我國水利工程中 BIM 應用現狀及障礙研究

王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學 土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010）

我國水利工程中 BIM 應用現狀及障礙研究

Application of BIM in China Water Conservancy Project and its Obstacle

王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學 土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010）

伴隨全球制造業邁向工業4.0的步伐，建筑信息模型（BIM）正引領著建設行業的第二次革命，然而工程技術人員對BIM在水利工程中的應用情況及現存障礙尚認識不足。結合BIM技術在國內水利工程中的應用情況，對阿海水電站、南水北調中線工程等典型工程BIM應用情況進行比較分析，并對國內水利工程中應用的主流BIM軟件進行分析，探討BIM在國內水利工程中的主要應用障礙，從政策環境、技術環境、行業環境3個方面為BIM的推廣應用提出相關對策與建議。

水利工程；BIM；應用現狀；應用障礙

建筑信息模型(BIM，Building Information Modeling)是建設行業一種新的理念和技術。其思想源于 20 世紀 70年代，由美國佐治亞理工大學教授 Chuck Eastman 提出。美國將 BIM 定義為“設施物理和功能特性的數字化表達”[1]。自 2002 年 BIM 概念進入中國以來，對 BIM 的應用及研究得到快速發展，除了在建筑工程領域的應用，BIM技術也已應用于公路、橋梁、地鐵、水利等工程項目中。BIM 技術應用于水利工程領域后被業內稱為水利工程信息模型(Hydro BIM)或水利水電工程圖形信息模型(HPIM，Hydropower Project Information Modeling)。我國 BIM技術的發展仍處于初級階段，在水利工程中的推廣程度更是不夠。基于此，本文對 BIM 技術在我國水利工程中的應用現狀及障礙進行了調查研究，并提出了應對建議[2]。

1 我國水利工程領域BIM應用現狀

BIM 是一項全新的理念和技術，必將成為全球建設行業未來的潮流。在歐美等發達國家，應用 BIM 的項目數量已經超過傳統項目數量，而我國起步較晚，當前的 BIM 應用率尚不高。我國水利工程行業 BIM 技術的應用以設計階段為主，施工階段的應用鮮有報道，運營階段更是無從談起，所以 BIM 技術在水利工程中的研究和探索勢在必行且任重道遠。

1.1 BIM在國內水利工程典型項目中的應用分析

Mc Graw-Hill 公司將 BIM 定義為“創建并利用數字模型對項目進行設計、建造及運營管理的過程”。BIM 技術的應用可以有效解決建設項目各階段內及階段間信息傳遞損失、溝通不暢等問題。我國對于 BIM 的研究及應用起步較晚，尚處于起步階段，可查的水利工程 BIM 應用項目較少，將近年水利工程中應用 BIM 技術的典型案例匯總如表1所示[3]。水利工程具有體型大、周期長、參與方眾多、多專業協作、結構復雜、多地下工程等特點，BIM 技術在水利工程中的應用可發揮其最大價值和效益，解決了周期長及參與方眾多造成的信息傳遞損失、協調工作量大等問題。BIM技術在水利工程設計階段的應用已初見成效，在施工過程的動態演示及信息查詢方面也有所進展，同時也存在著諸多問題[4-5]。

表 1 我國近年典型水利工程 BIM 應用案例

1.2 BIM 在水利工程中的應用軟件分析

理論和技術的應用都需要依賴于一定的工具，軟件正是保證 BIM 技術推廣應用不可或缺的工具。BIM 在水利工程中的應用涉及不同參與方、不同專業、不同階段，所以涉及眾多軟件，絕不是一個或一類軟件可以解決的。美國Building SMART 聯盟主席 Dana K. Smitnz 論斷“依靠一個軟件解決所有問題的時代已經一去不復返了”[6]。當前，BIM 軟件以國外開發的軟件為主流，國產 BIM 軟件非常稀少，國內工程也主要應用國外的 BIM 軟件，但國外軟件不能完全符合中國國情、使用習慣及規范，同時也給信息安全帶來了隱患。下面分析國內市場上較有影響力的 BIM 軟件，并介紹其在水利工程領域中的應用情況，從而更深層次地了解 BIM 在水利工程中的應用。

