BIM技術在水利建設中的應用和發(fā)展前景

郭光智，王 佳，李羅剛

(河南省豫北水利勘測設計院有限公司，河南 安陽 455000)

近年來，BIM技術成為現代工程行業(yè)一項研究熱點。BIM的概念[1]首次由EASTMAN[2]提出，即以三維模型為基礎，對建設工程項目物理特性和功能特性的數字化表達[3]。自BIM概念提出后，逐漸應用于建筑、水利、鐵路、橋梁等各行業(yè)領域，提高工程行業(yè)信息化水平，滿足工程項目智能化管理需求。本文從對BIM的認知、BIM技術在水利建設中的應用、BIM技術未來展望3個方面，研究BIM技術對水利行業(yè)數字化發(fā)展的帶來的創(chuàng)新與變革。

1 對BIM的認知

1.1 BIM是一場技術革命

BIM( Building Information Modeling)，即建筑信息模型，是全生命周期的信息化服務，核心是信息，其所包含的信息數據服務于項目全生命周期[4]的各個階段，便于參與方之間工程協同。相對于二維CAD和傳統(tǒng)3D模型，BIM技術貫穿于設計[5]、施工、運維的項目全生命周期，改變成果交付方式和資產管理模式。此外，隨著GIS、區(qū)塊鏈、AI人工智能、神經網絡等最新技術與BIM的深度融合，BIM技術必將掀起一場工程建設領域的技術革命。

1.2 BIM發(fā)展的必要性

BIM技術在國外發(fā)展相對成熟，應用范圍比較廣。在國內，不同行業(yè)領域之間發(fā)展極不均衡。善預者立，善于預測趨勢才能抓住時機，立得住腳。本文從國家政策、客戶需求、自身發(fā)展3個方面，淺談BIM發(fā)展的必要性。

(1)發(fā)展BIM技術是對國家政策號召的積極響應。自2016年，我國步入“十三五”發(fā)展時期，“降成本，提效率，優(yōu)質量，求創(chuàng)新”成為各行業(yè)市場開拓的必要條件。而BIM技術正是踐行以上要求的有力手段。2017年2月，國務院辦公廳發(fā)布了《關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》國辦發(fā)[2017]19號文，要求加強技術研發(fā)應用，推動技術創(chuàng)新，大力推廣BIM技術。此外，截止到2020年9月，住建部、交通運輸部、鐵路總公司和全國32個省、市、自治區(qū)和特別行政區(qū)(除西藏、澳門外)共發(fā)布104余項關于推進BIM應用的指導意見和相關政策。當前發(fā)展BIM技術已成為工程行業(yè)領域大勢所趨，越來越多的優(yōu)秀BIM案例層出不窮，讓我們領略到科技進步所展現的無窮魅力。

(2)發(fā)展BIM技術是廣大業(yè)主客戶的迫切需求。近年來，國內大型水利水電工程已經明確要求開展BIM設計，提供BIM成果，實現全生命周期管理。通過BIM技術實現的工程三維效果查看、技術參數矢量化方案對比、工程施工協調性檢查、建設及運維階段全方位管控等突出優(yōu)勢，使業(yè)主能夠更加直觀地看到真實設計效果、快速地對比工程方案、便捷地進行后期管控，降低認知門檻，加快交付速度，提高客戶滿意度。

(3)發(fā)展BIM技術是行業(yè)自身發(fā)展客觀的要求。隨著國家積極推進國企改革，水利水電工程建設任務的市場化程度也在不斷加深，競爭壓力越來越大。工程建設的業(yè)務區(qū)域界線逐漸模糊，跨區(qū)域跨行業(yè)拓展業(yè)務成為很多設計院的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。信息化手段尤其是BIM作為勘測設計現代化的重要標志，是提升產品質量和科技含量，提高效率，降低成本，形成差異化競爭優(yōu)勢的重要途徑。

2 BIM技術在水利建設中的應用

2.1 BIM應用價值

本文從業(yè)主單位、設計單位、施工單位、運維單位4個方面，以實際工程經驗出發(fā)，剖析BIM在水利建設中的應用價值。

2.1.1業(yè)主單位BIM應用價值

業(yè)主方是項目發(fā)起方，是完整建設過程的信息最終集成者，也是工程項目BIM應用的最大受益方。業(yè)主方非常重視項目工期周轉速度、減少各專業(yè)沖突變更、降低工程投資成本、提升項目整體質量等要求。而通過BIM強大的數據能力、技術能力和協同能力，可以在資源計劃、技術工作和協同管理等方面優(yōu)化工期[6]、減少變更、降低成本、提高質量，滿足業(yè)主方相關需求。代表案例有引漢濟渭工程、引江濟淮工程。

