]。

表1 我國近年典型水利工程 BIM 應用案例

1.2 BIM 在水利工程中的應用軟件分析

理論和技術的應用都需要依賴于一定的工具。軟件正是保證 BIM 技術得到推廣應用的不可或缺的工具。BIM 在水利工程中的應用涉及不同的參與方、不同的專業(yè)和不同的階段，會涉及眾多的軟件，絕不是一個或一類軟件可以解決的。美國 Building SMART 聯(lián)盟主席 Dana K. Smitnz斷言：“依靠一個軟件解決所有問題的時代已經(jīng)一去不復返了”[6]。當前，BIM 軟件以國外開發(fā)的軟件為主流，國產(chǎn) BIM 軟件非常稀少，國內(nèi)工程也主要應用國外的 BIM 軟件。但是，國外軟件不能完全符合中國的國情、使用習慣及規(guī)范，同時也給信息安全帶來了隱患。下面分析國內(nèi)市場上較有影響力的 BIM 軟件，并介紹其在水利工程領域中的應用情況，從而更深層次地了解 BIM 在水利工程中的應用。

(1) Autodesk 系列。2002 年，Autodesk 公司收購Revit 公司后，提出了 Building Information Modeling (建筑信息模型)這一術語，旨在實現(xiàn)全方位"建筑工程生命周期管理"。Autodesk 公司的 Autodesk CAD 軟件在過去 30余年中，已被建筑工程技術人員接受并應用于工程實踐中，其 BIM 解決方案所包含的軟件符合 CAD 的使用習慣，易被工程人員接受。

圖1 為 Autodesk 產(chǎn)品在水利工程設計階段的使用及其對應專業(yè)。設計階段的水力參數(shù)、結構計算由其他專業(yè)軟件輔助完成，施工進度管理中常配合 P3、Microsoft Project 實現(xiàn)。中國水電顧問集團下屬的北京院和昆明院均引進了 Autodesk 的 BIM 產(chǎn)品。

圖1 水利工程設計階段所用BIM軟件

(2) Bentley 系列。Bentley 產(chǎn)品在工廠設計和基礎設施領域有無可爭辯的優(yōu)勢。中國電建集團華東設計院自2004 年已引入 Bentley 產(chǎn)品，已在 30 余項大型工程中全面使用。

(3) Dassault 系列。達索公司為建筑行業(yè)提供了全流程 BIM 解決方案，涵蓋建筑行業(yè)所涉及的項目全生命周期，可滿足用戶在各個階段對 BIM 數(shù)據(jù)的處理需求。如：CATIA 軟件提供智能化的樹結構，對于實體或曲面對象，都可以采用變量和參數(shù)混合進行建模[7]。其應用到建設行業(yè)，無論是建模能力、表現(xiàn)能力和信息管理能力都比傳統(tǒng)的建筑類軟件有明顯優(yōu)勢，但是與工程建設行業(yè)的項目特點和人員特點的對接問題則是其不足之處。中國水電顧問集團下屬的成勘院及西北院均引入達索系列產(chǎn)品來實現(xiàn)三維協(xié)同設計。

(4) Nemetschek 系列。Nemetschek 公司自 2007年收購 Graphisoft 之后，ArchiCAD/AllPLAN/Vector Works 三個產(chǎn)品都被歸到同一公司旗下。ArchiCAD 早已被國內(nèi)工程設計人員熟悉，但其僅限用于建筑專業(yè)；AllPLAN 主要市場在德語區(qū)，VectorWorks 是其在美國市場使用的產(chǎn)品名稱。目前尚無報道國內(nèi)的水利工程中應用該系列產(chǎn)品。

綜上所述，BIM 軟件眾多，但適用于國內(nèi)水利工程領域的 BIM 軟件尚不完善，亦不系統(tǒng)，國外軟件的本地化程度較低，不能適應國內(nèi)行業(yè)規(guī)范及工程人員的使用習慣。水利工程中的應用僅處于設計階段，尚未實現(xiàn)水利工程信息化的全階段貫通；在設計階段“計算分析”、“規(guī)范檢查”環(huán)節(jié)仍出現(xiàn)了“信息孤島”現(xiàn)象。所以，如何統(tǒng)籌管理，實現(xiàn)BIM 在水利工程各階段、各專業(yè)間的協(xié)同應用，是未來研究的重點[8]。

2 BIM 在國內(nèi)水利工程中應用障礙分析

結合水利工程項目案例和已用 BIM 軟件的分析，BIM在水利工程行業(yè)的應用主要存在以下障礙。

(1) 水利工程行業(yè) BIM 技術應用的政策環(huán)境不成熟。從都江堰工程 2 000 多年的歷史可見，水利工程是歷史悠久的傳統(tǒng)工程領域，水利工程領域技術的發(fā)展、更新較慢。尤其是在施工階段，施工工藝傳統(tǒng)、工程技術人員習慣于傳統(tǒng)思維、施工效率低。我國水利工程行業(yè)體制不統(tǒng)一，缺乏完善的 BIM 應用標準、交付標準、應用模式、規(guī)范等；BIM應用缺乏相關的法律、法規(guī)及爭議解決方案；水利工程行業(yè)從業(yè)工程技術人員及部分企業(yè)管理人員過于依賴傳統(tǒng)建造方式，思維模式禁錮，尚不能接受 BIM 技術這樣的新事物[9]。以上因素導致我國水利工程行業(yè) BIM 推廣并應用的政策環(huán)境不成熟。

