基于BIM的水電工程全生命周期數(shù)字化移交應用研究

黃 勇，楊黨鋒，蘇 鋒，劉曉東，賈新會，劉立峰

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065)

0 引 言

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)由于其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點[1]，已廣泛應用于土木工程設(shè)計、施工、運維等各個環(huán)節(jié)[2]。趙繼偉等人[3]研究了水利工程信息模型的快速建模理論方法體系及模型構(gòu)建過程，并將其應用于工程信息查詢及運營管理當中；苗倩[4]將BIM技術(shù)應用于水利水電工程可視化仿真當中，實現(xiàn)了工程施工過程的動態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢;黃建文等人[5]將BIM技術(shù)應用于大壩施工期5D進度-成本可視化模型及動態(tài)聯(lián)合管控當中，實現(xiàn)了基于BIM的施工進度-成本聯(lián)合管控；陳強[6]結(jié)合工程實例，研究了BIM技術(shù)在市政道路橋梁設(shè)計中的應用;馬少雄等人[7]將BIM技術(shù)應用于大跨度橋梁規(guī)劃、設(shè)計和施工過程當中，顯著提高了橋梁信息化施工管理水平和建造效率；吳文高[8]結(jié)合項目案例，研究了BIM關(guān)鍵技術(shù)在軌道交通設(shè)計中的應用。作為工程建設(shè)行業(yè)的一種發(fā)展主流，BIM技術(shù)提高了信息化應用水平和應用效果，有力地推動著工程建設(shè)朝著精細化、集約化和工業(yè)化的方向發(fā)展。水電工程涉及測繪、地質(zhì)、壩工、泄水、廠房、水機、金結(jié)、電氣、通信、給排水、建筑、暖通、道路等多個專業(yè)，其BIM模型的構(gòu)建和應用對軟件功能、人員素質(zhì)、計算機配置都有較高的要求，這在一定程度上影響著BIM模型在工程全生命周期不同階段的流轉(zhuǎn)和應用。數(shù)字化移交是在BIM應用基礎(chǔ)上繁衍出來的新型工程數(shù)據(jù)移交形式，是基于BIM技術(shù)構(gòu)建的“數(shù)字雙胞胎”工程，以移交平臺為載體，將BIM模型和工程建設(shè)過程產(chǎn)中生的各類數(shù)據(jù)通過輕量化、結(jié)構(gòu)化和標準化處理，建立模型和相關(guān)工程數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，消除信息孤島，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的全面、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、模擬及可視化表達，為工程全生命周期管理和大數(shù)據(jù)應用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本應用功能。相比較以BIM軟件為載體的BIM模型應用，數(shù)字化移交通過模型輕量化、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理等手段，降低了水電工程BIM模型的使用門檻，有力地推動著BIM模型在工程全生命周期不同階段的流轉(zhuǎn)和應用；同時，基于數(shù)字化移交平臺，以BIM模型為載體統(tǒng)籌管理工程建設(shè)、運維管理中的各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，解決了水電工程建設(shè)管理中數(shù)據(jù)孤島嚴重、數(shù)據(jù)共享困難、數(shù)據(jù)管理混亂、數(shù)據(jù)應用無序等眾多問題。

本文面向水電工程全生命周期，深入研究基于BIM的數(shù)字化移交形式、實現(xiàn)流程、實現(xiàn)要素和數(shù)字化移交的特性。在此基礎(chǔ)上，詳細闡述了水電工程數(shù)字化移交的實現(xiàn)過程和數(shù)字化移交成果在工程全生命周期管理中的應用，為相關(guān)工程開展數(shù)字化移交提供借鑒和參考。

