淺談BIM技術在水利工程建設中的應用

李恩輝

摘 要：水利工程建設中引入BIM技術，有助于實現水利工程仿真信息的數字化查詢，以及水利工程的樞紐布置、土方量計算等。本文對BIM 技術在水利工程建設中的應用進行了探討分析。

關鍵詞：水利工程；BIM技術；工程建設

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是一種集成的全壽命周期管理的建設信息化方法，在建筑工程項目中應用比較多，它貫穿在建設項目的規劃、設計、采購、施工和運營等各階段，為建設項目各參與方提供了協同管理工作和信息交流的平臺。它的提出與發展，給工程建設項目的決策者和參與者在協同工作、信息共享的應用管理方面提出了更高的要求。在水利工程建設中采用BIM技術，不僅可以實現工程設計階段的協同設計、施工階段的建造全過程一體化，以及運營階段對建筑物的智能化維護和設施管理，同時，還消除了從業主、施工單位到運營方之間的溝通屏障，實現了對水利工程項目全生命周期管理。

2 關于BIM 原理及技術特點

BIM 實際是一個建設項目物理和功能特性的數字表達，是一個可以共享目標項目信息的資源平臺，可以為該項目從概念到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據；在項目的不同階段，可以由不同的參與人通過在BIM系統中插入、提取、更新和共享信息數據，以反映其各自業務職責，支持各自決策，從而實現協同作業。建筑師通過基于BIM技術的設計軟件（如Revit等）可直接在圖形環境中向數據庫輸入參數信息， 比如墻體厚度、樓層高度等，而無需花費更多的精力在抽象的二維CAD圖紙上， 便可得到具有一系列特性的對象（Object）以表達建筑物基本屬性。

2.1 可視性

近些年來，建筑行業發展越來越快，出現了很多形態各異的建筑形式，只憑想象根本無法得到實物。因此，BIM技術提出了一種可視性思路，即將人們以往的線條式構建以三維立體圖像進行呈現，讓人們在觀看中一目了然。

2.2 模擬性

在設計階段，BIM技術可以模擬建筑設計中的所有環節。

2.3 協調性

在施工中，如果工程項目出現問題，需要相關人員及時進行開會討論，并提出有效的解決措施。

2.4 優化性

BIM技術優化內容為項目方案優化、特殊項目設計優化。項目方案優化就是通過對投資回報的分析，了解投資回報對設計變化的影響。總之，通過BIM技術進行項目管理，不僅可以縮短施工工期，還可以降低工程造價。

3 關于BIM 技術在水利工程建設中的應用探討

3.1 在土方量計算方面的應用

水利工程建設中的土方量測量與計算是工程施工各項環節的重要依據，它為施工過程中工程量的預算、施工的設計組織和施工的現場安排提供了重要的參考作用。當前，土方量計算的軟件和系統主要有兩類：Auto CAD 系列和 GIS、遙感系列。BIM 技術提供的土方量計算方法建立在與實際地形完全吻合的 BIM 模型上，首先繪制原始地形曲面模型和設計曲面模型，這兩個空間三維曲面會產生交點并連接成線，交線即原始地形曲面與施工設計曲面的交匯線，所包圍的空間體積即為需要開挖或者填筑的土方量進而生成體積曲面。基于 BIM 技術的原始地形曲面和設計地形曲面是動態關聯的，在方案選擇階段可在模型基礎上快速進行土方的開挖和填筑實驗，準確計算土方的開挖和填筑量，從而選出最佳土方開挖方案。

3.2 在水工建筑物方面的應用

一是基于水工建筑物 BIM 模型的樞紐布置。水利工程樞紐布置的任務是確定各建筑物在平面和高程上的布置。水利樞紐布置是一項復雜的工程，不是一般性確定算法能夠解決的，而應該在工程條件的約束下，進行多種方案比選。目前的方案比選都是建立在平面圖的基礎上，需要水工專家有豐富的實踐經驗和綜合推理能力。在方案比選階段建立各水工建筑物的 BIM 模型，并結合地形的 BIM 模型形成完整的項目總體沙盤，能使決策人員直觀地了解各水工建筑物之間、各水工建筑物與周圍地形條件之間的制約關系。同時，基于參數的 BIM 模型可在空間位置任意移動，能夠實現一處更改，處處更改，使每一種決策方都成為一個完整可視的沙盤。項目比選階段的案可視化也能夠使項目參建者迅速把握關鍵項目控制點，確定施工重難點，分析資源配置合理性，為后續的施工組織設計優化調整提供決策支持。

二是BIM 模型信息的應用。一個建筑信息模型是一個單一的、完整一致的建筑信息數據庫，建立完整的項目 BIM 數據信息，使工程構件參數化，從而實現工程項目管理信息化和技術信息化。

（1）管理信息化。建筑施工過程是一項典型的協同工作，不同專業、不同職責的施工主體之間需要進行信息共享和交流，期間會產生大量信息。如果項目參建各方各自為政，將會產生信息孤島和信息斷層問題。BIM 模型包含的信息可實現工程檔案可視化、關聯化、高效率化管理，為項目建設過程中的信息交換、共享和集成化管理提供了有效平臺。按照項目進行的不同階段，可將 BIM 信息平臺劃分為三大子平臺：設計管理信息平臺、項目實施階段信息平臺和項目驗收及運維信息平臺。設計管理信息平臺包括項目建議書，可行性研究報告、初步設計 3 個階段的信息，項目實施信息平臺包括施工圖設計和施工技術交底階段的信息；項目驗收及運維信息平臺提供竣工驗收，以及項目運行維護階段的信息。因此，使用 BIM 技術建設一個項目的中央存儲庫，可徹底改變項目整個生命周期的信息管理模式。水利工程 投資大，使用年限長，人員流動大，一些隱蔽工程的信息流失嚴重，基于 BIM 技術的信息管理平臺可保證這些信息的完整性、準確性和可追溯性。

（2）技術信息化。水利工程施工條件復雜，工程量大，施工難點多，目前，我國水利工程施工技術水平普遍較低。BIM 技術作為一種對建筑物物理和功能特性進行數字描述的信息庫，BIM 模型在工程設計、施工等過程中支持多種應用，對于一個完整使用 BIM 技術的工程來說，不僅包括虛擬的三維可視化模型，也應該包括可視化的施工任務和施工順序，這些信息對于施工任務的安排以及施工進度計劃的確定將起到至關重要的作用，同時，模型包含的建筑物本身的定量信息會直接鏈接到相關的成本數據庫，對于項目建設前期的投資控制非常有利，精細度級別越高的模型，項目的成本估算越精確。

4 結語

綜上所述，水利工程建筑物選型獨特，技術復雜，設計效率低，且參建各方信息共享水平低，通過引入BIM技術建立水利工程信息模型，可有效解決這些問題。同時，基于 BIM 技術的土方量計算嚴密科學，方便修改，彌補了水利工程中傳統土方算量方法的不足，提高了土方量計算的精度和效率，并在計算土方量的同時生成地形模型，為項目的方案決策奠定了基礎。實踐證明，BIM 技術在大型水利工程的方案決策階段能提供完整、可追溯的沙盤模型，對及時發現樞紐布置不合理，防止返工，縮短工期，節約成本資源具有重要意義。

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