(1) Autodesk 系列。2002 年，Autodesk 公司收購Revit 公司后，提出了 Building Information Modeling (建筑信息模型)這一術語，旨在實現全方位“建筑工程生命周期管理”。Autodesk 公司的 Autodesk CAD 軟件在過去30 余年中，已被建筑工程技術人員接受并應用于工程實踐中，其 BIM 解決方案所包含軟件符合 CAD 的使用習慣，易被工程人員接受。

圖 1 為 Autodesk 產品在水利工程設計階段的使用及其對應專業，設計階段的水力參數、結構計算由其他專業軟件輔助完成，施工進度管理中常配合 P3、Microsoft Project 實現[7]。中國水電顧問集團下屬的北京院和昆明院均引進了 Autodesk 的 BIM 產品。

圖 1 水利工程設計階段所用 BIM 軟件

(2) Bentley 系列。Bentley 產品在工廠設計和基礎設施領域有無可爭辯的優勢。中國電建集團華東設計院自2004 年引入 Bentley 產品，已在 30 余項大型工程中全面使用。

(3) Dassault 系列。達索公司為建筑行業提供了全流程 BIM 解決方案，涵蓋建筑行業所涉及的項目全生命周期，可滿足用戶在各個階段對 BIM 數據的處理需求。如：CATIA 軟件提供智能化的樹結構，對于實體或曲面對象，都可以采用變量和參數混合進行建模[7]。其應用到建設行業，無論是建模能力、表現能力和信息管理能力都比傳統的建筑類軟件有明顯優勢，而與工程建設行業的項目特點和人員特點的對接問題則是其不足之處。中國水電顧問集團下屬的成勘院及西北院均引入 Dassault 系列產品來實現三維協同設計。

(4) Nemetschek 系列。Nemetschek 公司自2007 年收購 Graphisoft 之后，ArchiCAD/AllPLAN/VectorWorks 3 個產品都被歸到同一公司旗下。ArchiCAD 早已被國內工程設計人員熟悉，但其僅限用于建筑專業；AllPLAN 主要市場在德語區，VectorWorks 是其在美國市場使用的產品名稱。目前尚無國內水利工程應用該系列產品的報道。

綜上所述，BIM 軟件眾多，但適用于國內水利工程領域的BIM軟件尚不完善，亦不系統；國外軟件的本地化程度較低，不能適應國內行業規范及工程人員使用習慣。水利工程中的應用僅處于設計階段，尚未實現水利工程信息化的全階段貫通；在設計階段“計算分析”、“規范檢查”環節仍出現了“信息孤島”現象。如何統籌管理，實現 BIM 在水利工程各階段、各專業間的協同應用是未來研究的重點[8]。

2 BIM 在國內水利工程中應用障礙分析

結合水利工程項目案例和已用 BIM 軟件的分析，BIM在水利工程行業的應用主要存在以下障礙：

(1) 水利工程行業 BIM 技術應用的政策環境不成熟。從都江堰工程兩千多年的歷史可見，水利工程是歷史悠久的傳統工程領域，水利工程領域技術發展更新較慢，尤其是在施工階段，工程技術人員施工工藝傳統思維嚴重、施工效率低。我國水利工程行業體制不統一，缺乏完善的 BIM 應用標準、交付標準、應用模式、規范等；BIM 應用缺乏相關的法律、法規及爭議解決方案；水利工程行業從業工程技術人員及部分企業管理人員過于依賴傳統建造方式，思維模式禁錮，尚不能接受 BIM 技術這樣的新事物[9]。以上因素導致我國水利工程行業 BIM 推廣應用的政策環境不成熟。

(2) 水利工程行業 BIM 技術應用的技術環境不成熟。水利工程行業 BIM 技術的應用涉及不同單位、不同階段，采用多種軟件協同作業。當前國內采用的 BIM 軟件都是國外產品，存在信息安全級別低、本地化程度不夠、與計算分析軟件的模型交互能力差、軟件升級費用高等問題；水利工程通常規模巨大，運用BIM建模對計算機硬件要求極高，當前尚無通用的、可行的方式來解決此問題；水利工程行業應用BIM 技術的合同模式、索賠模式尚不完善等因素致使水利工程行業 BIM 推廣應用的技術環境不成熟[10-11]。

