水利工程BIM應(yīng)用探索與實(shí)踐

劉德斌， 陳壘

（青州水建工程建設(shè)有限公司）

1 引言

BIM技術(shù)最早應(yīng)用于建筑行業(yè)的工程項(xiàng)目施工中，隨著應(yīng)用水平的不斷成熟，逐漸被水利工程施工所運(yùn)用，其對(duì)提高水利工程項(xiàng)目施工質(zhì)量有突出作用。BIM技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與設(shè)計(jì)的結(jié)合，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水利圖紙的立體設(shè)計(jì)，直觀模擬水利設(shè)計(jì)的整體內(nèi)容，還能夠?qū)ζ溥M(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，利用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量水利工程設(shè)計(jì)。

2 水利工程的施工特點(diǎn)

2.1 施工涉及部門(mén)多

水利工程在建設(shè)過(guò)程中需要巨大的經(jīng)濟(jì)投入，而且工期長(zhǎng)，對(duì)國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)以及民生有深遠(yuǎn)影響，涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，如：政府城鄉(xiāng)規(guī)劃、區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)、水利工程技術(shù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等。

2.2 影響質(zhì)量的因素多

我國(guó)有豐富的地形條件和獨(dú)特的水文特點(diǎn)，這就奠定了水利工程施工的復(fù)雜、艱難基調(diào)。特別是許多水利水電施工選址，都在崇山峻嶺和水流湍急的位置，容易受不同地區(qū)地質(zhì)地形、氣象水文等多種因素的影響。

2.3 施工條件復(fù)雜

水利工程在施工過(guò)程中，需要承受水面的浮力、水體的推力和水流的沖刷作用力，不僅如此，施工時(shí)的氣象、水文、自然環(huán)境等條件難以精確把握。因此，施工運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)都有疑難點(diǎn)和復(fù)雜點(diǎn)。此外，水利工程還附屬了其他工程，施工人員工作條件也比較苛刻，難以保證工程的質(zhì)量要求。

3 BIM內(nèi)涵

BIM這一技術(shù)的應(yīng)用需要與當(dāng)今時(shí)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，利用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)需要耗費(fèi)大量的精力，需要對(duì)所有部分進(jìn)行精確測(cè)量，時(shí)間成本較高，對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平要求也高。如果技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)任何問(wèn)題，都會(huì)直接影響后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程。為了改變這種傳統(tǒng)的水利設(shè)計(jì)方式，改進(jìn)其設(shè)計(jì)效率，實(shí)踐中可應(yīng)用BIM技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)工程的建設(shè)而言，只需要建立模型，并在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的順序選擇，通過(guò)在不同部分進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體工程的設(shè)計(jì)。BIM模型的建立可以有效識(shí)別出設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，進(jìn)一步保障工程建設(shè)的質(zhì)量。通過(guò)在BIM模型中對(duì)設(shè)計(jì)方案的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的方案選擇，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 BIM技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用

4.1 進(jìn)度管理

BIM技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，可以根據(jù)智能化應(yīng)用系統(tǒng)，形成與水利工程項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的仿真模型，并結(jié)合工程的施工尺寸信息、空間結(jié)構(gòu)以及材料參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程量和施工進(jìn)度的調(diào)控和優(yōu)化［1］。首先，BIM技術(shù)模型能夠整合工程項(xiàng)目全生命周期的信息，還能將管理過(guò)程中的所有細(xì)節(jié)、參數(shù)等進(jìn)行可視化處理，以BIM 4D信息平臺(tái)為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工資源和施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)管理、模擬，以及施工進(jìn)度和施工環(huán)節(jié)工程造價(jià)成本的分析和追蹤，幫助施工管理人員進(jìn)行進(jìn)度優(yōu)化、計(jì)劃優(yōu)化、監(jiān)督檢測(cè)、跟蹤記錄、進(jìn)度對(duì)比，以便進(jìn)行科學(xué)決策［2］。其次，BIM系統(tǒng)還能對(duì)施工狀態(tài)和生產(chǎn)構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在及時(shí)、精確反映施工現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的管理管控，科學(xué)安排下一施工階段的資金調(diào)度。最后，在進(jìn)度管理中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工圖紙的全面整合。水利工程施工中不僅涉及許多部門(mén)專業(yè)，還牽涉了多方面的施工圖紙，而在傳統(tǒng)的水利工程建設(shè)中，施工圖紙多為平面設(shè)計(jì)，十分不利于施工人員快速讀取圖紙內(nèi)容，而B(niǎo)IM技術(shù)將平面圖紙信息轉(zhuǎn)化為立體施工模型，有助于施工人員直接獲取進(jìn)度信息，可以有效避免協(xié)調(diào)不當(dāng)和進(jìn)度滯后的問(wèn)題。

