BIM 技術在海曙區內河水體調控工程中的應用分析

呂家樹，徐 浩，廖銘新，吳 浩

（1．寧波市河道管理中心，浙江 寧波 315000；2.寧波市水利水電規劃設計研究院，浙江 寧波 315000）

隨著信息科技的快速發展，工程建設已邁入數字化、智能化時代。BIM 作為信息技術在建筑行業已有較長的應用歷史，但與發達國家相比，我國BIM 技術的應用仍處于“初級探索階段”，在水利行業中仍存在較大的發展空間。

1 工程基本情況

2019 年10 月21 日，寧波市發展和改革委員會復函同意海曙區內河水體調控工程——屠家沿翻水站初步設計（甬發改審批〔2019〕443 號），概算投資4407.78 萬元，工程項目主體包括屠家沿翻水泵站與廟后河節制閘2 部分。該工程的主要任務為通過增加生態引水、澇水外排和工程集中控制，達到改善城區內河水體質量、增強排澇能力和美化河道景觀的目的。工程主要內容包括改擴建屠家沿泵站（雙向翻水5 m3/s）及新建臨時泵站（1.5 m3/s）；新建廟后河閘凈寬20 m；此外，新建泵房和海曙調控調度中心，總建筑面積為818 m2，其中調控中心建筑面積為336 m2，泵房建筑面積為482 m2。

本工程涉及專業較多，施工地點位于中心城區，場地狹小，地下管線密集，周邊設施產權復雜，且與其他工程存在交叉，因此管理對象眾多，數據量龐大，綜合管理難度較大。基于此，有必要通過信息技術加強工程項目管理提升水利工程項目虛擬建造及精細化管控水平，實現各參建方在工程項目全生命周期中的數據共享和協同配合。

2 BIM 的基本概念及應用實施模式

2.1 BIM 的定義

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術，是指建設工程的物理特征和功能特性等信息的數字化集成，是一種應用于工程設計、建造和管理的數據化工具，具有可視化、參數化、仿真性和信息完備性等優勢[1]。BIM 作為一個共享的知識資源，可以共享某一設施的信息，為該設施從規劃到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程[2]。通過對建筑的數據化、信息化模型整合，在工程規劃、建設和運維的過程中，工程技術人員可以快速獲取各種建筑的信息并作出有效應對，為各參建主體提供協同工作平臺，在提高生產效率和成本工期優化等方面發揮重要作用[3]。

2.2 BIM 的應用實施模式

BIM 實施模式主要分為建設單位BIM 實施模式和承包商BIM 實施模式2 種。建設單位BIM 實施模式是指由建設單位設立內部專業的BIM 實施團隊并主導BIM 應用實施，推進各方協同采用BIM 技術，實現項目的BIM 技術應用；承包商BIM 實施模式是指通過建設單位委托第三方單位開展BIM 技術應用，以輔助項目建設與管理。

2 種BIM 實施模式優缺點見表1。

表1 實施架構對比表

海曙區內河水體調控工程建設單位為寧波市河道管理中心，建設管理人員少、任務重，無條件成立專職團隊，同時參與單位包括設計院、施工單位、安裝、監理和審計，由于各單位暫無完善且統一的BIM 應用標準，且應用水平參差不齊，為便于BIM 應用協調，本項目采用承包商BIM 實施模式。典型承包商BIM 實施模式的架構如圖1 所示。

圖1 典型承包商BIM 實施模式的架構圖

3 BIM 技術在工程中的應用情況

3.1 BIM 應用項目選擇

本項目BIM 應用階段包括施工圖設計階段、施工階段和運維階段，通過與各參建方交流討論，結合本水利工程的項目特點，選定具有工程管理意義的應用點開展BIM 技術應用，如預制構件加工、施工放樣、面積統計和施工漫游等并增加了施工場地航拍VR 全景展示。本項目已實現的BIM 應用項目見表2。