1 基于BIM的數(shù)字化移交技術(shù)研究

1.1 數(shù)字化移交形式及分類

按照數(shù)字化移交工作狀態(tài)的不同，將數(shù)字化移交分為靜態(tài)數(shù)字化移交和動態(tài)數(shù)字化移交。靜態(tài)數(shù)字化移交又叫一次性移交，是指在工程某一階段(設(shè)計、施工或調(diào)試)或工程建設(shè)結(jié)束時，在交付設(shè)計成果、工程實體的同時，給業(yè)主移交包含BIM模型和工程數(shù)據(jù)的“數(shù)字雙胞胎”工程，其特點是所有BIM模型和工程數(shù)據(jù)都是最終且唯一版本。動態(tài)數(shù)字化移交，是指在工程某一階段(設(shè)計、施工或調(diào)試)或工程建設(shè)的初始階段，就開始進行數(shù)字化移交，直至某一階段或工程竣工；其特點是移交工作與工程建設(shè)同步，移交數(shù)據(jù)隨工程的進展累積漸進、逐漸完善，數(shù)據(jù)的版本動態(tài)更新。水電工程建設(shè)周期長，工程數(shù)據(jù)種類多、數(shù)量大，采用動態(tài)數(shù)字化移交的方式可以繼承工程建設(shè)各階段產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)，將前序工程建設(shè)數(shù)據(jù)服務于后續(xù)工程建設(shè)過程，還可動態(tài)進行歷史數(shù)據(jù)的追溯和修正，是當前普遍采用的數(shù)字化移交方式。

動態(tài)數(shù)字化移交，按照工程建設(shè)的不同階段又分為設(shè)計過程數(shù)字化移交、設(shè)計+施工過程數(shù)字化移交、設(shè)計+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交和工程全生命周期數(shù)字化移交，如圖1所示。

圖1 動態(tài)數(shù)字化移交數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程Fig.1 Dynamic data flow process of digital delivery

(1)設(shè)計過程數(shù)字化移交。設(shè)計過程數(shù)字化移交是指設(shè)計階段BIM模型和設(shè)計參數(shù)、設(shè)計圖紙、設(shè)計報告等工程數(shù)據(jù)的移交，根據(jù)不同設(shè)計深度及設(shè)計成果，動態(tài)進行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在設(shè)計數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進行動態(tài)應用和修正。

(2)設(shè)計+施工過程數(shù)字化移交。設(shè)計+施工過程數(shù)字化移交是指工程設(shè)計、施工階段BIM模型和設(shè)計數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)的移交，包含工程變更數(shù)據(jù)；根據(jù)不同工程進度及相關(guān)數(shù)據(jù)，動態(tài)進行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程設(shè)計、施工數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進行動態(tài)應用和修正。

(3)設(shè)計+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交。設(shè)計+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交是指工程設(shè)計、施工、調(diào)試階段BIM模型和設(shè)計數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、調(diào)試數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)的移交，包含工程變更數(shù)據(jù)；根據(jù)不同工程進度及相關(guān)數(shù)據(jù)，動態(tài)進行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程設(shè)計、施工、調(diào)試數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進行動態(tài)應用和修正。

(4)工程全生命周期數(shù)字化移交。工程全生命周期數(shù)字化移交，是面向工程全生命周期全過程、全業(yè)務數(shù)據(jù)的動態(tài)數(shù)字化移交。根據(jù)工程設(shè)計、施工、調(diào)試不同階段進度及相關(guān)工程數(shù)據(jù)，動態(tài)進行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程運維階段，基于數(shù)字化移交數(shù)據(jù)和移交平臺，將監(jiān)控、監(jiān)測、巡檢、維修、物資等運維過程數(shù)據(jù)動態(tài)關(guān)聯(lián)至相應BIM模型上，形成面向工程全生命周期的數(shù)字化移交，應用于工程建設(shè)及生產(chǎn)運維當中。這種數(shù)字化移交模式更適合面向全生命周期的水電工程建設(shè)及運維管理，已在新建水電項目中廣泛推廣，也是本文主要研究的數(shù)字化移交模式。

