BIM技術(shù)在導(dǎo)截流工程中的應(yīng)用研究

摘 要：該文研究建筑信息模型（BIM）技術(shù)在水利水電導(dǎo)截流工程中的應(yīng)用。通過對BIM技術(shù)的理論分析和實際案例研究，探討水利水電導(dǎo)截流工程中BIM技術(shù)在提高工程設(shè)計效率、優(yōu)化施工方案、降低工程風(fēng)險等方面的積極作用，可為相關(guān)工程實踐提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；導(dǎo)截流；工程設(shè)計；施工方案優(yōu)化；案例研究

中圖分類號：TV522 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0193-04

Abstract： This paper studies the application of Building Information Model（BIM） technology in water conservancy and hydropower diversion and closure projects. Through the theoretical analysis and practical case study of BIM technology， this paper discusses the positive role of BIM technology in improving engineering design efficiency， optimizing construction scheme and reducing project risk in water conservancy and hydropower diversion and closure projects， which can provide reference for related engineering practice.

Keywords： BIM technology; diversion and closure; engineering design; construction scheme optimization; case study

在全球水利水電工程建設(shè)的持續(xù)進步與演變中，導(dǎo)截流工程不僅是其不可或缺的組成部分，更是確保整個工程順利推進的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鑒于其常常需要在多變且復(fù)雜的地理環(huán)境中實施，這類工程往往涵蓋了廣泛的土方開挖、填筑以及河道改道等核心作業(yè)。這些作業(yè)不僅涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，而且受到多種邊界條件和施工過程因素的交織影響，這使得工程設(shè)計和施工管理的難度大大增加。

傳統(tǒng)的二維設(shè)計和施工管理方法，在面對如此復(fù)雜多變的挑戰(zhàn)時，常常暴露出其在處理精度、效率和安全性問題上的不足，難以完全滿足現(xiàn)代水利水電工程的高標準和高要求。而BIM技術(shù)的出現(xiàn)和日益成熟，為解決這些問題提供了新的思路和方法。

BIM技術(shù)以其強大的信息整合和可視化能力，實現(xiàn)了工程信息的協(xié)同化和智能化管理。利用BIM技術(shù)，工程設(shè)計人員可以更為直觀、深入地理解工程問題，進而進行更為精準和高效的設(shè)計優(yōu)化。同時，施工管理人員可以通過模擬施工過程，預(yù)見潛在的問題和沖突，從而采取針對性的措施，顯著降低施工風(fēng)險，提高工程效率，減少不必要的成本浪費。

鑒于此，本文致力于深入探索BIM技術(shù)在水利水電導(dǎo)截流工程中的具體應(yīng)用方法和實踐案例，并對其應(yīng)用效果和存在問題進行詳細分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的工程實踐提供有價值的參考和借鑒，推動相關(guān)領(lǐng)域的工程建設(shè)向更高水平邁進。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的定義

BIM全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型，由建筑業(yè)提出后推廣至其他工程建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)在三維建模基礎(chǔ)上疊加各類工程信息，形成工程實體的三維信息模型，其本質(zhì)是對工程實體及其功能的三維數(shù)字化表達和呈現(xiàn)。BIM具有統(tǒng)一的、融合的工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和共享問題，支持工程建設(shè)項目全過程動態(tài)工程信息創(chuàng)建、管理和共享，支持工程項目從設(shè)計、施工到運行全生命周期的建設(shè)管理，為工程項目構(gòu)建了一種三維可視化、數(shù)字化、集成化的管理環(huán)境，有助于工程建設(shè)提高效率、降低風(fēng)險[1]。

1.2 BIM技術(shù)的基本特點

BIM技術(shù)具有多個引人注目的基本特點，這些特點使其在現(xiàn)代工程建設(shè)中扮演著不可或缺的角色。具體如下。

1）可視化。BIM技術(shù)以其強大的可視化功能，將傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維立體模型。這一轉(zhuǎn)變不僅使設(shè)計人員能夠更直觀地理解工程的每一個結(jié)構(gòu)和細節(jié)，還極大地提升了設(shè)計的精準度和創(chuàng)新性。通過三維模型，設(shè)計人員可以全方位地觀察和分析工程，從而發(fā)現(xiàn)并解決在二維圖紙中難以察覺的問題。

