BIM+全過程咨詢管理平臺在水利工程中的探索與實踐

尤林奇，劉瑾程，肖光磊

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南省 鄭州市 450003）

0 引言

近年來，工程全過程咨詢管理模式進入工程管理高潮期。而BIM技術作為貫穿于水利工程全生命周期集成各種階段管理信息的先進技術，能夠有效地實現水利工程領域的信息集成，實現相關信息在項目規劃、設計、建設和運營的全生命周期中的有效利用，二者結合必然是將來工程管理模式創新和改革的重要方向。

目前，在已有關于二者的結合模式的理論研究和行業分析[1～23]，從國家、技術和現狀等方面進行分析，指出了發展趨勢、應用重點和難點等。此外，BIM+全過程咨詢模式在建筑行業已嘗試付諸實施[24,25]。

然而，上述應用仍在探索階段尚存在一些問題：在設計階段以BIM應用為主，未在全過程咨詢平臺中開發相應功能；在施工階段雖搭建了施工管理平臺，但各階段信息集成度不強，對于標準化程度不高的水利行業借鑒意義相對較小。基于上述探索成果和問題，本文基于西麗水庫至南山水廠工程探索和開展了BIM技術在水利行業全過程咨詢過程中的應用，搭建和應用了全過程咨詢管理平臺。

1 實踐案例

1.1 工程概況

西麗水庫至南山水廠原水管工程是為深圳市南山水廠及其擴建工程提供原水，以滿足前海合作區、后海片區及留仙洞總部基地片區未來新增用水量。本工程新建取水塔、深層隧洞和提升泵站，由西麗水庫向南山水廠提供原水，水廠供水規模為130萬m3/d，主要建設內容包括：上游西麗水庫建設岸塔式取水口1座、深層隧洞（長約5km，埋深約60～200m）、下游在南山水廠設提升泵站1座，負責全過程咨詢工作。

1.2 需求分析

1.2.1 用戶需求分析

本工程采用全過程工程咨詢模式進行管理，具有參建單位眾多、規模體量大、建設工期緊，管理協調工作量巨大，管理任務繁重等特點。在用戶需求分析過程中梳理形成項目管理組織圖（見圖1）。

圖1 項目管理組織圖Fig.ure 1 Project management organization

1.2.2 業務需求分析

決策階段：工程前期決策階段全過程咨詢業務包含總體規劃、投資估算的編制與審核、方案經濟比選、報批報建等。在平臺中需利用BIM技術實現前期信息共享、造價動態管理和方案比選管理，及時生成各類全過程造價咨詢報告和報告。

設計階段：本階段業務內容包括對設計方案的分析、咨詢和優化等。為保證設計階段信息貫通，需通過量價BIM模型有效復核工程設計階段的概預算。需基于BIM技術的可視化、協調性、模擬性及優化型及可出圖的特點，把建筑外觀形狀、顏色、尺寸、內部結構及主要設備和管道的關系真實形象地展示出來，為方案設計及優化咨詢服務提供良好的信息平臺。

招投標階段：本階段主要業務需求是基于BIM完成對招標采購過程、完成狀態和結果的管理。

施工階段：本階段咨詢主要業務內容包括對工程進度、質量、安全、資金、合同履約等方面進行綜合管理。一方面，需基于細化的施工圖BIM模型，解決碰撞問題，優化設計，降低施工難度。另一方面，基于及時更新的BIM模型搭建工程虛擬建設場景，使項目參與方通過一張圖隨時了解進度、成本、現場情況、安全和質量管理等問題。

竣工及運營階段：本工程該階段包括竣工階段結算和決算編制審核、竣工及移交管理等。

1.2.3 重難點需求分析

（1）模型數據不統一。本工程項目不同階段的BIM模型建立是由設計、各標段的施工、全過程咨詢方分別完成的，使用設計平臺各不相同，包括Autodesk Revit、Bentley、Dassault 3DExperience等各類BIM模型交付格式不統一，造成模型無法統一使用。

（2）數據孤島嚴重。在項目實施的過程中，工程不同階段數據難以互通；且不同參建方各自擁有項目管理方式和平臺，缺乏統一的管理和能夠進行傳輸轉化的接口，導致管理數據冗雜、不統一。

（3）缺乏成熟標準化平臺指導。國內針對全過程工程咨詢管理平臺所涉及的項目成功案例較少，主要在局部階段應用基礎上進行了數字化管理的探索實踐，難以在行業內全面推廣應用。

1.3 應用策劃

本咨詢平臺開發在充分調研和分析國內外現有全過程咨業務現狀和需求、充分分析本工程組織管理架構特點的基礎上，深入剖析本工程目前需求、問題和業務痛點，決定以設計、施工階段和咨詢審查功能為重點研發突破口。

在平臺搭建階段，首先根據本工程BIM標準規定各階段模型成果交付和應用要求，并基于此融合GIS信息建立工程各階段數字孿生場景；基于WebGL、中間件等技術，采用模塊化開發思路，結合需求分析結果，研發工程全生命周期咨詢管理業務相關功能模塊，注重各階段信息和全過程咨詢模塊之間基于BIM模型的信息傳遞和繼承，實現工程現場咨詢管理、分析和預警；最終基于云計算、虛擬化等技術云端部署，應用于工程現場管理。具體應用策劃的技術路線見圖2。