4.2 質(zhì)量管理

BIM技術(shù)和模型系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水利工程施工的虛擬排布，可以盡量排除施工中的質(zhì)量隱患。特別是水利工程在施工中需要應(yīng)用許多大型設(shè)備，借助BIM技術(shù)可以快速進(jìn)行碰撞檢測(cè)，能夠在施工正式開(kāi)始前就解決不同設(shè)備和構(gòu)件之間的碰撞，有利于項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員避免施工設(shè)計(jì)的誤差和錯(cuò)誤，避免在施工空間上的碰撞和返工。不僅如此，BIM技術(shù)在水利施工中的質(zhì)量管理還滲透在施工前、施工中和施工后。在施工前，可以通過(guò)BIM技術(shù)模型，對(duì)施工技術(shù)人員進(jìn)行全面工程交底，將施工時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的工程難點(diǎn)、安全管理要點(diǎn)和質(zhì)量管理重點(diǎn)進(jìn)行提煉，提高了工程交底的時(shí)效性和質(zhì)量水平。在施工中，借助BIM技術(shù)的直觀性和可視化特點(diǎn)，可以免去傳統(tǒng)紙質(zhì)圖紙的復(fù)雜對(duì)照流程，不斷提高現(xiàn)場(chǎng)施工的指揮水平，并整合收集現(xiàn)場(chǎng)的施工參數(shù)和信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中質(zhì)量管理的漏洞和缺陷。在施工后期，由于BIM技術(shù)參與了工程建設(shè)的全過(guò)程，所以能夠?qū)こ藤|(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，提高施工質(zhì)量的檢測(cè)驗(yàn)收效率。

4.3 成本管理

BIM技術(shù)還能幫助工程管理人員做好成本控制的頂層設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控。首先，可以充分結(jié)合水利工程施工的時(shí)間維度，并將施工各時(shí)間段的成本實(shí)際支出與預(yù)算方案進(jìn)行及時(shí)比對(duì)分析，使水利施工工程造價(jià)和成本管理人員能直觀地看到不同施工時(shí)間段的盈利或虧損狀態(tài)，以便工作人員選擇最科學(xué)的成本管理和控制方案。其次，還能將BIM立體模型與水利施工環(huán)節(jié)工序進(jìn)行細(xì)化結(jié)合，并實(shí)時(shí)分析成本支出，同時(shí)對(duì)超支現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，以便成本管理人員進(jìn)行及時(shí)整改，促進(jìn)水利工程項(xiàng)目成本的精細(xì)化發(fā)展。最后，BIM技術(shù)還能將常規(guī)施工的成本數(shù)據(jù)進(jìn)行智能保存，形成幫助企業(yè)參考的成本定額范式，幫助后續(xù)施工項(xiàng)目的成本管理［3］。

4.4 安全管理

水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境十分復(fù)雜，各個(gè)施工環(huán)節(jié)都存在危險(xiǎn)點(diǎn)和潛在危險(xiǎn)源，因此，安全管理的難度比較大。借助BIM技術(shù)不僅能夠通過(guò)模型及時(shí)定位危險(xiǎn)點(diǎn)，識(shí)別并追溯危險(xiǎn)源，還能對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)體系進(jìn)行科學(xué)管理。水利工程的安全管理人員可以通過(guò)將安全巡檢記錄上傳到BIM管理平臺(tái)中，并通過(guò)可視化功能，幫助施工人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源，及時(shí)采取相應(yīng)措施。而仿真模型中的危險(xiǎn)因素，可以在全面分析下形成危險(xiǎn)等級(jí)并上傳給對(duì)應(yīng)的安全管理責(zé)任人，有利于進(jìn)一步提高安全管理人員和施工質(zhì)量管理人員的安全意識(shí)，不斷提升水利工程現(xiàn)場(chǎng)施工人員處理危機(jī)的綜合能力和反應(yīng)速度［4］。