2）協(xié)同性。BIM技術(shù)真正實現(xiàn)了項目各參與方之間的無縫對接和協(xié)同工作。通過構(gòu)建一個共享的信息平臺，BIM技術(shù)確保了各方之間的信息實時更新和共享，消除了信息孤島和溝通障礙。這種協(xié)同性不僅提高了工作效率，還減少了因信息丟失或誤解而導(dǎo)致的錯誤和沖突。

3）信息集成。BIM模型不僅是一個三維模型，更是一個集成了工程項目所有相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫中包含了工程的幾何形狀、材料屬性、施工進度等各種信息，為項目的全面分析和決策提供了有力支持。通過BIM模型，項目管理人員可以隨時獲取所需的信息，確保項目的順利進行。

4）模擬性。BIM技術(shù)的模擬功能為工程項目的施工過程提供了強大的分析工具。通過模擬施工過程，項目團隊可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題和沖突，從而優(yōu)化施工方案，降低施工風(fēng)險。這種模擬性不僅有助于提升施工質(zhì)量，還能顯著減少因施工問題而導(dǎo)致的成本增加和時間延誤。

1.3 BIM技術(shù)如何在工程建設(shè)中發(fā)揮作用

BIM技術(shù)在現(xiàn)代工程建設(shè)中發(fā)揮著多方面的作用。

1）協(xié)同設(shè)計與施工。BIM技術(shù)通過提供一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，使得參建各方（如建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、機電工程師、施工單位等）可以在同一模型上進行協(xié)同工作。這種協(xié)同方式不僅減少了信息傳遞的誤差，還大大提高了工作效率，縮短了項目周期。

2）進度控制。BIM技術(shù)可以實時監(jiān)控施工進度，并與計劃進度進行對比，及時發(fā)現(xiàn)和解決施工中的延誤問題。這種進度控制方式更加科學(xué)和準確，有助于確保項目按時完成。

3）質(zhì)量管理。BIM技術(shù)可以對施工質(zhì)量進行全面監(jiān)控和管理。通過對比模型和實際施工結(jié)果，可以及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并采取措施進行糾正，從而提高施工質(zhì)量。

4）安全管理。BIM技術(shù)可以模擬施工現(xiàn)場的危險區(qū)域，并進行安全預(yù)警。這種安全管理方式有助于預(yù)防安全事故的發(fā)生，保障施工人員的安全。

5）節(jié)約成本。BIM技術(shù)可以在項目初期階段就進行精確的成本預(yù)算，并在整個項目過程中進行成本控制。這有助于減少不必要的浪費，提高項目的經(jīng)濟效益。

6）沖突檢測與解決。BIM技術(shù)可以在設(shè)計階段就檢測出各專業(yè)之間的沖突，如管線碰撞等，從而提前解決問題，避免在施工階段出現(xiàn)更大的麻煩。

總的來說，BIM技術(shù)通過其強大的信息整合和可視化能力，為工程建設(shè)項目提供了一種全新的管理方式，有助于提高項目的效率、質(zhì)量、安全性和經(jīng)濟性。

2 BIM技術(shù)在水利水電導(dǎo)截流工程中的應(yīng)用方法

2.1 建立導(dǎo)截流工程的BIM模型流程

在導(dǎo)截流工程中引入BIM技術(shù)，首要任務(wù)是構(gòu)建工程的BIM模型。這個過程并非簡單的三維建模，而是涉及多個環(huán)節(jié)、需要多方面數(shù)據(jù)支持的系統(tǒng)工程。具體如下。

1）數(shù)據(jù)收集與準備。在建模之初，需要全面收集工程相關(guān)的各類數(shù)據(jù)。這包括地形地貌數(shù)據(jù)、水文氣象記錄、地質(zhì)勘探報告等。這些數(shù)據(jù)是構(gòu)建BIM模型的基礎(chǔ)，必須確保其準確性和完整性。收集完成后，還需要對數(shù)據(jù)進行整理和預(yù)處理，如格式轉(zhuǎn)換、坐標統(tǒng)一等，以便后續(xù)在BIM軟件中順利使用。

2）三維地形建模。利用收集到的地形數(shù)據(jù)，通過BIM軟件中的地形建模工具，可以建立工程區(qū)域的三維地形模型。這一模型需要準確反映實際地形地貌特征，包括山川、河流、湖泊等自然要素，為后續(xù)的工程設(shè)計和分析提供真實的環(huán)境背景。