1.2 數(shù)字化移交實現(xiàn)流程研究

數(shù)字化移交實現(xiàn)流程基本上分為移交準備、工程數(shù)據(jù)收集整理、工程數(shù)據(jù)標準化處理、數(shù)據(jù)內(nèi)容和質(zhì)量審核、工程數(shù)據(jù)動態(tài)移交、工程數(shù)據(jù)應用及更新、數(shù)據(jù)完整性及準確性審核、全過程數(shù)據(jù)移交、移交成果運維階段應用及運維數(shù)據(jù)增加等過程(圖2)。移交準備是數(shù)字化移交的基礎(chǔ)性工作，包括方案和標準定制、移交平臺搭建、實施團隊組建等，準備工作是否全面直接關(guān)系到數(shù)字化移交的成敗。工程數(shù)據(jù)收集整理是根據(jù)移交標準將模型、圖紙、報告、工程量、設(shè)計參數(shù)等按照一定的組織結(jié)構(gòu)進行收集、整理，標準化處理是將收集到的碎片化工程數(shù)據(jù)進行輕量化處理、統(tǒng)一格式轉(zhuǎn)換、編碼編號等，內(nèi)容和質(zhì)量核定是對處理過的工程數(shù)據(jù)按照移交標準進行審核，均貫穿于工程建設(shè)全過程。工程數(shù)據(jù)動態(tài)移交包括規(guī)劃設(shè)計、施工、采購、調(diào)試等各階段數(shù)據(jù)移交，按照移交數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序進行漸進式動態(tài)移交。工程數(shù)據(jù)應用及補充、添加、更新是一個不斷迭代的過程，工程前期數(shù)據(jù)可在后續(xù)工作中應用，應用過程中針對變更內(nèi)容又不斷更新完善。在工程竣工交付時，對數(shù)據(jù)的完整性、準確性進行移交前審核，確認數(shù)據(jù)無誤后進行工程全過程數(shù)據(jù)移交。工程建設(shè)期數(shù)據(jù)移交后，應用于運維管理過程，并與運維管理系統(tǒng)融合，將運維階段數(shù)據(jù)持續(xù)增加至數(shù)字化移交系統(tǒng)，最終形成覆蓋工程全生命周期的數(shù)據(jù)中心。

圖2 基于BIM的數(shù)字化移交實現(xiàn)流程Fig.2 Digital Delivery realization flow based on BIM

1.3 數(shù)字化移交實現(xiàn)要素研究

面向工程全生命周期的數(shù)字化移交，時間長、跨度大、參與方多，移交過程復雜而繁瑣。在進行數(shù)字化移交工作過程中，必須確定好移交內(nèi)容、移交標準、移交平臺和移交團隊4項基本要素。移交內(nèi)容是數(shù)字化移交的核心，移交標準是移交內(nèi)容規(guī)范、有效的保證，移交平臺是移交數(shù)據(jù)的載體，移交團隊是移交工作的保證，缺一不可。

(1)移交內(nèi)容。數(shù)字化移交內(nèi)容包含設(shè)計、施工、調(diào)試、運維等工程全生命周期的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如BIM模型、設(shè)計報告、工程圖紙、質(zhì)量信息、材料特性、設(shè)備參數(shù)等。移交內(nèi)容應充分結(jié)合工程特點，從工程全生命周期數(shù)據(jù)應用價值的角度進行綜合確定，確保移交數(shù)據(jù)規(guī)范、完整、有效、有用。

(2)移交標準。數(shù)字化移交標準包括數(shù)據(jù)顆粒度、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)版本、數(shù)據(jù)更新周期、數(shù)據(jù)采集上傳方式、數(shù)據(jù)處理流程等與數(shù)字化移交工作相關(guān)的各種規(guī)范性文件，用以指導數(shù)字化移交工作的實施。移交標準應結(jié)合《發(fā)電工程數(shù)據(jù)移交》及工程各參與方的工作方式、信息化系統(tǒng)應用情況、人員素質(zhì)等有針對性地制定，確保移交標準科學、合理、操作性強。

(3)移交平臺。當前主流的數(shù)字化移交平臺為C/S模式(客戶端/服務器)和B/S模式(瀏覽器/服務器)，第一種模式系統(tǒng)功能強大、安全性高，但系統(tǒng)部署復雜、硬件依賴性強、人員專業(yè)性要求高；第二種模式使用門檻低、操作簡單方便，但功能相對簡單、模型加載對網(wǎng)絡(luò)依賴性高。對于建設(shè)周期長、模型操作頻繁、人員素質(zhì)多樣的水電工程而言，數(shù)字化移交平臺應建設(shè)為基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的C/S+B/S模式，以滿足不同工程階段、不同業(yè)務、不同應用人員的需求。