圖2 平臺研發技術路線Figure 2 Technology route of system development

2 系統應用

根據工程現場實際情況和需求調研分析結果，以設計階段、施工階段和咨詢審查功能為重點管理階段。

2.1 設計階段管理

在設計階段，為滿足設計階段全過程咨詢單位對設計方案的分析、咨詢和優化、方案審批等工作，需要將各階段、各方的設計模型統一納入系統平臺。根據本工程實際特點，可研階段模型為Autodesk Revit平臺的rvt模型，初設階段模型為Bentley Mircrostation平臺的dgn格式模型，項目模型咨詢成果為將初設模型導入達索3DExperience設計平臺（以下簡稱3DE平臺）后，對模型進行量測、碰撞、計算等復核的成果。

此外，基于上述A+B+C平臺設計和咨詢成果，利用多源數據融合技術[26]導入工程全過程咨詢平臺，使得參建各方基于同一平臺進行設計成果提交、咨詢和業主審查及反饋等流程。模塊功能包括設計方案、設計管理、模型圖紙批注審查等模塊（見圖3和圖4）。

圖3 BIM模型審核Figure 3 BIM model examining

圖4 圖紙審核Figure 4 Drawing examining

2.2 施工階段管理

本階段咨詢平臺主要功能包括工程進度、質量、安全、資金、合同等方面進行綜合管理，基于細化的施工圖BIM模型建立工程虛擬建設場景，使項目參與方通過一張圖隨時了解現場情況，通過BIM平臺更高效協調各方關系。

（1）工程全景駕駛艙。通過應用多源數據融合及輕量化技術，融合不同階段、不同參建方的BIM模型，結合GIS要素，最終將工程數字孿生場景展示在平臺駕駛艙中，包括工程全線樁號、重點建筑物位置和施工工作面情況，以及工程進度、質量、安全和費用總體情況。并可通過二維地質剖面圖和三維深邃管線模型聯動查看任意樁號的地質和施工情況（見圖5）。

圖5 工程一張圖全景Figure 5 One map of the whole engineering

（2）進度管理。功能基于孿生場景和傳統甘特圖聯動，包括計劃瀏覽、偏差分析、偏差趨勢、進度糾偏措施及指令等功能，可基于移動端進行快速進度上報，實現進度管理、進度錄入、上報進度日志、進度統計等（見圖6）。

圖6 進度總覽界面Figure 6 Schedule managment

（3）質量管理。根據項目劃分拆分BIM模型，通過點擊模型采集錄入或抽取工程質量管理相關數據，在線完成工程參建各方質量管理相關業務，包括質量評定、質量問題追蹤、原材料檢測跟蹤，并集成在質量管理BIM模型上，利用各項質量相關數據進行自動統計計算、自動載入調看，實現對現場質量管理的輔助決策作用（見圖7）。

圖7 基于項目劃分列表和BIM模型的質量管理Figure 7 Quality management based on project item division and BIM model

（4）安全管理。包括基于BIM的監測數據展示、危險源管理、安全檢查與整改，動態展現工程相關區域監測設施設備的位置、類型、實測數據分析結果、異常數據情況和危險源隱患分布情況。施工過程中安全管理相關資料信息進行統一歸口管理。應能滿足安全數據可視化、安全管理相關數據智能分析檢索、預警信息發布等輔助決策功能（見圖8）。

圖8 基于BIM場景顯示危險源位置及信息Figure 8 Hazard position and information based on BIM model

（5）費用管理。包括基于BIM的各工作面費用完成情況（同步不同顏色顯示超支、正常、結余）、費控數據統計、費控臺賬（根據掙值法基于項目劃分進行計算統計）等（見圖 9）。

圖9 基于BIM費用管理專題圖Figure 9 Expense management thematic map based on BIM

2.3 咨詢審查管理

咨詢審查管理模塊基于本工程全過程工程咨詢業務需求，涵蓋設計、施工階段的各項審查工作流。工程各參建方可基于平臺上傳待審資料、在線審查（文檔、圖紙和模型等）、審查和分發等。打通了各階段、不同參建方的數據流轉（見圖10）。

圖10 審查流轉信息界面Figure 10 Examining process interface

3 應用效益分析

在本平臺的應用過程中，基于各參建方多源BIM模型和GIS數據融合到同一工程場景，系統可幫助管理人員可視化了解項目情況、并基于咨詢業務功能模塊開展工程咨詢工作，目前項目已經進入施工階段，已完全實現了線上化的成果咨詢審查，截至目前，項目的11個專業共進行19輪次的審查工作，審查了包含BIM模型及圖紙、傾斜攝影資料及專題報告在內的10余個對象，咨詢單位共交付617條審查意見，相關單位共采納540條，在疫情期間順利完成了咨詢任務，保證了項目進度，提高了工程現場管理的可視化、精細化、便捷化，取得了良好的工程管理效益。

4 結論

綜上所述，本平臺在BIM+全過程咨詢模式理論研究和實際調研基礎上，基于BIM技術創新性地實踐了水利行業全過程咨詢管理平臺實現方法，融合各參建方不同格式模型到同一場景，借助BIM模型和咨詢流程打通工程各階段數據壁壘，形成全過程咨詢平臺模塊化功能在一定程度上解決了全過程咨詢項目跨階段、參建方多、數據不統一相互孤立等痛點，使全過程咨詢服務具備更合理、項目管理更高效，同時極大減少了項目溝通成本。然而，系統涉及BIM模型的功能模塊在日常推廣使用時因加載速度、操作流程等因素導致用戶使用頻率不高，后續將通過模型輕量化、引擎優化等方式提升用戶體驗。