研究BIM技術在水利工程中的運用

鄧貴銘+顧深輝

摘要：由于水利工程的建設受復雜的地理條件、獨特的設計理念、廣泛的專業涉及等影響，存在水利圖紙的信息過于龐雜冗長，水利樞紐中心位置的設計過于繁瑣，工程土石方量的計算方法和計算結果存在誤差等缺陷。通過描繪制作與水利工程相關的地理環境信息圖，利用BIM技術仿造水利工程的建筑物建立BIM模型，不僅可以有效彌補上訴缺陷還可以對水利工程的實際操作情況進行信息的仿真處理后，可以以數字化的方式進行查看，同時也更有利于簡化水利工程中對樞紐的布置和土方量的計算，并結合多種類型的BIM軟件降低計算誤差。

關鍵詞：BIM技術；BIM模型；水利工程；土石方量

一、BIM技術概述

隨著我國互聯網信息技術的快速發展，與水利工程行業相關的科學家和學者們對BIM技術的研究也越來越深入，從而推動BIM技術在水利工程建設中的運用也得到了快速發展。

經過對近一千篇與BIM技術和模型相關學術報告、論文的研究分析發現BIM技術對水利工程的建設和管理方面起到重大作用：第一，是以張建平等為主的專家學者們自主研究開發出在水利工程的實際作業中建立BIM模型系統和在利用BIM技術的基礎上對施工項目進行有效管理的一系列相關軟件。第二，BIM技術可以將水利工程的施工過程制作成三維模型，并以數字化的形式呈現，這不僅方便工程管理人員對水利工程進行數字化查詢，還可以對水利工程的設計進行一些關聯修改，從而保證工程質量，降低圖紙信息的繁雜，也更有利于工程設計者之間的交流和溝通。第三，可以通過BIM技術對水利工程施工過程中的關鍵節點進行施工示范，從而科學有效的指點施工工人進行有序操作，提高施工工人的整體素質，使水利工程得到質的提高，同時也能減少親到現場示范施工帶來的時間浪費，提高其效率；也更有利于水利工程施工完成后的運營管理和監督。第四，通過繪制與水利工程相關的地理環境信息圖，利用BIM技術水利工程的建筑物建立BIM模型，對施工工程的關鍵點進行質量掌控。同時將水利工程的管理與高度發達的通訊信息技術相結合，即通過數字查詢的方法對施工現場進行可視化的管理，從而優化水利工程的施工過程。

二、建造BIM模型

在水利工程方面BIM模型的建造主要是對水利工程的建筑物和地理地形條件進行模型的構造。BIM模型是BIM技術能在水利工程的施工項目上得以運用的基本條件，所以BIM模型對于水利工程而言是至關重要的。以下將分別對其進行介紹：首先是對地理地形條件建造BIM模型。地形條件的好壞直接影響水利工程的施工進度的快慢，因其不僅是進行水利工程建設總指揮的前提條件，還是水利工程進行實際操作的場所。故由此可見地形的BIM模型在整個水利工程的施工過程中起到至關重要的作用。構造地形BIM模型的步驟主要有：第一，對收集到的原始地形圖進行核對分析，特別是對河道區域的等高線應仔細核查，如有偏差立即修改。第二，根據核查后準確無誤的等高線，利用不規則圖形——三角網繪制曲面。制作曲面時應盡量使其能充分展示原始地形的高低起伏狀況。第三，對有問題的曲面進行修改，如將過高或過低的曲面高程改低或改高點。第四，將所有準確無誤的數據、圖表、曲面收集在一起繪制成所需要的BIM地形模型。

