BIM+跨界應用 開拓智慧水利

高英+白勇

河南省水利院以“互聯網+”思維和BIM的跨界應用開拓水利創新之路，提升了水利工程設計的附加值，并取得了探索新盈利模式的階段性成果。

水利工程設計是一個涵蓋多專業、跨越多階段的知識集成創新過程。作為設計手段的第三次革命，BIM具有高效率協同、資源高度共享和最大程度避免重復勞動等優勢，它與互聯網一起，給傳統水利工程設計帶來前所未有的挑戰和機遇。

通過導航項目在探索中前行

河南省水利勘測設計研究有限公司（以下簡稱河南省水利院）從2010年左右開始關注三維協同設計。經過近兩年的外部調研、平臺選型、人員籌備等工作，河南省水利院于2012年底以前坪水庫工程為試點進行三維協同設計。

河南省水利院在戰略層面高度重視三維協同設計工作，由主管副總經理主抓，旨在高效解決需要公司協調的問題；主管技術總監為技術總負責，在技術上進行總體把握和協調。與此同時，河南省水利院成立專門的機構負責具體實施，并在公司內進行公開人員選拔。被選拔人員脫離原崗位專門從事三維協同設計學習和試點項目實施工作，并在待遇、設計師等級評定方面予以一定的傾斜。

將一個覆蓋全專業的項目作為三維協同設計的試點既可以檢驗三維協同設計軟件與工程設計的契合度，又可以熟悉軟件，鍛煉隊伍。水庫工程對省級設計院而言，是專業最全的項目，因此河南省水利院將處于可研設計的前坪水庫工程作為試點，即導航項目，進行二維和三維的并行設計。

三維設計團隊夜以繼日，用42天完成了導航項目。與二維設計相比，三維協同設計的優點明顯。在可研階段二維設計成果受限于手段和工具，在工程布置方面無法進行場地模型開挖。在三維設計中，項目組對幾個重要建筑物進口的布置進行開挖模型的組合，發現泄洪建筑物與輸水建筑物進出口的布置相互影響較大，于是對其進行優化，使得工程布置更加合理，還減少了開挖工程量。此外，利用三維設計的數字模型可以快速、精確地計算出工程量。

短暫迷茫后快步前行

河南省水利院經歷了三維設計處女作帶來的激動之后，和很多兄弟單位一樣有過一個短暫的迷茫期：三維協同設計該如何推廣實施，與原有二維設計體系如何銜接，是直接全面推廣還是循序漸進。省級水利設計院的項目類型多、體量小、設計周期短，不能完全復制導航項目模式。此外，導航項目應用相對比較粗淺，對于三維設計平臺軟件的應用還需要消化吸收。面對這些困惑和難題，河南省水利院領導提出先做好三維設計的推廣計劃，然后結合規劃有續開展應用和研究，探索如何解決全面推廣的問題。

接下來，河南省水利院在導航項目團隊基礎上成立了集生產、科研、管理于一體的專職機構——數字工程中心。數字工程中心結合生產項目進行三維設計的相關科研探索，再將科研成果用于指導生產，形成良性循環。在此基礎上，數字工程中心提出了三維協同設計的發展規劃：一年打基礎，兩到三年技術基本成熟，四到五年逐步推廣。

與此同時，數字工程中心在各生產院的重點項目中積極推廣三維協同設計，在全員推廣前形成BIM技術的應用氛圍。

2013年4月，河南省水利院承接了山西省呂梁北川河治理工程，從可行性研究階段開始進行12座水閘的三維協同設計。模型一旦建好，在施工階段就可以直接利用前期模型形成施工圖，進行三維配筋，自動生成鋼筋圖。由于三維協同設計過程中已經進行碰撞檢查，后續施工過程中基本沒有出現因為圖紙問題而發生的變更。

2013年8月，河南省水利院承接了陜西寶雞峽灌區漆水河渡槽改建工程。該項目從可行性研究階段開始進行三維協同設計。在可行性研究階段的方案比選過程中，借助三維設計的優勢，河南省水利院結合不同施工方案、不同跨度、不同斷面型式快速提交了8種方案，贏得了業主的高度認可。

2013年10月，河南水利院把三維協同設計推廣到了海外，在尼日利亞完成了LOKOJIA制水廠的工程設計和Argongu的道路設計。

2013年，河南省水利院開展了綜合規模世界最大的沙河渡槽工程三維設計，并利用三維模型進行施工仿真模擬，在施工領域進行了嘗試。該項目獲得了2013年度全球基礎設施創新特別榮譽獎。