表2 BIM 應用統計表

3.2 設計階段的應用

過去的水利工程三維動畫或工程效果圖往往通過精美的畫面達到宣傳展示作用，缺少在工程設計上的應用[4]。而BIM 技術可以使傳統二維圖紙以三維模型的方式呈現出來，極大地加深了施工人員對于圖紙的理解。在本工程設計階段，通過BIM 技術中的模型構件碰撞檢查及三維管線綜合、豎向凈空優化和虛擬仿真漫游等功能輔助施工圖設計及審查，收效顯著。設計人員將各專業的模型整合至同一項目文件中，通過剖切生成平面、立面和剖面等二維圖紙。通過核對各專業模型構件在平面、立面和剖面的位置，設計人員可以判斷設計是否存在誤差，從而消除不同專業分工設計中容易出現的不統一和碰撞等錯誤。屠家沿BIM 模型如圖2 所示。

圖2 屠家沿BIM 模型

本項目實現了“機電+水工”“建筑+結構”“機電+結構”和“水工與結構”4 組模型碰撞分析，根據碰撞結果對設計專業配合程度進行了判斷和分析，在剔除筆誤及非關鍵性錯誤后，發現屠家沿翻水泵站設計存在8處碰撞，廟后閘存在4 處碰撞，室外管線BIM 模型如圖3 所示。通過對各專業圖紙進行統一校核后發現了諸如橫梁結構平剖面之間不配套、樁長與設計說明不統一等問題，并根據審查結果提出優化建議，形成《海曙區內河水體調控工程BIM 技術咨詢報告》，根據報告修改調整了相關圖紙，截至目前項目主體已基本施工完成，施工階段未發生因設計錯誤而導致不必要的設計變更。

圖3 屠家沿室外管線BIM 模型

3.3 施工階段的應用

3.3.1 施工組織優化

通過BIM 技術可以使施工人員了解在建工程全貌、結構形式和采用的施工工藝、工程進度等。基于BIM 的施工模擬可以展現施工場地布置情況，為項目管理人員規劃組織物料進出場順序和施工工序銜接提供重要參考。本工程在施工組織方案編制階段，運用BIM 模型進行施工總平面布置，從而優化機械進出場線路及材料堆場定位，及時發現施工過程中可能存在的碰撞問題。在項目建設前期協調不同專業的施工沖突問題，以此進行資源配置和時序調節，減少施工中不必要的資源浪費和工期損失。

本工程在施工前期利用BIM 模型，進行了施工進度模擬，針對本工程中的重難點即廟后河閘基坑施工方案，進行了施工工序模擬，將傳統的施工進度計劃與三維BIM 模型進行融合形成BIM4D 模型，以4D 施工仿真模擬的形式直觀地體現施工過程，使管理人員可以清晰地了解整個工程進度安排，為參建各方提供了施工計劃的討論平臺。此外，基于BIM 的施工進度模擬可以使施工人員及時找出每個施工環節的重點和難點，從而制訂出合理可行的進度計劃，保證整個工程實施過程中人力、物力和機械安全的合理性[5]。此方式相較于傳統橫道圖、進度計劃表，更全面和直觀地反應項目的施工工序的先后關系，但受限于BIM 應用軟件，現階段僅實現了對于施工過程的展示，難以結合施工布置融入理論計算，無法實現模擬過程中對模擬內容進行計算復核，如施工模板施工空間是否充足、施工機械布置是否沖突，均無法通過BIM 軟件直接分析，致使施工計劃模擬的效果過于依賴BIM 實施人員的自身施工經驗及對項目的了解程度。在工程建設過程中，本項目開發了一種針對施工荷載及機械的三維模擬系統，該系統可以根據設計要求設置荷載及施工道路，通過對施工機械運動模式的模擬，驗證施工方案的合理性。

3.3.2 施工安全管理

海曙區內河水體調控工程位于城市中心，施工人員所處的平臺空間有限、人員密集，建設期間面臨諸多安全隱患。常規的安全管理以現場培訓和監督為主，管理起來難度較大，為便于參建各方查詢使用BIM 咨詢成果，本工程推出了模型輕量化展示平臺，主要包含BIM 模型加載、三維空間測量等核心功能模塊，使用者只需掃碼登陸即可在網頁端、移動端查看模型及工程信息。