為水利工程的建筑物創建BIM模型不僅可以對水利工程的實施過程進行監控，還有利于管理施工人員的分工和工作。故它也使水利工程建設中不可或缺的一部分。相較于地形BIM模型，水利工程建筑物的BIM模型的創建過程要相對復雜些：第一，按照BIM技術運用范圍的要求，整合規劃出需要運用BIM模型的階段過程，從而確定建造BIM模型所需的建模精度。第二，收集水利工程建造的基本情況和所需要的圖表信息，建模人員需了解掌握這些內容，并熟知工程建造的具體要求和水利工程設計的總說明書。第三，全方位收集施工人員信息，按照工人自身特點對其進行合理分工，并將水利工程項目分解為小的，可具體操作的階段性目標，從而方便后期對工程項目進展的監控。第四，把信息管理和圖形圖像管理的因素融入到水利工程建筑物的BIM模型中。這些信息和圖形圖像管理主要包括項目和設備的基本參數；模型的形狀、大小；所需的建造成本；生產產家的信息；后期運行維護的信息等。第五，利用BIM技術和軟件構造BIM模型。在建模的具體操作過程中對發現的問題做好詳細記錄，在獲得有關部門的同意之后再對其進行改正，但是改正前后的BIM模型都應該保存下來，具體操作人員不能隨意更改或刪除。第六，BIM模型建造完成后要進行質量的評估審核。評估審核的具體要點包括：BIM模型是否符合計劃中的模型標準；相關建造要件的定位是否準確科學；關鍵節點的布置是否與水利工程的實際場景保持一致性等等。

三、運用BIM模型的實際案例

BIM模型的構建完成在水利工程的實際操作中起到重要作用。它的重要作用主要體現在兩個方面：精確了土石方量的計算和優化水利工程中的關鍵節點的位置定位。

水利工程建設的地址一般是地理地形條件復雜，需要進行精確土石方量計算的地方。如果一個水利工程的土石方量計算不夠精確，那將會對水利工程的各個環節都產生重大影響，更不利于對水利工程的實際工程量進行準確的預算和建設過程中的組織設計、施工現場人員和具體完成目標的安排。BIM模型的一個重要影響作用就是使土石方量的計算過程和計算結果都實現精確化的同時，還提供施工地點的三維模型。使得水利過程在具體施工過程中能夠利用曲面信息，準確計算出應挖出或應該填埋的土石方量，進而選擇實施的最優方案。

水利過程中關鍵節點的設置直接影響著施工場地的人員布局和建筑物布局，故如果可以準確科學的確定水利過程中關鍵節點的設計就能在建筑物中找到最優的距離差，使得施工人員與設備的差距最小，從而達到提高效率、方便人員操作、縮短過程工時等目的。

四、對BIM模型提供的信息的具體運用范圍

BIM模型不是一個單獨存在的個體，它的背后連接著一個龐大的數據庫資源，只要BIM模型的數據信息夠完整就能在水利工程的建設中達到實現項目管理和技術信息化的目標。首先，BIM模型中所涵蓋的數據庫資源可以實現對水利工程檔案進行關聯化、可視化和高效率化的管理，從而為項目實施過程中的相關信息的共享、交換和集成提供管理的平臺。其次，因為地形環境的復雜性使得水利工程的施工難度大且工程量和費用開銷都比較大。而BIM模型不僅可以為水利工程的施工提供完整的數據庫，同時也可以在工程的實際操作中提供多種與水利工程相關的應用支持，從而優化施工任務的安排和順序，提高水利工程的施工進度。

總結：

實踐證明，BIM技術和BIM模型的運用可以在水利工程決策層面提供完整的數據庫資源支持；在水利工程執行層面進行可視化管理后，方面了最高層對施工進度的管理和施工人員的監督，從而從根本上提高了水利工程的施工進度；在水利工程的后期運營中，管理者也可以通過BIM模型對其進行必要的運營管理和維護。

參考文獻：

[1]張建平，李丁，林佳瑞等.《BIM在工程施工中的應用》[J].施工技術，2012（16）：10-

[2]何關培.《施工企業 BIM 應用技術路線分析》[J].工程管理學報，2014（2）：1-

[3]葛文蘭，于曉明，何波.《BIM 第二維度——項目不同參與方的 BIM 應用》[M].中國建筑工業出版社，2011.

[4]苗倩.《BIM 技術在水利水電工程可視化仿真中的應用》[J].水電能源科學，2012（10）：139 142.

[5]《深圳市建筑工務署政府公共工程 BIM 應用實施綱要》 2015.

[6]樊旭宏.《Civil 3D 在場地土方量計算中的應用》[J].建材技術與應用，2012（10）：42

[7]常青.《工程土石方量計算方法的對比研究》[J].中國勘察設計，2013（4）：82

[8]李勇，管昌生.《基于 BIM 技術的工程項目信息管理模式與策略》[J].工程管理學報，2012（4）：17

[9]《中華人民共和國住房和城鄉建設部年建筑業信息化發展綱要》[EB/OB].2011-5-10.

[10]杜成波.《水利水電工程信息模型研究及應用》[D].天津大學，2014.