(4)移交團隊。面向全生命周期的水電工程數(shù)字化移交工作是一項長期、復雜的工作，項目業(yè)主負責各方協(xié)調(diào)、過程監(jiān)管等工作，設(shè)計單位負責數(shù)據(jù)標準建設(shè)、技術(shù)管理等工作，施工、安裝、調(diào)試等各參與房負責各自工作范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的采集并按移交標準上傳；在數(shù)字化移交的不同階段，應成立專門的機構(gòu)或組建專門的團隊進行實施，團隊成員的專業(yè)背景或工作經(jīng)歷應包含計算機、數(shù)據(jù)庫、數(shù)字工程及水工、機電等水電工程相關(guān)專業(yè)人員。

2 基于BIM的數(shù)字化移交特性研究

相比較傳統(tǒng)的工程檔案交付、BIM模型應用、工程數(shù)據(jù)管理等數(shù)據(jù)應用和交付模式，基于BIM的數(shù)字化移交使模型應用簡單化、數(shù)據(jù)展示可視化、數(shù)據(jù)管理關(guān)聯(lián)化、數(shù)據(jù)共享信息化；除了發(fā)揮數(shù)據(jù)的直觀應用價值外，還可通過工程全生命周期不同階段、不同業(yè)務數(shù)據(jù)的挖掘、處理和分析，對工程建(構(gòu))筑物和設(shè)施設(shè)備性態(tài)進行科學預測和預處置，使工程建設(shè)、管理模式朝著數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)創(chuàng)新的方向發(fā)展?；贐IM的數(shù)字化移交主要特性如下：

(1)輕量級模型應用。輕量級模型，是指在不改變模型文件結(jié)構(gòu)屬性的基礎(chǔ)上，將模型文件通過參數(shù)化處理、減面優(yōu)化、實例化、數(shù)據(jù)壓縮等方式將模型體積壓縮[9]，使原本幾G、幾十G甚至上百G的原始模型轉(zhuǎn)碼成幾M,幾十M、幾百M的輕量級模型。輕量級模型對計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)的要求較低，通過瀏覽器展示和應用時能有效避免原始模型加載時間過長、程序卡死或者系統(tǒng)崩潰等現(xiàn)象，提高模型的體驗性。作為數(shù)字化移交的載體和主要移交數(shù)據(jù)之一，水電工程BIM模型一般由地質(zhì)、樞紐、廠房、機電等多專業(yè)模型組成，模型體量通常較大，難以適用于建設(shè)、管理等單位計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)資源有限的應用環(huán)境。因此，在數(shù)字化移交過程中，應在充分保留模型幾何、屬性信息的原則下，盡可能壓縮模型體積，并在數(shù)字化移交系統(tǒng)建設(shè)時采用分層傳輸?shù)燃夹g(shù)進行模型加載和顯示，從而在保證良好應用效果的同時最大限度降低計算的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)資源要求。

(2)多維度數(shù)據(jù)管理。數(shù)字化移交不同階段、不用參與方的應用場景各不相同，根據(jù)水電工程的特點，數(shù)字化移交數(shù)據(jù)應按照專業(yè)、部位和區(qū)域3種方式進行管理，以滿足不同工程階段、不同參與人員在不同業(yè)務中應用，實現(xiàn)工程全生命周期全過程信息高效傳遞和共享。

(3)智能化數(shù)據(jù)融合。數(shù)字化移交的核心是數(shù)據(jù)之間相關(guān)關(guān)聯(lián)、相互驅(qū)動，在進行數(shù)字化移交工作時，應通過智能抽取、關(guān)聯(lián)及分類等手段，快速建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)管理，實現(xiàn)水電工程多維數(shù)據(jù)集成管理、融合鏈接和相互驅(qū)動，通過數(shù)據(jù)迭代和數(shù)據(jù)融合，保證數(shù)據(jù)完整、準確。

