BIM 技術(shù)在水工金屬結(jié)構(gòu)全壽命周期管理中的應用研究

陳瑋佺 中國葛洲壩集團機械船舶有限公司

一、BIM 技術(shù)的簡述

BIM 技術(shù)是建筑信息模型技術(shù)的簡稱，其主要功能是建立科學合理的三維模型，為建筑業(yè)提供施工策略和方案規(guī)劃在工程項目的施工過程和施工管理中起著至關(guān)重要的作用。具體來說，BIM 技術(shù)是將建設(shè)項目的施工數(shù)據(jù)和信息進行集成，并對相關(guān)信息進行比較和分析，在分析和集成的基礎(chǔ)上，建立一個可行、安全、合理的方案規(guī)劃，運用科學的技術(shù)使施工技術(shù)和管理成為可能達到項目要求的標準。同時，BIM 技術(shù)被廣泛應用于建筑工程項目的設(shè)計、施工、管理工作中，能夠融入建設(shè)項目的每一個環(huán)節(jié)，可以融入整個建筑環(huán)境中。該技術(shù)可以在有效整合的基礎(chǔ)上提高運營質(zhì)量和管理效率，同時規(guī)避風險，保證工程安全穩(wěn)定達到規(guī)定標準，為建筑業(yè)的長遠發(fā)展和工程質(zhì)量的有效提高提供了依據(jù)提供必要的基本條件。

二、BIM 技術(shù)的主要特征優(yōu)勢

（一）協(xié)調(diào)管理的作用

在建筑工程施工過程中協(xié)調(diào)管理的作用，如果各個過程之間的溝通不夠具體，就會出現(xiàn)施工沖突問題，尤其是在平面設(shè)計模式的情況下，這是很難避免的。例如：空調(diào)管道和各種管線安裝在屋頂上，如果協(xié)調(diào)不夠具體，必然會出現(xiàn)工序碰撞問題，而這些工序的碰撞又會導致各種施工沖突，這種矛盾會造成人力資源的流失物質(zhì)資源方面，會造成嚴重的經(jīng)濟損失，同時也不能保證整個工程達到更高的標準。利用BIM 技術(shù)可以充分協(xié)調(diào)各工序的管理，通過全面管理可以更好地避免此類矛盾，同時也能加快各工序的正常施工。

（二）視覺應用

BIM 技術(shù)是將三維模型展現(xiàn)在人們面前，從而實現(xiàn)視覺化的應用，雖然在設(shè)計過程中也有圖形化的呈現(xiàn)，但效果圖只顯示了平面線的完整輪廓，潛在的信息不能得到充分的表達，而且可以沒有生成一個更為全面的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，只會呈現(xiàn)出一種只讀的形式，缺乏互動和反饋。BIM 技術(shù)的有效應用可以將信息進行可視化處理，不僅可以通過效果圖充分表達設(shè)計意圖，而且可以將設(shè)計理念、施工理念和運營理念相結(jié)合，以達到可視化的應用效果，實現(xiàn)過程的高度結(jié)合應用效果之間的相互作用。在下面的圖1 中，BIM 顯示為一個可視化應用程序。

三、項目BIM 生命周期管理方案

BIM 技術(shù)將信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，實現(xiàn)水利水電工程參與者和不同行業(yè)之間的信息協(xié)調(diào)，從而指導項目的全生命周期管理。在設(shè)計階段，實現(xiàn)三維可視化、信息化、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，減少不同專業(yè)的碰撞，設(shè)計變更，并結(jié)合有限元計算，實現(xiàn)設(shè)計校核和優(yōu)化；在施工階段，實現(xiàn)施工仿真，施工進度管理、質(zhì)量管理、合同管理、投資成本管理；實現(xiàn)了包括綜合模型展示、數(shù)字化大壩安全監(jiān)測管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、定檢管理在內(nèi)的全生命周期管理。

四、BIM 在項目各階段的應用

（一）BIM 技術(shù)在投標階段的應用

可以消除以往經(jīng)驗估計的風險，在總結(jié)各專業(yè)工作量的基礎(chǔ)上建立三維模型，為確定投標策略和預留利潤空間提供數(shù)據(jù)支持。在招標階段，可以幫助非專業(yè)專家直接對項目的整體方案和整體功能布局進行評估，有效提高招標項目的中標率。同時，運用虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對項目周邊環(huán)境和項目建成后的運行情況進行定性和定量模擬。

（二）在設(shè)計階段

BIM 可以作為設(shè)計過程中的雙向轉(zhuǎn)換模型，通過設(shè)置模型參數(shù)和生成圖形數(shù)據(jù)，滿足不同專業(yè)間協(xié)同交互設(shè)計的要求。通過共享平臺，可以保證工程數(shù)據(jù)的唯一性和有效性，減少信息傳遞的誤差，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。同時，BIM 模型在設(shè)計校核、設(shè)計變更、碰撞校核、校核優(yōu)化等方面具有明顯的優(yōu)勢。主要設(shè)計步驟如下：（1）首先建立材料的詳細清單，包括材料、規(guī)格和數(shù)量；（2）根據(jù)設(shè)定的初始參數(shù)建立三維BIM 模型；（3）生成工程視圖、尺寸標注和調(diào)整材料清單和技術(shù)說明；（4）將參數(shù)模型轉(zhuǎn)換成三維和二維圖紙，根據(jù)用戶要求進行結(jié)構(gòu)有限元分析計算和局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（三）施工階段

水利水電工程具有投資規(guī)模大、專業(yè)性較強、結(jié)構(gòu)形式多樣化、參與專業(yè)多等特點，BIM 是一種先進的仿真、計算和三維可視化數(shù)字模型技術(shù)，用于建立施工主體和結(jié)構(gòu)的虛擬環(huán)境。利用仿真環(huán)境進行直觀的“工前”演練，及時了解施工過程中的作業(yè)順序、施工難點和施工安全隱患。在正式施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場反饋，及時發(fā)現(xiàn)和捕捉各階段的動態(tài)變化，可有效避免工程計量中的漏項、漏項、誤算和重復計量，提高投資成本的準確性。同時，經(jīng)過BIM 模型的設(shè)計深化和優(yōu)化，可以采用最佳的施工工藝方案，提高施工能力，減少不必要的返工和材料浪費。

（四）在運營階段

BIM 技術(shù)有效地整合了生產(chǎn)、制造、設(shè)計和施工各個階段的信息，是數(shù)字化運維的有效支撐。通過BIM 三維運行管理平臺，通過相應的監(jiān)控傳感設(shè)備，將實際運行中的真實數(shù)據(jù)映射到虛擬場景中，實時播放數(shù)據(jù)信息，動態(tài)畫面可視化，遠程方便的操作維護功能。同時，利用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)全業(yè)務、全方位的集約化管理、風險預測和智能化決策，提高數(shù)字化健康診斷設(shè)備的水平。

五、結(jié)論

BIM 技術(shù)是實現(xiàn)水工金屬結(jié)構(gòu)工程全生命周期管理的有效方法，具有結(jié)構(gòu)復雜、用戶可定制的特點。本文研究了BIM 技術(shù)在水利水電金屬結(jié)構(gòu)全壽命周期管理中的應用，介紹了BIM 技術(shù)在招投標、設(shè)計施工、運行維護等階段的全過程管理方案。應用結(jié)果表明，該方法能有效提高工程質(zhì)量和效益，降低工程造價和風險，實現(xiàn)數(shù)字化運維。