BIM 技術在水利工程設計中的應用

莊悅鳴

（開封市汴龍勘察設計中心，河南 開封 475000）

1 BIM 技術簡述與水利工程應用

1.1 技術定義

BIM 是一款用來將工程的建造虛擬化，將工程建造信息等數據整合于一個總的數據庫中，以便工程建設的設計和建造，以及工程利益方的數據使用和監察的新興工具。我國自二十一世紀初引進BIM 技術，并在各工程建造領域積極推廣該技術的發展和使用。BIM 技術作為現階段最為先進的一項工程信息收集與管理技術，它有效地將工程建造信息在計劃、設計、施工、運行等階段的數據高效整合，方便負責人等方面的監督和管理，大大提高了工程建設的效率。

我國水利工程設計建造領域一直將引入BIM 技術進行具體建造水利當作一項重要任務和目標。因水利工程建設具有建造信息繁雜、施工環境多變、施工周期較長等工程特殊性，這也就導致了傳統的設計方式和信息跟蹤系統無法適應變化多樣的水利建造。而BIM 技術可以在這些方面彌補傳統技術的不足，并有效跟蹤水利工程自開始設計到投入運營的過程，不僅可以提升建造技術和水平，還可以降低各方面的建造成本。

1.2 技術特點

BIM 的理念核心解決的是工程效率，所以BIM 技術具有很強的可視性、協調性、真實模擬性、優化性等特點。

1.2.1 可視性

傳統的繪圖軟件的痛點是用線條表達各個構件的信息，真實構件的形狀、大小尺寸、如何應用都需要看圖者自行想象，具有很強的抽象性，對建造速度與準確性有著很大的限制。而BIM 則是將構件組合形成模型體現在三維畫面中，各部位構件都有其具體的尺寸且更形象和直觀，展示了各部分的互動性與聯系，大大縮短了將圖紙實體化想象的時間。

1.2.2 協調性

在水利工程建造設計過程中，由于涉及到的領域繁多，不同專業的設計師之間需要進行有效和及時的溝通以保證整個工程的合理設計和規劃。而傳統的工程設計環節則是各方設計自己的負責部分，缺乏及時的溝通，導致各方出現碰撞和矛盾問題，圖紙一改再改，延誤工期。BIM 可在水利工程建造前期將各專業的設計問題進行整合，之后再進行協調，最后得到最優數據，減少設計師之間的摩擦和設計沖突，減少設計階段占用的時間。

1.2.3 真實模擬性

傳統的水利工程建造因為各方面因素的影響，在大多數情況下都需要進行返工和停工，對于金錢和工期的消耗都是非常大的。BIM 在設計階段可以就材料使用、緊急情況演練等情況進行真實模擬，將所有可能情況進行預測和模擬演練，減少突發情況的損失。如水利工程施工過程中出現斷層或地面下陷等情況該如何應對才能將人員和經濟損失降到最低，用BIM 技術將情況模擬，之后討論提出解決方案，為工程的安全提供保障。[1]

1.2.4 優化性

BIM 模型提供了水利工程所存在的真實信息和數據，包括現代建筑所需要的幾何數據、物理數據、規則數據等等，因工程中各項數據的復雜、多樣程度大大超出人類的記憶學習極限，所以BIM 可以將各方數據集合進行優化和協調，將項目設計和投資預算與預期回報結合起來進行計算，使投資人或業主對于此工程項目的投入和回報有清晰的認識，更利于對工程施工的項目優化、縮減工期、節約造價成本。

2 BIM 技術應用于水利工程建設中的現實意義

2.1 工程設計和管控更加宏觀

水利工程是建造行業較為艱難和繁雜的一種工程，因為其涉及專業領域范圍廣、施工環境難度大、地理因素復雜，導致水利工程的建設困難重重且后續維護成本較高，安全隱患也比較多。所以，在工程開始施工前，利用BIM 技術將施工地的氣候、水文水資源、地形地質等重要影響因素的勘察測量信息數據整合，利于專業人員對此地的各方面情況有詳細的了解，從而使數據分析、計算工作更加順利地進行。以及BIM 的造價計算功能，為工程的設計和管理的進行提供了預算參考。BIM 技術的信息整合跟蹤功能對于水利工程施工全程甚至后續維護等工作有著很重大的作用。水利工程建設的一大困難就是信息從收集到反饋的時間長，程序復雜，利用BIM 技術將工程設計等數據信息輸入，使工程管控處理更加便利和宏觀，負責人或管理者就各方信息對工程進行監控。