針對危險源管控和隱患排查治理，項目部可以通過移動端、網頁端輕量化平臺建立起“識別危險因素→劃分危險區域→施工安全監控”的立體安全監控管理體系[4]，項目法人召集各參建方定期召開安全生產例會及安全技術交底會議中對現場相關工作進行詳細部署，同時根據現場管理反饋的問題優化模型。

3.3.3 進度投資管理

BIM 技術在進度投資管理中的應用較為成熟，可以綜合相關的項目進度、成本等，利用三維模型對各個施工階段的材料、勞務及設備等需用量進行計算、模擬和優化，使建立的各種需求計劃更加科學、合理，從而形成相應的項目成本計劃，讓工程建設的成本管理和控制更加精細化。

本項目根據工程實際進度，由管理人員定期更新相關參數，在模型中自動計算工程量并及時統計工程施工中的材料消耗、機械結算等內容，分析比較實際成本與預算成本之間的差異，使成本實現動態分析與控制，在保證工程施工質量和效率的同時，降低工程成本，節約工程投資[6]。工程量復核計算的應用為項目跟蹤審計提供計算參考，審計人員結合BIM 模型對照工程現場，快速提取所需要的工程量，便于審計復核工程完成情況，也提高了項目工程量計算效率。但由于受限于商業BIM 軟件對于水利工程的支持程度不高，BIM模型計算的工程量無法準確給出與審計完全對應的項目造價編碼，導致審計人員需要再提取BIM 模型工程量后進行手動對比分析。

3.4 運維階段的應用

水利標準化的要求隨著技術日益完善而不斷提高，寧波市河道中心在閘泵標準化生產中推進運維制度化、元素化和信息化，BIM 技術在工程項目建成移交運維的過程中為其提供了有力地支撐。BIM 模型不僅是一個空間模型的三維體現，更是一個數據信息的載體，每個模型構件蘊含有幾何尺寸、位置信息、安裝工藝、生產廠家和價格等信息。施工完成后，可以通過BIM 模型及時了解構件和設備的運行情況并進行遠程監控。當后期出現問題時，可以調用BIM 模型來顯示問題的數據和信息，以便于維護和管理。

4 結束語

BIM 作為工程信息化、數字化的表達，擁有三維可視化、管理協同性、虛擬模擬性和建設優化性等特點。其包含了工程項目建設全生命周期的所有信息，在設計階段、施工階段和運維階段發揮著巨大作用，使決策者提高決策效率，優化項目投資，減少建設工期及成本。通過本次BIM 技術在海曙區內河水體調控工程的應用，得到如下啟示。

1）參建單位應及時抓住BIM 介入項目的最佳時機。BIM 技術的優勢主要體現在：第一，在施工前構建BIM 模型可提前發現并解決設計中可能出現的問題，從而減少返工及材料浪費。第二，可以將各種工程信息集成到基于BIM 模型的建管平臺中，形成穩定的在線管理系統。因此，BIM 技術應用越早，規則制定越完整，其應用價值就越高。如果項目已經建成，許多BIM 應用將錯過最佳應用時機；如果介入遲緩，將導致BIM 的應用價值沒有明顯體現，使得項目其他成員對BIM 的應用意義產生疑問，影響BIM 在工程應用中的推行。

2）數據交流協同管理是未來水利工程項目建設的必然要求。協同管理平臺和多樣化智能化建設手段的運用，為水利工程建設和管理帶來更多可能，這將成為現階段乃至未來BIM 工作的重要組成部分，在提高工作效率、節約時間成本和增強各方聯動等方面具有顯著效果。

3）BIM 技術有助于加強信息化交流與管控，極大地提高了施工的效率和水平。通過BIM 技術在工程數據統計、進度款結算審計中的應用，可以實現施工組織的優化和安全生產管理，但仍需結合施工企業的應用需求進行深入探索，BIM 在本工程運維階段的研究也將持續推進。