BIM技術在水利水電工程施工安全管理中的應用分析

(湖北工業大學土木建筑與環境學院，湖北 武漢 430068)

隨著我國政府部門對BIM技術的推廣以及相關政策的完善，國內的科研院所、企事業單位等BIM研究機構對BIM技術進行了大量的研究與應用，BIM技術在我國逐漸發展成熟，并開始在一些大型復雜的項目上進行應用，比如北京水立方、上海世博會、廣州周大福金融中心、武漢綠地636等項目均運用了BIM技術。BIM技術的應用當然不僅局限于這些大型的建筑項目，在水利水電工程中，BIM技術的應用同樣也會大放異彩，本文著重分析了如何利用BIM技術來提升水利水電工程施工安全管理的水平與能力。

1 BIM技術概況

BIM技術于1975年首先在美國出現并被應用于實踐，對當時的美國傳統建筑行業造成了巨大的沖擊，不僅促使了美國建筑行業人員觀念的轉變，也推動了美國建筑行業的轉型升級，在應用的過程中，產生了較大的經濟效益。后來，BIM技術逐漸擴展到歐洲、日本、韓國等國家，這些發達國家紛紛對BIM進行了大量的研究和實際應用，在工程建設中都取得了極佳的經濟與社會效益。

1.1 BIM技術在我國的發展

我國于2004年開始研究BIM技術，是由于當時美國Autodesk公司在我國推廣使用CAD產品，相比發達國家，我國BIM技術研究起步相對較晚；2004—2010年，相關研究與發展較慢，基本停留在概念了解與認識的階段；從2010年至今，BIM在我國的發展速度幾乎以指數的形式增長，尤其在2012年以后，BIM成為建筑行業的熱點[1]，國內的相關研究成果被大量地應用于工程實踐，對我國的建筑行業造成巨大的沖擊，人們逐漸開始轉變對BIM技術的認識。由于建筑行業不斷向信息化的趨勢發展，政府及相關職能部門在政策和相應規范方面出臺了一系列條文，對BIM技術的推廣與應用給予了肯定和支持。

1.2 BIM技術的本質

BIM被稱為建筑行業的“第二次革命”，但它并不是指某一個特定的軟件，它是利用計算機信息技術并結合其他的以BIM技術為理念的信息化模型[2]。常見的建筑行業BIM設計軟件有美國Autodesk公司開發的Revit軟件、英國NAVISWORKS公司開發的NAVISWORKS軟件、荷蘭Act-3D公司發布的Lumion軟件、芬蘭Tekla公司開發的Tekla軟件等[3]。關于BIM技術的本質可以理解為：它是一個完備的信息模型，采用三維建模技術將項目在全生命周期中的工程信息資源集成在一個模型中并以三維可視化的方式呈現出來，有利于工程各參與方信息資源共享。

2 水利水電工程施工安全管理現狀

2.1 水利水電工程施工特點

a.大多數的水利水電工程位于高山峽谷中，施工條件惡劣、環境狀況差，而且遠離城鄉，物資匱乏，這些因素導致其施工的難度大、成本高。

b.一般水利水電工程體量大，施工周期較長，技術復雜而且專業化要求高，有些危險性較大的工程施工問題，還需要編制專項施工方案并邀請專家論證。

c.規模較大的水利水電工程，在施工的過程中存在一些無法避免的施工安全問題，比如特級高處作業、爆破等危險性較大的作業項目。

2.2 水利水電施工安全管理存在的問題

a.安全意識不到位。管理人員與施工人員往往忽略很多施工過程中的細節問題，如堤壩底部出現的管涌、流沙、基坑滲水等問題，不及時向上級匯報與采取措施，將導致安全事故的發生。

b.沒有健全的安全管理體制，安全教育工作缺乏。缺乏完善的安全管理體制，在施工過程中，很多作業人員會按照以往的經驗與個人想法進行施工作業。此外，企業主要負責人往往忽視職工安全教育的問題，這樣就很難避免質量問題的發生。

c.安全隱患排查工作不及時。通常情況下，大部分施工企業在施工過程中將主要精力放在施工的進度與費用上，而忽略了對施工安全隱患的排查工作，這往往導致一些安全事故的發生。

d.信息化溝通不流暢。水利水電工程往往參與方眾多，彼此之間可能屬于不同的單位，施工過程中，往往只在乎己方的施工進度、安全、質量等問題，而不考慮是否影響相鄰或者后續施工人員的作業，這樣導致了各單位專業人員對很多復雜的關鍵節點任務管理難度大、溝通協調要求高、信息處理量大等問題的出現[4]。