2.2 施工建設信息流通便利

在水利工程的建設中，從工程模型設計到最后投入運營甚至是后續的問題解決都需要信息的順暢流通。在設計中需要協調專家學者、項目負責人、投資方等利益相關者的要求與建議，以保證水利工程的合理性與可行性，BIM技術將理想工程虛擬為模型圖紙，模擬工程建造的實際狀態，有利于減少溝通步驟和多方考慮成本。在切實投入至施工后，突發狀況與工程進度也是需要實時反饋至管理方，以便進行有效的管理和問題解決。后續的維護與建設也需要BIM 的檢驗錯誤功能，以減少返工率。使用BIM 可以將工程標準化、數據化，使信息流通便利，更加利于管理。

2.3 減少經濟成本與時間成本，獲得更多經濟效益

水利工程因為其工期長、變化因素多，往往需要消耗大量的金錢和時間資源，而對于一項工程而言，越早投入運營則經濟收益越大，所以BIM 技術針對這些問題提供了解決方案，在動工前召集設計方、施工方、材料供應商、監管方、投資方等方面構造一個虛擬的BIM 模型，這個模型即最后的竣工模型，各方根據模型各司其職進行工作，減少了設計圖紙修改頻率，使得材料使用更加精準，減少了材料和人力、物力的浪費，從而縮減工期，節約建造成本。[2]在此條件下，水利工程建造時間縮短，便更早投入運營階段，將方案變現，獲取經濟效益。

3 BIM 技術在水利工程設計中的應用措施

3.1 避開技術誤區，精準創建模型

BIM 技術將工程中的設計環節貫穿至整個工程，從工程雛形的出現到材料的使用、工人的施工方向與工期、最終呈現的效果、建造需要的預算等等。首先自然是要明確BIM 技術到底是如何應用，或指說如何應用可以發揮其最大作用。其次則是將二維圖紙的工程設計以三維立體的模型方式呈現，其中的模型組成部分零件都有自己的具體尺寸，加之所有數據都被設置參數方便數據的修改，根據實地情況對數據進行調整，保證數據信息的準確，從而使模型更加準確和真實。將設計者的核心設計思想如何精準地體現在模型上是一個非常重要的過程，這決定著工程的成功與否，更遑論對數據要求甚是嚴謹的水利工程。所以將模型信息完整表達也是BIM 技術的一個亮點之處。其將三維模型的各項數據優化、調整后又以簡單的形式反射回二維圖紙，不同的企業可以根據自身的特點調整BIM 模型設計和模板，使BIM 模板創建更加精準。

3.2 構建技術框架，保證工程的實施

模型創建完成后，需要對模型各部分零件的尺寸進行進一步的測量和計算，保證誤差在標準線之內。BIM 技術并不是一款軟件或模型制作，而是一種新興技術，包括數據整合、模型創建等功能，所以需要具有專業相關操作知識的人員為工程的建造搭建完整的技術框架，以保證工程的順利實施。BIM 技術的各項功能都應穩定扎實地進行操作，例如模型與圖紙的一致性，傳統軟件如AutoCAD 和Sketchup 等畫圖功能常常不能將圖紙內容反射到模型上，圖紙與模型尺寸等內容對不上是常態。而BIM 的應用可以解決這一問題，就需要熟練掌握此技術的高級人才來進行操作，且在每一環都要精準操作，嚴謹對比，才能將整個技術框架支撐起來，使工程施工的難度大大降低，減少時間、精力與金錢的消耗。

3.3 信息表達與繪制輪廓

BIM 的模型信息表達是非常重要的一環，若是信息數據出現偏差就會導致整個工程的停滯不前和巨大損失。當工程信息和整體輪廓以三維模型形式呈現時，其小到出水口尺寸，大到整體輪廓框架信息都要準確地呈現，這對工作人員的專業知識素養和技術應用水平有著很高的要求，BIM技術應用熟練可以大大減輕工程難度，但出現錯誤就會造成不可挽回的巨大損失。在工程的信息表達中，尺寸、建造周期、建造費用、生命周期等都是需要進行計算和分析的，重點是如何將信息真實反饋到圖紙上。所以就需要BIM 技術中的信息計算功能將信息準確反映到具體施工圖紙上，保證提供審查的圖紙的工程部分是準確可行且完整的，因此，提供準確的模型給繪圖師可以得出明確的施工圖紙，快速描繪輪廓。[3]

4 結語

BIM 技術的廣泛應用寓意著我國工程建設水平的進一步的提升，廣泛應用BIM 技術于水利工程中也是順應信息化時代潮流的正確舉措。通過對BIM 技術的詳細了解，明晰BIM 技術在水利工程建設中的重要現實作用，探索BIM 技術在水利工程中的應用都會給我國水利工程的發展帶來一次顛覆性的改革。根據以上內容，水利工程建設應用BIM技術會大大提高施工效率、完善信息管控、降低工程成本、獲得經濟效益，有利于我國水利工程的健康發展。