業(yè)主單位BIM應用價值包括：

(1)加快工期，降低成本；

(2)提升工程質量；

(3)建立模型，提高運維效率、降低運維成本；

(4)有效控制造價和投資；

(5)提升項目協同能力；

(6)積累項目數據。

2.1.2設計單位BIM應用價值

設計單位的最終目標是提高工程質量和效率，減少后續(xù)變更返工，保障工程周期，降低設計成本。而通過BIM技術可以優(yōu)化設計方案，減少返工開洞；通過三維機電管道排布，提升層高凈高，避免碰撞沖突；通過工程施工前仿真方案模擬，可以完善施工圖，進行可視化交底，大幅度的提升設計質量。

設計單位BIM應用價值包括：

(1)有效支持前期設計工作；

(2)有效支持施工圖設計及其分析和模擬；

(3)有效支持自動出圖；

(4)有效支持設計評審。

2.1.3施工單位BIM應用價值

在項目建設階段中，BIM技術可以為施工單位帶來顯著的價值，BIM提供了最新、最準確、最完整的工程數據庫，可以使各參建單位，基于統(tǒng)一的BIM平臺進行協同工作，提升溝通效率，減少管控問題。

此外，還可以通過BIM技術支撐，例如碰撞檢測、設計方案優(yōu)化、施工復雜節(jié)點模擬等，可以減少設計變更，提高成本控制能力，保障施工過程進度管理，主要體現在增加中標率、減少返工、精確算量、綜合管控等。

施工單位BIM應用價值包括：

(1)有效減少返工；

(2)有效支持工程算量和計價；

(3)有效支持施工計劃制定；

(4)有效支持項目綜合管控；

(5)有效支持現場建造活動；

(6)有效支持非現場建造活動。

2.1.4運維單位BIM應用價值

BIM在運維階段仍能發(fā)揮巨大作用，可以充分利用BIM技術實現附加價值。工程項目的全生命周期多達幾十年或上百年，運維成本非常昂貴。而通過BIM技術，可以大幅度提升運維效率，降低運維成本。隨著BIM運維平臺和應用的成熟，可以建立基于BIM的工程項目數字化檔案館，實現工程信息化、數字化運維管理。

運維單位BIM應用價值包括：

(1)數字化管理；

(2)資產管理；

(3)風險管理；

(4)節(jié)能降耗；

(5)災害模擬。

2.2 BIM的實施[7]

2.2.1BIM是一把手工程，思想統(tǒng)一最重要

BIM技術的推廣是一場革命，一把手在其中起到非常關鍵的作用。企業(yè)一把手通常掌握大量信息資源，可以從中嗅到超前的敏銳性。因此，真理通常掌握在少數人手中，當認定以后，就應該力排眾議、統(tǒng)一思想去實施。此前有很多先例，比如：體質改革、貫標認證、市場開拓等，都是歷經萬難辦成后，證明其前瞻性的偉大。BIM的推廣是一場情景再現，企業(yè)一把手在戰(zhàn)略研判明晰以后，就應該調配核心資源，排除艱難，推動工作開展。BIM革命的成功與否，領導人的重視起著關鍵作用。

2.2.2量體裁衣，忌照搬照抄

當前，全國水利水電單位發(fā)展規(guī)模不同、人才資源不同、資金力量不同，因此，制定的BIM方案也應是不同的。各單位應該根據自身的發(fā)展情況，量體裁衣，梳理自身需求，找準自身定位，明確發(fā)展目標，切記照搬照抄。

2.2.3人員投入宜精不宜多

配置BIM團隊，項目經理是關鍵人物。一個好的骨干一把手，要有豐富的BIM項目經驗，強烈的事業(yè)心和使命感，能夠為團隊成員指明發(fā)展方向，解決技術難題。再匹配數名BIM設計專業(yè)人員，以水工專業(yè)為主，輔以建筑、電氣、地質、計算機等其他人員，隨著工作的進展再逐步增加，由點到面開展工作。

2.2.4資金投入適中

一方面，BIM人員的工資收入不少于同類生產人員的1.2～1.5倍收入。另一方面，在軟硬件投入上，硬件投入小范圍一次到位，主要有電腦、辦公場所、服務器、投影、筆記本、網絡環(huán)境等。軟件采購可以根據自身情況選擇當前通用的Autodesk、Bentley、Catia三個設計平臺。文章認為，A、B、C三個設計平臺各有優(yōu)劣，BIM團隊應根據自身特點，選擇適合自身發(fā)展的平臺。

2.2.5內外部充分交流

BIM工作不能閉門造車，內外部充分交流是提升的途徑。對內，BIM工作應與設計生產部門深入融合，優(yōu)化設計方案，推廣BIM理念，為BIM正向設計工作夯實基礎。對外，積極參加BIM比賽及團體活動，與同行單位溝通交流，分享BIM經驗，解決BIM難題。

3 BIM技術未來展望

3.1 市場形勢分析

當前，經濟環(huán)境形勢復雜，考慮到國際貿易爭端，國家政策結構調整，產業(yè)發(fā)展轉型等各項因素影響，水利行業(yè)出現了機遇與挑戰(zhàn)并存的局面。一方面，市場出涌現大量新的機遇，智慧水利、BIM技術、大數據服務等新型的信息化技術為企業(yè)轉型發(fā)展、提質創(chuàng)收帶來巨大增長機會。另一方面，企業(yè)面臨急劇變化的市場環(huán)境，內部傳統(tǒng)組織架構、商業(yè)模式，需要迅速做出調整，以適應市場發(fā)展變化。建設工程行業(yè)正處于一個變化、發(fā)展、動態(tài)、融合、模糊的變局中，各企業(yè)需要結合自身特點，迅速轉變，以把握市場機遇。