3 BIM技術在水利水電施工安全管理中的應用分析

3.1 BIM技術應用的必要性

隨著經濟的發展以及國家對于水患問題的重視，很多大型的復雜的水利水電工程不斷涌現，其規模、數量、結構不斷擴大。水利水電工程在施工過程中變化因素多、參與方眾多、信息溝通量大、整體要求性高，傳統的CAD技術很難應對方案變更與突發情況，已經不能滿足工程實際需求，急需一種新的技術來解決這些問題。BIM技術的出現，對于上述問題帶來了新思路與新方法，其通過建立共用的信息模型，以可視化的形式展現工程實體樣貌，有助于各參與方隨時掌握水利工程的詳細進度、重難點施工部位以及易出現安全隱患的環節，能有效降低施工安全管理問題出現的概率，協調各方合作，減少安全事故的發生。

3.2 BIM技術的應用步驟

3.2.1 三維建模

BIM技術在運用的過程中，必須依靠專業的模型設計人員利用現有三維建模軟件(如Revit、Lumion、Tekla等)建立數據庫平臺，而設置該模型參數是其中最重要的一步，需要將水利水電工程參與各方的相關信息、施工整體布局、建筑布置及施工場地等信息錄入模型，并且各參與方要隨著工程的進行，不斷更新維護信息平臺上的信息，信息平臺也會給相關參與方提供接入數據庫平臺的端口，隨時掌握水利水電工程在施工過程中出現的工程變更、安全隱患部位等信息，以更加直觀的方法呈現地面變化、設計修改等效果，從而采取有效的應對措施[5]。具體操作如下：

a.模型設計人員以擬建項目標準圖、設計資料、其他要求等為基礎資料，通過整理、分析來設置模型相關參數、關聯公式等，形成具體的操作流程。

b.根據所提供的構件圖紙、操作流程圖和關聯公式等信息，模型設計人員以三維建模軟件為工具，利用計算機信息技術進行二次開發，形成對應水利水電工程數據庫平臺的基礎[6]。

c.在上述數據庫平臺的基礎上，根據地形地貌與工程擬達到的效果等，將工程各參與方的必要信息輸入模型平臺，利用模型軟件的三維操作，通過分析運算形成水利水電工程的立體模型。

3.2.2 動態模擬

在水利水電工程施工過程中，惡劣的自然環境條件嚴重威脅著項目的順利進行，如果不采取嚴謹的應對措施，甚至存在發生安全事故的可能。BIM技術可通過已建立的模型進行動態的施工模擬，通過調整參數，提前掌握施工可能會遇到的安全問題，以及施工場地的情況，滿足實際建設需求，降低安全事故發生的可能性。

3.3 BIM技術的應用效果

3.3.1 識別危險因素、劃分危險區域

在水利水電工程安全管理過程中，通過將GIS技術勘測的施工現場環境信息數據輸入到BIM數據庫平臺中，利用模型軟件的三維操作以可視化的方式呈現整個施工過程，很容易識別施工過程存在的危險因素，從而采取相應的方案，這樣可大大降低安全隱患。

利用BIM平臺對各個施工區域進行合理的劃分，各個區域標識不同的顏色，將危險系數高或影響比重大的區域重點標出，可以直觀地辨別危險區域，提前掌握這些信息，提前對施工場地作出安排，比人工現場劃分區域工作效率以及精確度等高出很多，同時也可節約時間與成本。

3.3.2 提高管理水平

應用BIM技術在建立水利水電工程模型的過程中，可匯總各參與方在設計、施工及運行階段的相關信息，通過模型的模擬操作對各個工序、作業區間進行規劃設計，合理分配施工過程中的資源配置，不僅能提高工作效率，還能有效提高水利水電工程管理水平。

3.3.3 BIM的三維碰撞檢查

在進行三維模型的設計過程中，如果出現水工金屬結構安裝線路與發電機組、通風照明等線路出現不統一的情況，將會對整個水利水電工程的施工成本和施工進度產生重要影響。而利用BIM技術可有效規避這一問題，在工程開工之前對設備、管線、工程建設等施工過程進行全面的碰撞檢查[7]，優化工程設計目標，降低錯誤的施工順序與施工方案，不僅可以促使工程的順利完成，而且能有效節約成本，加快施工進度。

4 結 語

綜上所述，BIM技術在我國的應用十分廣泛，將其應用在水利水電工程安全施工管理中，通過建立參數化建筑模型，將水利水電工程各參與方聯系在一起，通過對整個建設工程與工程施工現場進行動態的三維模擬，不僅可以識別危險因素、劃分危險區域，而且可以提前發現施工過程中的安全隱患問題，從而提升水利水電工程施工安全管理水平，相信未來BIM技術在水利水電過程中的應用將會大放異彩。