(3) 水利工程行業 BIM 技術應用的行業環境不成熟。當前國內已有部分水利設計院采用 BIM 技術進行項目設計，但大多處于初始、探索階段，由于技術熟練度不高、項目數量有限，致使 BIM 技術應用的投資收益無準確的統計，且行業內對 BIM 的應用價值尚無準確評估。當前，水利工程行業 BIM 技術主要用于設計段，施工階段的 BIM 應用較少，且缺乏施工階段 BIM 技術的應用模式；BIM 技術初期投入費用高、人才短缺、培訓難度大、應用前期工作效率低制約著 BIM 技術在水利工程行業的推廣及應用[12]。因此，水利工程行業 BIM 技術應用的行業環境尚不成熟。

3 BIM 在水利工程中推廣應用的建議

自 2002 年 BIM 引入我國以來，國內 BIM 技術得到了迅速發展，在水利工程領域也有了較好的推廣和實踐，但BIM 技術的全面推廣應用還存在諸多困難和挑戰。為了推廣BIM 技術在水利工程中的應用，針對水利工程行業 BIM 應用中所凸顯出的政策環境、技術環境、行業環境 3 個方面問題，提出如下建議：

(1) 政策環境方面。BIM 屬于新生事物，推廣應用首先需要工程人員摒棄傳統思維、認識 BIM 的價值，從而接受BIM 理念。政府可結合發達國家 BIM 標準、國內建筑工程方面的 BIM 項目案例、水利工程的已有案例來制定水利工程行業的 BIM 應用標準、模型交付標準及規范；可試點研究適合國內水利工程行業的 BIM 技術應用模式；可結合國內水利工程行業特點及習慣，制定相關法律、法規及爭議解決方案；可在部分水利工程項目中試點全程應用 BIM 技術，并強制要求在限定日期限定項目中應用 BIM 技術，促使行業從業人員了解、接受、學習并應用 BIM。

(2) 技術環境方面。政府和行業協會可鼓勵企業、高校、科研院所對現用BIM軟件進行二次開發，以適應國內水利行業的規范及工程技術人員的使用習慣，并鼓勵研發我國自主品牌的 BIM 軟硬件產品；可借鑒國外將模型“化整為零”的思路，探索將水利工程模型“化整為零”的技術路線，以降低對計算機硬件的要求；水利主管部門可督促企業、協會、高校探索適合國內水利工程領域 BIM 應用的合同模式、索賠方案等。

(3) 行業環境方面。行業協會可收集較為完整的水利工程 BIM 案例，評估 BIM 應用價值，通過政府、行業協會、高校、科研院所在行業內進行宣傳、推廣，以消除工程人員的顧慮并激發他們對 BIM 的興趣，讓更多的從業人員認識并接受 BIM 技術；高校可借鑒國外 BIM 課程，結合國內項目案例，開設 BIM 相關課程，為行業儲備后續 BIM 人才；水利工程的建設單位可在招標中強制要求施工階段應用 BIM技術，以促使施工單位人員學習 BIM 技術，促進 BIM 技術在水利工程施工階段的應用。

4 結 語

近年來，BIM 技術在國內以核爆般的速度快速發展，建筑業相關人員、企業、高校及科研院所對 BIM 都做了大量研究及探索，但 BIM 技術的應用仍然處于初級階段，尤其在水利工程領域，有大量需要解決的技術和管理問題。Randy Deutsch 指出“BIM 是 10% 的技術問題加上90% 的社會文化問題”，而目前大量研究集中在技術問題層面。因此，在以后的研究中除了技術層面研究外，更應該結合中國的文化習俗對 BIM 技術在水利工程中的應用模式、合同模式等工程管理學方面的問題進行研究和探索。BIM 技術在大型復雜項目、地下空間項目、體型奇異項目中的應用更能發揮其潛在價值，而水利工程項目正符合這類特征，且水利工程運行周期通常達到近百年，能夠體現BIM 在運營階段的價值。因此BIM 技術在水利工程領域的推廣、應用將帶來巨大價值，市場前景廣闊。

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TU50

A

1674-814X(2017)03-0053-04

2017-01-22

王明明，現就讀于西南科技大學，主要研究方向為土木工程信息技術，項目管理信息化。

作者通信地址：四川省綿陽市西南科技大學土木工程與建筑學院，郵編：621010。