4.5 地形BIM模型的建構(gòu)

在進(jìn)行水利設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分考慮各種因素將會(huì)對(duì)工程建設(shè)造成的影響。第一，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，天氣因素將會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。如果當(dāng)?shù)氐慕涤炅枯^多，那么就需要進(jìn)行水利防雨的設(shè)計(jì)。第二，地質(zhì)環(huán)境因素對(duì)設(shè)計(jì)與施工產(chǎn)生的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)以及施工之前需要對(duì)該建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘探。如果該地區(qū)位于地震多發(fā)地帶，那么就需要充地考慮工程的抗震性能。為了在水利施工過(guò)程中能夠有所對(duì)比，需要對(duì)工程進(jìn)行地形模擬。在對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦芜M(jìn)行建構(gòu)的過(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性所在，對(duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)也可以進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的設(shè)計(jì)和施工［5］。

4.6 水利工程水利物BIM模型的構(gòu)建

BIM技術(shù)的應(yīng)用還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的立體化建設(shè)，結(jié)合工程建設(shè)的目的，以及工程減少過(guò)程中需要重點(diǎn)規(guī)劃的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的建設(shè)。由于整個(gè)工程的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此，為了保證設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的效率和質(zhì)量，可以通過(guò)分步驟、分層次的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的設(shè)計(jì)。需要注意的是，在模型構(gòu)建的階段中，通過(guò)主體工程模型構(gòu)建能夠直觀地將需要調(diào)整的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而減少后期設(shè)計(jì)變更等多重問(wèn)題的產(chǎn)生［6］。

4.7 BIM交付內(nèi)容的設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠有效對(duì)工程建設(shè)的效果進(jìn)行模擬，即設(shè)計(jì)時(shí)的立體圖形就是水利完成時(shí)的施工效果。因此，需要對(duì)水利設(shè)計(jì)的整體環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督。在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，一般通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利的模擬，以此作為工程建設(shè)環(huán)節(jié)的標(biāo)桿進(jìn)行水利施工。在水利施工的過(guò)程中，各種因素都會(huì)直接影響水利設(shè)計(jì)的效果。例如，原材料的使用不同，甚至是原材料的配比不同都會(huì)對(duì)水利設(shè)計(jì)效果產(chǎn)生影響。因此，實(shí)踐中一般通過(guò)對(duì)各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，保證水利設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行內(nèi)容交付時(shí)，也會(huì)通過(guò)模型的建造實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的建設(shè)，一比一還原水利設(shè)計(jì)的真實(shí)模型。

4.8 模型及信息創(chuàng)建

利用這一技術(shù)能夠改變傳統(tǒng)模式下的紙質(zhì)化水利設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的效率，質(zhì)量也能夠得到保證。在這一技術(shù)的應(yīng)用下，可以對(duì)外界的環(huán)境進(jìn)行模擬，通過(guò)模擬周圍環(huán)境，對(duì)整體水利設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合分析。由于每項(xiàng)工程的水利理念不同，對(duì)于工程的施工重點(diǎn)考核內(nèi)容也有所不同，因此，需要對(duì)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的綜合性考量。在進(jìn)行水利工程施工的過(guò)程中，需要根據(jù)水利設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行工程的建設(shè)。在對(duì)當(dāng)?shù)氐匦芜M(jìn)行勘探的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工的提前走訪，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利施工環(huán)節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)分析。如果在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在問(wèn)題，而施工之前又沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，那么在水利施工的過(guò)程中必然要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，花費(fèi)大量的資金成本。因此，在對(duì)工程進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，需要充分地考慮設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趯?shí)踐中是否能夠得到有效利用。如果發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，就要及時(shí)整改。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，水利工程的施工建設(shè)水平和技術(shù)也處于全面發(fā)展的階段?？紤]到水利工程施工建設(shè)對(duì)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要影響，項(xiàng)目工程的建設(shè)單位要在全面掌握水利工程施工建設(shè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，使工程的進(jìn)度、質(zhì)量、成本和安全管理水平更上一層樓。