(4)可視化信息協(xié)同。數(shù)字化移交應通過三維可視化、體驗式信息交互，消除信息壁壘、提高溝通效率；通過模型、數(shù)據(jù)的基本操作，服務于工程全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)管理。

(5)開放性系統(tǒng)架構(gòu)。數(shù)字化移交作為工程大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，移交系統(tǒng)架構(gòu)應有充分的開放性，既能通過底層數(shù)據(jù)對接實現(xiàn)對設(shè)計管理、PM、檔案等原始工程數(shù)據(jù)的自動獲取，又能通過與工程建設(shè)、運維期的各種信息化系統(tǒng)融合服務于工程全生命周期。

(6)大數(shù)據(jù)分析決策。數(shù)字化移交不但具備數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應用功能，還應具備數(shù)據(jù)分析和決策功能。通過數(shù)字化移交集中管理工程數(shù)據(jù)，形成包含海量信息的工程大數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)挖掘、處理和分析，實現(xiàn)工程信息快速獲取、工程狀態(tài)實時掌握、工程問題綜合分析。

(7)多終端應用支持。為滿足不同場景下工程數(shù)據(jù)的應用，數(shù)字化移交系統(tǒng)應支持個人計算機、平板電腦、手機、大屏等不同應用終端進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應用，從而實現(xiàn)便捷、高效地工作。

(8)多措施安全保障。在數(shù)字化移交過程中，應采取多種措施保障數(shù)據(jù)安全。在數(shù)據(jù)管理方面，可通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)共享等方式，保障數(shù)據(jù)安全。在數(shù)據(jù)應用方面，可通過權(quán)限管理、用戶身份驗證、數(shù)據(jù)加密等方式，確保數(shù)據(jù)安全。

3 水電工程全生命周期數(shù)字化移交應用

3.1 工程建設(shè)階段數(shù)字化移交應用研究

3.1.1 方案規(guī)劃及輔助決策

水電工程建設(shè)涉及水文、氣象、地質(zhì)、勘探、環(huán)保、水保、移民、動植物保護等多種要素，專業(yè)性強、協(xié)作頻繁?；跀?shù)字化移交平臺，制定基于空間地理信息的對象分解和編碼規(guī)則，進行規(guī)劃數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理。工程規(guī)劃階段，以現(xiàn)狀地質(zhì)、地形及建筑物三維模型為載體統(tǒng)籌管理規(guī)劃數(shù)據(jù)，消除信息不對稱、專業(yè)間協(xié)作不緊密等產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)可視化環(huán)境下規(guī)劃數(shù)據(jù)管理、工程規(guī)劃和方案決策。工程設(shè)計階段，以規(guī)劃數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，集成設(shè)計階段數(shù)據(jù)，在可視化環(huán)境下推敲、比選不同設(shè)計方案和不同建筑物的布置形式、不同建(構(gòu))筑物的銜接方式，輔助設(shè)計人員進行方案比選及設(shè)計優(yōu)化。工程施工階段，以規(guī)劃、設(shè)計數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，在可視化環(huán)境下進行施工場地布置、進度管理、復雜施工及安裝工藝的模擬、仿真，輔助施工人員進行施工方案優(yōu)化并進行科學決策(圖3)。

圖3 基于數(shù)字化移交的方案規(guī)劃及輔助決策Fig.3 Scheme planning and auxiliary decision based on digital delivery

3.1.2 碰撞分析

水電工程三維模型涉及地質(zhì)、水工、機電等多個專業(yè)，不同專業(yè)之間的碰撞干涉問題眾多，且由此引起的消缺工作耗費大量的人力、物力資源?；跀?shù)字化移交平臺，整合各專業(yè)三維設(shè)計模型，在三維虛擬環(huán)境下進行不同專業(yè)間的碰撞分析，提前消除設(shè)計缺陷，提高設(shè)計質(zhì)量(圖4)。