善學者明，大數據、互聯網時代，知識迭代很快，善于學習才能適應當代經濟社會的發(fā)展，BIM技術是一把適應形勢變化的創(chuàng)新利器。當前，行業(yè)BIM生態(tài)圈已經逐步形成，全國各地已經陸續(xù)開展示范應用項目，BIM市場的逐步成熟驅動著水利行業(yè)單位工作模式的轉變。善變者贏，十九大提出動力、質量、效益三大變革，BIM技術是促進水利工程變革的重要工具。

3.2 BIM未來發(fā)展前景

BIM技術與新興信息技術互相融合[8]，是BIM未來的一大發(fā)展趨勢。BIM技術是以數據為基礎，在此基礎上進行高效應用。而新興信息技術，輔助BIM進行數據的積累、管理、應用，使其更加快捷與高效，展現出信息化的價值特點。由此可見，BIM技術與新興信息技術的融合是未來發(fā)展的研究熱點。

3.2.1BIM+全生命周期[9]應用

隨著行業(yè)政策和BIM技術標準的逐步建立，借助于BIM技術的可視化、協調性、參數共享、數據集成等特性，能夠高效地完成復雜的全過程工程項目管理工作，將前期規(guī)劃、設計、施工、運維各個階段的數據與BIM技術融合在一起，實現工程信息在項目各階段的實時傳輸和共享，從而為實現全過程工程項目管理奠定良好的基礎。

3.2.2BIM+GIS[10]應用

GIS是一種空間信息系統(tǒng)，基于實際地理信息進行建立。該技術能夠很好地展示建筑物與其外部環(huán)境的空間信息，但缺乏對于建筑物內部的高精度表達。而BIM技術能在三維數字的基礎上將建筑物的內外部信息精細、準確地呈現出來，恰好彌補這一缺陷。兩種技術融合實現地理信息模型從宏觀到微觀的整合互補，為帶狀、流域的水利工程帶來廣闊的應用。

3.2.3BIM+PM/ERP應用

PM(Project Management)即項目管理。ERP(Enterprise Resource Planning)即企業(yè)資源計劃系統(tǒng)。BIM技術可以為PM/ERP系統(tǒng)提供豐富的工程基礎數據，在此基礎上進行分析與決策，幫助企業(yè)信息化管理，處理基礎數據的準確性、及時性、可追溯性等問題。BIM、PM、ERP三者之間數據的打通和系統(tǒng)集成，將極大地提升應用效率。

3.2.4BIM+云計算應用

云計算是一種基于互聯網的計算方式，具有強大的計算能力，它可以將BIM中涉及到大量復雜計算的工作，通過云端互聯網快速處理，以提高工作效率。云計算通過分布式存儲方式[11]，實現不同參與方、不同階段、不同專業(yè)之間的數據共享與管理，提高BIM的協作能力[12]，可以幫助解決BIM數據共享的問題，使不同專業(yè)、不同階段、不同參與方之間實現協同共享。

3.2.5BIM+VR/AR/MR應用

VR技術(Virtual Reality)，是虛擬現實；AR技術(Augmented Reality)，是增強現實；MR技術(Mixed Reality)，是混合現實。

BIM+VR/AR/MR是通過VR/AR/MR技術，結合三維模型，進行沉浸式實景感知，能清晰表達設計效果，反應主要空間布置、復雜區(qū)域的空間構造等。利用動態(tài)交互的方式，提前感知工程完建后的面貌，輔助工程進度管理，施工方案模擬等，準確地提出優(yōu)化建議，提升工程質量。

3.2.6BIM+3D激光掃描應用

BIM+3D激光掃描技術，是通過高速激光掃描技術將BIM三維模型快速復建，它可以高分辨率的獲取物體表面信息，包含坐標、反射率、顏色等，由這些密集點信息復建出帶色彩的BIM三維模型，從而達到輔助工程施工，暴露隱蔽問題，提高工程質量，降低工程成本的目的。

4 結語

黨的十九大提出，建設現代化經濟體系，必須深化供給側結構性改革。BIM作為實現工程項目全生命周期管理的核心技術，正在引發(fā)水利行業(yè)一次史無前例的重大變革。它將改變水利行業(yè)傳統(tǒng)的思維方式和作業(yè)方式，通過信息技術在工程全生命周期中的管理和應用，提高工程質量，增加工程效益。因此，開展BIM技術是我們邁向科技創(chuàng)新的重要一步，是改革建設方式、優(yōu)化建設方法的主要途徑，是建設成果品質提升、服務全面化的必經之路。所謂時不我待，發(fā)展BIM勢在必行!