(2) 水利工程行業(yè) BIM 技術應用的技術環(huán)境不成熟。水利工程行業(yè) BIM 技術的應用涉及不同單位、不同階段，采用多種軟件協(xié)同作業(yè)。當前國內(nèi)采用的 BIM 軟件都是國外產(chǎn)品，存在信息安全級別低、本地化程度不夠、與計算分析軟件的模型交互能力差、軟件升級費用高等問題；水利工程通常規(guī)模巨大，運用 BIM 建模對計算機硬件要求極高，當前尚無通用的、可行的方式來解決此問題；水利工程行業(yè)應用 BIM 技術的合同模式、索賠模式尚不完善等因素導致水利工程行業(yè) BIM 推廣并應用的技術環(huán)境不成熟[10-11]。

(3) 水利工程行業(yè) BIM 技術應用的行業(yè)環(huán)境不成熟。當前國內(nèi)已有部分水利設計院采用 BIM 技術進行項目設計，但大多處于初始和探索階段，技術熟練度不高、項目數(shù)量有限，致使 BIM 技術應用的投資收益得不到準確的統(tǒng)計；且行業(yè)內(nèi)對 BIM 的應用價值尚無準確評估。當前，水利工程行業(yè) BIM 技術主要用于設計階段，施工階段的 BIM 應用較少，且缺乏施工階段 BIM 技術的應用模式；BIM 技術初期投入費用高、人才短缺、培訓難度大、應用前期工作效率低，制約了 BIM 技術在水利工程行業(yè)的推廣及應用[12]。因此，水利工程行業(yè) BIM 技術應用的行業(yè)環(huán)境尚不成熟。

3 BIM 在水利工程中推廣應用的建議

自 2002 年 BIM 引入我國以來，盡管國內(nèi) BIM 技術得到了迅速發(fā)展，在水利工程領域也有了較好的推廣和實踐，但 BIM 技術的全面推廣和應用還存在著諸多的困難和挑戰(zhàn)。為了推廣 BIM 技術在水利工程中的應用，針對水利工程行業(yè) BIM 應用中所凸顯出的政策環(huán)境、技術環(huán)境、行業(yè)環(huán)境三方面問題，提出如下建議。

(1) 政策環(huán)境方面。BIM 屬于新生事物，它的推廣應用首先需要工程人員摒棄傳統(tǒng)思維、認識 BIM 的價值，從而接受 BIM 理念。政府可結合國外發(fā)達國家 BIM 標準及國內(nèi)建筑工程方面的 BIM 項目案例、水利工程的已有案例，來制定水利工程行業(yè)的 BIM 應用標準、模型交付標準及規(guī)范；可試點研究適合國內(nèi)水利工程行業(yè)的 BIM 技術應用模式；可結合國內(nèi)水利工程行業(yè)特點和習慣，制定相關法律、法規(guī)及爭議解決方案；可在部分水利工程項目中試點全程應用 BIM 技術，并強制要求在限定日期和限定項目中應用BIM 技術，迫使行業(yè)從業(yè)人員了解 BIM、接受 BIM、學習并應用 BIM。

(2) 技術環(huán)境方面。政府和行業(yè)協(xié)會可鼓勵企業(yè)、高校、科研院所對目前使用的 BIM 軟件進行二次開發(fā)，以適應國內(nèi)水利行業(yè)的規(guī)范及工程技術人員的使用習慣，并鼓勵研發(fā)我國自主品牌的 BIM 軟硬件產(chǎn)品；可借鑒國外將模型“化整為零”的思路，探索將水利工程模型“化整為零”的技術路線，以降低對計算機硬件的要求。水利主管部門可督促企業(yè)、協(xié)會、高校探索適合國內(nèi)水利工程領域 BIM 應用的合同模式及索賠方案等。

(3) 行業(yè)環(huán)境方面。行業(yè)協(xié)會可收集較為完整的水利工程 BIM 案例，評估 BIM 應用價值，通過政府、行業(yè)協(xié)會、高校、科研院所在行業(yè)內(nèi)進行宣傳、推廣，以消除工程人員的顧慮并激發(fā)他們對 BIM 的興趣，讓更多的從業(yè)人員認識并接受 BIM 技術；高校可借鑒國外 BIM 課程，結合國內(nèi)項目案例，開設 BIM 相關課程，為行業(yè)儲備后續(xù) BIM 人才；水利工程的建設單位可在招標中強制要求施工階段應用BIM技術，以促使施工單位人員學習 BIM 技術，促進 BIM 技術在水利工程施工階段的應用。

4 結 語

近年，BIM 技術在國內(nèi)得到了快速發(fā)展，建筑業(yè)相關人員及企業(yè)、高校、科研院所對 BIM 都做了大量的研究和探索。但是，BIM 技術的應用仍然處于初級階段，尤其在水利工程領域，有大量需要解決的技術和管理問題。Randy Deutsch 曾經(jīng)說“BIM 是 10% 的技術問題加上90% 的社會文化問題”。目前大量的研究集中在技術問題層面，因此在后面的研究中，除了技術層面的研究外，更應該結合中國的文化習俗，對 BIM 技術在水利工程中的應用模式、合同模式等工程管理學方面的問題進行研究和探索。BIM 技術在大型復雜項目、地下空間項目、體型奇異項目中的應用更能發(fā)揮其潛在價值，而水利工程項目正符合這類特征；且水利工程運行周期通常達百年，能夠體現(xiàn) BIM在運營階段的價值，所以，BIM 技術在水利工程領域的推廣、應用將帶來巨大的價值，市場前景廣闊。

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TU50

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1674-814X(2017)01-0022-04

2016-09-11

王明明，西南科技大學碩士研究生，主要從事土木工程信息技術、項目管理信息化方面的研究。作者通信地址：四川省綿陽市西南科技大學土木工程與建筑學院。郵編：621010。