圖4 基于數(shù)字化移交的多專業(yè)碰撞分析檢查Fig.4 Multi discipline collision analysis and inspection based on digital delivery

3.1.3 三維會審

會審是設(shè)計過程中的重要工作，是把控設(shè)計質(zhì)量、消除專業(yè)間銜接障礙的主要手段之一?；跀?shù)字化移交系統(tǒng)，利用三維模型作為多方會審的載體，可在會審過程中通過對三維設(shè)計成果進行漫游、測量、剖切等，并針對設(shè)計缺陷自動生成圖文并茂的會審清單，從而大大提高會審效率和會審質(zhì)量(圖5)。

圖5 基于數(shù)字化移交的三維會審Fig.5 Three dimensional joint review based on digital delivery

3.1.4 施工交底

施工交底是工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，是施工人員了解工程特點、技術(shù)要求、施工工藝、工程難點、操作要點的主要工作。傳統(tǒng)以CAD平面圖為主的施工交底不夠直觀，難以精確表達復雜的施工工法、接底人與交底內(nèi)容理解偏差等問題?；跀?shù)字化移交系統(tǒng)，利用三維模型進行施工交底，通過漫游、截面剖切、方案工法模擬，使交底內(nèi)容直觀、可視，有效提高交底內(nèi)容的直觀性和精確度，消除接底人對交底內(nèi)容理解的偏差，快速理解施工方案和操作要求，從而保證設(shè)計方案的順利實施(圖6)。

圖6 基于數(shù)字化移交的三維施工交底Fig.6 Three dimensional construction disclosure based on digital delivery

3.1.5 變更管理

受地形條件、地質(zhì)條件的影響，水電工程施工過程中極易發(fā)生施工實際與規(guī)劃設(shè)計存在偏差的情況，變更管理工作異常繁重，竣工交付時也難免存在變更過程難以追溯、變更資料缺失、設(shè)計資料與實際工程不符等現(xiàn)象。基于數(shù)字化移交系統(tǒng)，以BIM模型為載體動態(tài)管理施工過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)管理的完整性、及時性。當施工過程中出現(xiàn)實際地質(zhì)條件與規(guī)劃設(shè)計不符等情況時，施工人員通過數(shù)字化移交系統(tǒng)將地質(zhì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至相關(guān)模型上，發(fā)出相關(guān)的設(shè)計變更申請；設(shè)計人員接收設(shè)計變更申請并對相關(guān)數(shù)據(jù)核實后，更新設(shè)計模型及相應的設(shè)計資料，并通過版本控制的方式進行管理。通過數(shù)字化移交系統(tǒng)進行施工過程中的變更管理，可實現(xiàn)從變更原因、變更申請到變更結(jié)果的全過程管理，提高變更過程中施工數(shù)據(jù)的準確性、完整性、及時性和可追溯性。

3.2 工程運維階段數(shù)字化移交應用研究

3.2.1 設(shè)備信息管理

水電站設(shè)備信息是設(shè)備維護保養(yǎng)的基礎(chǔ)，設(shè)備信息管理是運維管理工作的重要內(nèi)容之一。設(shè)備信息管理既包括設(shè)備銘牌、設(shè)計、采購、制造加工、安裝調(diào)試、操作手冊等靜態(tài)信息管理，也包括設(shè)備巡檢、缺陷處理、保養(yǎng)、運行監(jiān)控等動態(tài)信息，動態(tài)信息隨著設(shè)備運維累加漸進。遵循設(shè)備全生命周期管理理念，基于數(shù)字化移交系統(tǒng)，將設(shè)備信息關(guān)聯(lián)至相應的三維模型上，建立設(shè)備模型和設(shè)備信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)設(shè)備信息的一體化、集成化、可視化管理，在最短的時間內(nèi)獲取最有價值的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省人力、時間成本，提高運維管理效率(圖7)。

圖7 基于數(shù)字化移交的設(shè)備信息管理Fig.7 Equipment information management based on digital delivery