3）水工建筑物建模。根據(jù)工程設(shè)計圖紙和規(guī)范要求，使用BIM軟件建立水工建筑物的三維模型。這包括大壩、溢洪道、船閘等主要建筑物，以及與之相關(guān)的輔助設(shè)施和細節(jié)構(gòu)造。建模過程中需要關(guān)注建筑物的幾何形狀、材料屬性、連接方式等要素，確保模型的準確性和精細度。

4）河道與水流模擬。結(jié)合水力學(xué)知識和實際數(shù)據(jù)，利用BIM軟件中的流體模擬工具，建立河道的三維模型，并模擬水流的動態(tài)過程。這一步驟對于導(dǎo)截流工程的設(shè)計和分析至關(guān)重要，可以幫助工程師了解水流特性、預(yù)測水情水文變化、優(yōu)化導(dǎo)截流方案等。

5）模型整合與優(yōu)化。在完成以上各個步驟后，需要將地形模型、水工建筑物模型和河道模型進行整合，形成一個完整的BIM模型。整合過程中需要關(guān)注模型之間的坐標對齊、數(shù)據(jù)共享等問題。同時，根據(jù)需要對模型進行優(yōu)化和調(diào)整，如簡化幾何形狀、優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，以提高模型的精度和效率。最終形成的BIM模型將為導(dǎo)截流工程的設(shè)計、施工和管理提供全面、準確的信息支持。

2.2 BIM技術(shù)與GIS、水力學(xué)模擬等技術(shù)的集成應(yīng)用

在導(dǎo)截流工程中，BIM技術(shù)要想充分發(fā)揮其潛力，與其他相關(guān)技術(shù)的集成應(yīng)用顯得尤為重要。以下是幾個關(guān)鍵的集成應(yīng)用方向。

1）BIM與GIS的集成應(yīng)用。將BIM模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）緊密結(jié)合，可以實現(xiàn)工程信息的多維度空間化管理。這種集成不僅限于簡單的數(shù)據(jù)疊加，而是通過高級的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和整合，使得BIM模型中的每一個元素都能與GIS中的地理位置、環(huán)境條件、社會經(jīng)濟情況等豐富信息相對應(yīng)。這樣的集成應(yīng)用為決策者提供了一個強大的工具，他們可以在三維空間中直觀地查看和分析工程方案對環(huán)境、社會和經(jīng)濟的影響，從而做出更加合理和可持續(xù)的決策。

2）BIM與水力學(xué)模擬的集成應(yīng)用。水力學(xué)在導(dǎo)截流工程中扮演著至關(guān)重要的角色，而BIM模型與水力學(xué)模擬軟件的結(jié)合則開辟了新的可能。通過精確地將BIM模型中的建筑物信息導(dǎo)入水力學(xué)模擬軟件，工程師可以模擬和分析水流在復(fù)雜建筑物周圍的流動情況，包括流速、流向、水位變化等關(guān)鍵參數(shù)。這樣的模擬不僅可以幫助工程師在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)潛在的水流問題，還可以優(yōu)化建筑物的布局和形狀，以減少水流對建筑物的不利影響，提高工程的整體性能和安全性。這種集成應(yīng)用不僅提升了設(shè)計的精確性，還大大縮短了設(shè)計周期，降低了工程風(fēng)險。

2.3 BIM模型在導(dǎo)截流工程各階段的具體應(yīng)用

BIM模型在導(dǎo)截流工程各階段的具體應(yīng)用如下。

1）初步設(shè)計階段。在導(dǎo)截流工程的初步設(shè)計階段，BIM模型的價值體現(xiàn)得尤為突出。設(shè)計團隊可以利用BIM模型的三維可視化特點，將多個設(shè)計方案進行直觀展示。這不僅使得方案間的差異一目了然，而且有助于設(shè)計團隊更深入地理解每個方案的優(yōu)缺點。通過對這些方案進行細致的分析比較，設(shè)計團隊能夠迅速鎖定最優(yōu)的設(shè)計方案，為后續(xù)工作奠定堅實基礎(chǔ)。

同時，BIM模型在工程量估算和材料設(shè)備統(tǒng)計方面也發(fā)揮著重要作用。利用其強大的信息整合能力，BIM模型能夠自動提取出設(shè)計方案中的工程量信息，并根據(jù)這些信息生成準確的材料設(shè)備清單。這些數(shù)據(jù)為工程預(yù)算的制定提供了有力支持，也為進度計劃的安排提供了重要參考。