伴隨著典型項目的成功應用，河南省水利院在積累三維設計經驗的同時，制定了企業的三維設計標準和設計環境，并進行全員推廣和培訓。經過近3年的逐步積累和推廣，目前全院三維設計培訓率已達92%。

以需求為導向創新BIM應用

河南省水利院經過多年三維協同設計的探索和研究，繼續深入挖掘BIM技術的深度應用，提出了跨平臺技術聯合應用的整體解決方案：以三維設計平臺為基礎，結合地理信息GIS平臺、洪水分析平臺、地形制作平臺和Unreal Engine三維開發平臺的聯合應用，完成從前期工程三維設計到后期運用管理各階段的工作，充分發揮三維協同設計的優勢，并在實際項目工程中取得了較好的效果和效益。

首先，以遙感和無人機技術助力工程設計。尼日利亞菲利亞公路項目在前期立項階段，受制于當地的治安條件，無法完整收集地形地質資料。

為此，河南省水利院的設計團隊通過聯合GIS地理信息平臺、地形制作平臺和三維協同設計平臺共同完成了工程的前期三維協同設計：采用GIS技術，利用航拍影像圖生成低精度地形等高線和DEM（數字高程模型）高程灰度圖；采用地形制作平臺，以低精度DEM數據為基礎，逐步將低精度地形雕刻成包含河流、雨水沖刷與侵蝕痕跡的高精度逼真地形，供三維協同設計平臺使用；利用MicroStation為核心的三維協同設計平臺進行工程三維設計，建立公路、跨河橋梁、居民房屋等地面附屬物的精確三維模型。

河南省水利院在該項目中通過多平臺聯合應用，完成了缺乏信息條件下的工程設計，滿足了工程早期設計階段各方面的要求。

其次，以跨平臺技術提升防洪調度水平。編制洪水風險圖是貫徹落實新時期中央水利工作方針，實施洪水風險管理，最大程度減輕洪澇災害的一項基礎性工作。

河南省水利院在承擔2013—2015年全國重點地區防洪風險圖編制工作時，通過綜合運用水利專業技術、GIS技術、BIM技術、二三維可視化技術和互聯網IT等跨平臺技術，在資料收集整理、模型構建、成果展示和應用系統開發等方面進行創新。

以前坪水庫工程設計及其潰壩的跨平臺應用為例，河南省水利院通過三維設計平臺得到各建筑物的精確三維信息模型；參考工程三維模型進行場地的三維開挖，包括各建筑物地基開挖和河道治理擴挖，得到開挖后的地形場景；根據開挖后的場地模型，利用洪水分析軟件對DEM地形數據進行網格和高程插值；采用水文學和河流動力學平臺構建潰壩洪水分析計算模型，得到各時刻洪水要素，包括水深、流速、水位等；將三維設計模型、開挖后的場地模型和洪水計算結果在整合起來，制作前坪水庫三維潰壩洪水模擬場景，實現潰壩洪水的動態演進。

“互聯網+BIM”助推智慧水利

跨平臺技術的聯合應用，使得河南省水利院在三維協同設計中優勢凸顯。不拘泥于一種軟件、一個平臺、一種方法，而是各種軟件、平臺和方法取長補短，在不同階段充分發揮三維設計成果的最大價值。同時借助互聯網技術，河南省水利院形成了具有自主知識產權的跨平臺核心技術。河南省水利院以此技術為依托提供水利工程從前期設計到施工建設，再到后期運行維護的工程全生命周期服務，以及利用該技術開展智慧水利業務。

目前該技術已應用于在建前坪水庫、出山店水庫建設期信息化管理系統、開封市城市洪水風險管理系統、鄭州市智慧水務綜合信息管理系統和四川省水利工程產權三維可視化管理平臺等，取得初步成效。

政府推進供給側結構性改革，推動經濟轉型升級，為水利水電勘測設計行業的可持續發展和創新提供了發展空間。面對外部環境、政策環境和市場環境的改變，勘測設計單位需要進行自我改革與創新，改革原有的業務模式、人資資源、組織架構，向現代服務業轉化。河南省水利院以“互聯網+”思維和BIM的跨界應用進行水利技術創新，提升水利工程設計的附加值，取得了探索新盈利模式的階段性成果。