3.2.2 運維檔案管理

運維檔案是電站運維管理、事件追溯的重要依據(jù)。傳統(tǒng)以電子文件和紙質(zhì)文件為主的檔案管理模式，需要耗費大量的人力、物力，數(shù)據(jù)重復、數(shù)據(jù)缺失等現(xiàn)象頻發(fā)，嚴重影響著運維檔案作用的發(fā)揮?；跀?shù)字化移交的運維檔案管理，從運維初期就考慮檔案數(shù)據(jù)在整個運維期的應用。參考相關(guān)規(guī)范標準，應用科學的檔案管理方法對數(shù)據(jù)內(nèi)容、格式等進行標準定義，并對檔案數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化處理，保證運維檔案的完整性、有效性?；贐IM模型，將運維檔案信息進行附加、關(guān)聯(lián)。使用過程中，通過模型定位可快速獲取運維檔案信息，避免時間、人員變動等對運維檔案管理和應用的影響(圖8)。

圖8 基于數(shù)字化移交的運維檔案管理Fig.8 Operation and maintenance file management based on digital delivery

3.2.3 仿真模擬

水電站運維工作專業(yè)性強、操作復雜，操作不當會造成嚴重的生產(chǎn)事故，而培訓是運維人員掌握操作方法、預防操作事故的最主要途徑，傳統(tǒng)以視頻、文檔為主的培訓模式難以讓運維人員快速掌握運維操作要點及工藝流程?；跀?shù)字化移交的模型、數(shù)據(jù)等移交成果，將電站運維過程中的運行流程、操作步驟、管理標準、工作票等以可視化形式表現(xiàn)出來，通過仿真模擬給運維人員提供一個沉浸式、交互式、標準化、和物理電站一一對應的虛擬化培訓操作環(huán)境，使運維人員熟練掌握運維操作要點，防止操作失誤(圖9)。

圖9 基于數(shù)字化移交的運行仿真模擬Fig.9 Operation simulation based on digital delivery

3.2.4 數(shù)據(jù)集成展示

常規(guī)的電廠運維管理系統(tǒng)都是各個應用系統(tǒng)獨立構(gòu)建，導致各類自動化系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)接口不一致，使得系統(tǒng)的整體性和協(xié)調(diào)性不足，各類業(yè)務應用之間數(shù)據(jù)信息共享困難，業(yè)務流程之間無法形成有效互動，后續(xù)系統(tǒng)運維成本高，無法滿足集約化生產(chǎn)及運行管理的需求。基于數(shù)字化移交成果，在可視化環(huán)境下，集成水電站監(jiān)測、監(jiān)控等各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成一個設(shè)備對應一個模型、一套數(shù)據(jù)、一個后臺數(shù)據(jù)庫、一個查詢系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)集成展示系統(tǒng)，在三維可視化環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合展示、查詢、統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)電廠生產(chǎn)、管理及運行的“一張圖”管理，從而提高運維管理效率(圖10)。

圖10 基于數(shù)字化移交的運維數(shù)據(jù)可視化集成管理Fig.10 Visual integrated management of operation and maintenance data based on digital delivery

4 結(jié) 論

(1)基于BIM的數(shù)字化移交，將割裂、分散、孤立的工程數(shù)據(jù)通過BIM模型統(tǒng)籌和關(guān)聯(lián)起來，能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)在水電工程全生命周期管理中的應用價值；通過數(shù)據(jù)的集成展示、統(tǒng)計分析，為生產(chǎn)、管理提供決策依據(jù)，從而提高水電工程的建設(shè)管理水平。

(2)面向水電工程全生命周期的數(shù)字化移交，時間長、跨度大、參與方多，移交過程復雜而繁瑣。在進行基于BIM的水電工程數(shù)字化移交過程中，必須確定好移交內(nèi)容、移交標準、移交平臺和移交團隊四項基本要素。

(3)基于BIM的數(shù)字化移交通過數(shù)據(jù)的集成化、結(jié)構(gòu)化、可視化管理，實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，為水電工程大數(shù)據(jù)應用奠定了基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)的不斷累積，應結(jié)合具體需求對數(shù)據(jù)進行挖掘、分析，為生產(chǎn)管理提供決策支持。