2）施工圖設(shè)計階段。進入施工圖設(shè)計階段后，BIM模型的應(yīng)用更加深入。其三維可視化的特性使得設(shè)計細節(jié)得以充分展現(xiàn)，設(shè)計師可以輕松地檢查各個部分的連接關(guān)系、尺寸標注等細節(jié)問題，從而確保施工圖的準確性和完整性。此外，BIM模型還能夠自動檢測設(shè)計中的沖突和錯誤，如管線碰撞、結(jié)構(gòu)重疊等問題，大大提高了施工圖的質(zhì)量。

值得一提的是，BIM模型還可以自動生成施工圖紙和材料清單等文檔資料。這些資料不僅格式規(guī)范、內(nèi)容準確，而且更新及時、易于管理。這使得設(shè)計師能夠從繁重的繪圖工作中解放出來，有更多的時間和精力專注于設(shè)計本身，從而提高設(shè)計效率。

3）施工模擬和方案優(yōu)化。在施工階段，BIM模型同樣發(fā)揮著不可替代的作用。通過與實際施工進度進行實時對比，BIM模型能夠幫助項目管理人員及時發(fā)現(xiàn)進度偏差，為調(diào)整施工方案提供依據(jù)。同時，BIM模型還可以對施工現(xiàn)場的布局規(guī)劃進行模擬和優(yōu)化，確保各項施工活動能夠有序進行。

此外，BIM模型在物料管理和施工工序、工法模擬方面也具有顯著優(yōu)勢。利用BIM模型，項目管理人員可以準確掌握物料的消耗情況，避免浪費和短缺現(xiàn)象的發(fā)生。同時，通過對施工工序和工法的模擬，項目管理人員可以更加清晰地了解施工過程中的重點和難點，為制定針對性的施工方案提供有力支持。

3 案例研究

3.1 工程概況

本案例所選取的是國內(nèi)某標志性重點水利水電工程。該項目不僅規(guī)模宏大，更在技術(shù)和施工難度上達到了前所未有的高度。其核心目標是通過精心設(shè)計和高效施工，打造一個集防洪、水資源科學(xué)調(diào)度、航運、發(fā)電等多項功能于一體的水利水電樞紐。該工程的實施，對于提升當?shù)啬酥琳麄€流域的水資源利用效率和保障下游地區(qū)的安全穩(wěn)定具有重要意義。

然而，工程的龐大規(guī)模和高度復(fù)雜性對設(shè)計和施工管理提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。從設(shè)計角度而言，工程需要綜合考慮地質(zhì)、水文、氣象等多重因素，確保樞紐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能性。在施工方面，工程的難度更是不言而喻，不僅需要應(yīng)對惡劣的自然環(huán)境，還要確保施工質(zhì)量和進度的雙重要求。因此，該工程的成功實施是對中國水利水電建設(shè)能力的又一次全面檢驗。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用實踐

在該水利水電樞紐建設(shè)的導(dǎo)截流工程中，BIM技術(shù)得到了深入而實際的應(yīng)用，在實際操作過程中，也暴露出一些問題和挑戰(zhàn)。以下是對其應(yīng)用實踐的詳細分析及相應(yīng)的解決方案。

3.2.1 遇到的問題

在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，遇到了以下幾個核心問題。

1）數(shù)據(jù)整合困難重重。水利水電工程涉及地質(zhì)勘探、水文學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個專業(yè)領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都會產(chǎn)生大量且格式各異的數(shù)據(jù)。如何將這些數(shù)據(jù)有效地整合到一個統(tǒng)一的平臺中，確保信息的準確性和一致性，成為了一個亟待解決的問題。

2）模型精度與效率的博弈。BIM模型以其高精度和可視化特點著稱，但這也帶來了建模效率上的挑戰(zhàn)。過于追求模型精度可能會導(dǎo)致建模周期延長，成本增加；而過度簡化模型則可能喪失其應(yīng)有的指導(dǎo)意義。因此，如何在模型精度和建模效率之間找到一個平衡點，成為了擺在工程團隊面前的一大難題。

3）技術(shù)協(xié)同障礙。BIM技術(shù)要想發(fā)揮最大效用，需要與GIS、水力學(xué)模擬等其他先進技術(shù)進行協(xié)同應(yīng)用。然而，不同技術(shù)之間往往存在數(shù)據(jù)格式不兼容、接口不匹配等問題，這嚴重制約了各項技術(shù)之間的順暢交流和高效協(xié)作。

3.2.2 解決方案

針對上述3大問題，經(jīng)過深入研究和反復(fù)實踐，提出了以下切實可行的解決方案。

1）構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)整合共享。構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，解決數(shù)據(jù)整合難題。該平臺具備強大的數(shù)據(jù)整合和共享功能，能夠?qū)碜圆煌瑢I(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進行標準化處理，并存儲在一個集中的數(shù)據(jù)庫中。這樣不僅可以確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性，還大大提高了數(shù)據(jù)管理的效率和便捷性。

2）優(yōu)化建模流程以平衡精度與效率。全面優(yōu)化建模流程，解決模型精度與效率的矛盾。首先制定合理的建模標準和規(guī)范，明確不同階段的建模要求和重點。同時，引入了先進的建模工具和算法，提高建模的自動化程度和效率。通過這些措施，成功地在模型精度和建模效率之間找到了一個平衡點。

3）開發(fā)專用技術(shù)接口促進技術(shù)協(xié)同。開發(fā)專用的技術(shù)接口，解決BIM技術(shù)與其他技術(shù)之間的協(xié)同問題。這些接口能夠?qū)崿F(xiàn)不同技術(shù)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和信息共享，消除了技術(shù)之間的隔閡和障礙。通過這些技術(shù)接口的應(yīng)用，BIM技術(shù)與其他先進技術(shù)得以無縫對接和高效協(xié)作，為該工程的順利推進提供了有力支持。

3.2.3 應(yīng)用效果

通過應(yīng)用BIM技術(shù)，該水利水電樞紐建設(shè)的導(dǎo)截流工程取得了以下顯著的應(yīng)用效果，并提前順利實現(xiàn)導(dǎo)截流。

1）提高設(shè)計效率和質(zhì)量。BIM技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了導(dǎo)截流工程的設(shè)計效率和質(zhì)量。通過三維建模和可視化設(shè)計，設(shè)計團隊能夠更直觀地理解和分析工程結(jié)構(gòu)，快速發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計問題并進行優(yōu)化。這不僅減少了設(shè)計階段的反復(fù)修改和返工時間，還提高了設(shè)計的精確性和可靠性。

2）優(yōu)化施工方案。BIM技術(shù)在導(dǎo)截流工程的施工方案優(yōu)化中發(fā)揮了重要作用。通過精確的三維建模和施工模擬，施工團隊能夠提前發(fā)現(xiàn)施工過程中的潛在沖突和難點，從而制定更加合理、高效的施工方案。這不僅降低了施工難度和風(fēng)險，還減少了材料浪費和成本支出。

3）降低工程風(fēng)險和成本。BIM技術(shù)的應(yīng)用還有效降低了導(dǎo)截流工程的風(fēng)險和成本。通過精確的施工模擬和風(fēng)險管理，參建各方能夠提前識別潛在的風(fēng)險因素并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，從而避免了不必要的損失和延誤。同時，BIM技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)工程量的精確計算和成本控制，幫助建設(shè)單位更加合理地分配資源和預(yù)算。

4）促進參建各方的信息交流和協(xié)作。BIM技術(shù)為導(dǎo)截流工程的參建各方提供了一個統(tǒng)一的信息交流平臺。通過BIM模型的信息共享和協(xié)同工作功能，參建各方能夠更加便捷地進行信息交流和協(xié)作，提高了項目管理的整體效率和決策質(zhì)量。這不僅加強了參建各方之間的溝通和合作，還為項目的順利實施提供了有力保障。

4 結(jié)束語

通過本研究，可以看到BIM技術(shù)在水利水電導(dǎo)截流工程中展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用效果。其強大的信息整合能力和可視化特性為工程設(shè)計、施工和管理帶來了革命性的變革。當然，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和工程需求的不斷演變，未來還需要積極探索BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、VR/AR等其他前沿技術(shù)的集成與融合[2]，進一步推動BIM技術(shù)在水利水電工程乃至其他工程建設(shè)領(lǐng)域中的更廣泛更深入的應(yīng)用，不斷地提升工程建設(shè)的效率和質(zhì)量，推動工程建設(shè)向更高水平邁進，為高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會.水利水電BIM標準體系[Z]2017.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑信息模型施工應(yīng)用標準：GB/T 51235—2017[S].2017.

作者簡介：戴欣明（1980-），男，碩士，高級工程師。研究方向為信息通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計及新一代信息技術(shù)應(yīng)用。