數(shù)字化創(chuàng)新提高建設(shè)項(xiàng)目全生命周期管理效率

文｜江濤 李成

BIM 是建筑信息模型的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是指全壽命期工程項(xiàng)目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數(shù)字化表達(dá)。它不是簡(jiǎn)單地將數(shù)字信息進(jìn)行集成，而是通過(guò)信息的集成，更深化的統(tǒng)籌應(yīng)用數(shù)字信息，它支持規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程應(yīng)用數(shù)字模型。

在水利工程中引入BIM 技術(shù)，不僅僅是對(duì)原有施工管理方式的一種創(chuàng)新，還是提高水利工程施工質(zhì)量和施工效率的有效手段，可以更加有效的指導(dǎo)具體施工過(guò)程并提高施工管理水平，是當(dāng)前工程建設(shè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維管理方式具有信息流通滯后、查閱困難、二維圖紙直觀(guān)性差、工程量核算效率低、出錯(cuò)率高、工程款認(rèn)定支付周期長(zhǎng)、進(jìn)度計(jì)劃管理滯后、偏差大、質(zhì)量、安全管理科學(xué)性低、運(yùn)維管理效率低等問(wèn)題，已經(jīng)難以滿(mǎn)足行業(yè)信息化飛快發(fā)展的要求。

BIM 技術(shù)推動(dòng)建設(shè)項(xiàng)目提質(zhì)增效

中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)組織成立了水利水電BIM 設(shè)計(jì)聯(lián)盟，并已發(fā)布了水利水電工程信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)、信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等。在《中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)2019 年工作要點(diǎn)》中，明確提出“以BIM 為依托，提升行業(yè)信息化水平”“加強(qiáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)BIM 標(biāo)準(zhǔn)的編制，研究施工和運(yùn)行管理BIM 標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)制定全生命周期BIM 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)”“推動(dòng)BIM技術(shù)在水利水電行業(yè)信息化發(fā)展中的應(yīng)用，加快BIM 技術(shù)的自主創(chuàng)新和工程實(shí)踐”。

2018 年9 月，貴州省發(fā)布《關(guān)于印發(fā)<貴州省水利工程質(zhì)量提升實(shí)施方案>的通知（黔水黨[2018]94 號(hào)）》文件，明確提出了BIM 技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用要加快推進(jìn)，促成在全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)信息的共享，提高數(shù)據(jù)信息化管理，以便對(duì)項(xiàng)目策劃方案進(jìn)行優(yōu)化，為項(xiàng)目實(shí)施方案的科學(xué)決策提供依據(jù)，從而不斷促進(jìn)水利工程建設(shè)項(xiàng)目提質(zhì)增效。

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)為解決傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的不足和局限性提供了方案，同時(shí)可為水利水電工程領(lǐng)域施工環(huán)境多變、施工難度大、施工強(qiáng)度高的項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用提供一種解決方案。BIM 技術(shù)的核心是通過(guò)建立包含建筑物真實(shí)信息的三維建筑信息模型，以信息模型為基礎(chǔ)，可對(duì)工程項(xiàng)目功能特性及三維實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，使得建設(shè)項(xiàng)目不同階段的不同參與方都可以在這個(gè)信息模型中獲取所需的信息，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的信息高效共享，提高建設(shè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的管理效率，從而加快工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，減少工程成本，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。BIM 技術(shù)基于三維可視化、參數(shù)化建模、組織協(xié)同、數(shù)據(jù)集成等功能，為工程項(xiàng)目的建設(shè)管理提供了全新的方式。

圖1 碾壓混凝土大壩BIM 設(shè)計(jì)圖

圖2 溢流表孔設(shè)計(jì)圖

以都勻市大河水庫(kù)工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目是貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司承接的項(xiàng)目管理總承包項(xiàng)目。水庫(kù)總庫(kù)容4376 萬(wàn)m3，工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型，工程總投資9 億多元。工程由大壩樞紐、供水工程兩部分組成。大壩樞紐主要建設(shè)內(nèi)容有碾壓混凝土雙曲拱壩、廊道，壩頂自由溢流表孔、沖砂底孔、護(hù)坦、取水口等。大壩最大壩高為105 米。

本項(xiàng)目在前期設(shè)計(jì)階段已成功應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了水工、機(jī)電、金結(jié)、施工等專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同。

統(tǒng)籌策劃 優(yōu)化工期

項(xiàng)目應(yīng)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工階段的深化應(yīng)用。地形模型建立，采用GEOPAK Site 生成地形模型，然后進(jìn)行后期的工程設(shè)計(jì)，如土方開(kāi)挖、道路設(shè)計(jì)以及場(chǎng)地平整等。同時(shí)，對(duì)工程的排水系統(tǒng)、道路系統(tǒng)進(jìn)行提前策劃布局，對(duì)其他臨建設(shè)施如塔吊、起重機(jī)等施工元素的布置根據(jù)施工進(jìn)度提前進(jìn)行統(tǒng)籌策劃。

場(chǎng)地動(dòng)態(tài)管理方面，根據(jù)施工各階段特點(diǎn)，可對(duì)場(chǎng)內(nèi)布置提前進(jìn)行方案策劃，并做方案推演，以便得到最優(yōu)的場(chǎng)地布置實(shí)施方案，使得場(chǎng)地使用效率得到實(shí)質(zhì)性地提高，二次布置導(dǎo)致的費(fèi)用增加得到一定程度的減少。

施工工藝流程模擬。大河水庫(kù)工程碾壓混凝土壩，澆筑上層混凝土前，先在下層鋪筑一層砂漿，然后采取不同運(yùn)輸方案運(yùn)輸混凝土入倉(cāng)。平倉(cāng)機(jī)（推土機(jī)）將料進(jìn)行均勻攤鋪，振動(dòng)壓實(shí)機(jī)（壓路機(jī)）對(duì)料按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行壓實(shí)。振動(dòng)切縫機(jī)對(duì)位擬切縫位置，切縫至設(shè)計(jì)深度。切縫完成后，振動(dòng)壓實(shí)機(jī)再沿切縫部位無(wú)振碾壓兩遍。

圖3 大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖三維設(shè)計(jì)圖

圖4 樞紐區(qū)場(chǎng)地布置

模擬仿真 控制成本

在工程施工時(shí)，尤其對(duì)于水利工程項(xiàng)目，需要合理安排枯水期施工、豐水期排水，水利工程基本上都是在趕工期，與時(shí)間賽跑，在這有限的時(shí)間內(nèi)，怎樣合理安排進(jìn)度，關(guān)系到整個(gè)工程的完工時(shí)間和成本。通過(guò)BIM 技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)際的工程模型來(lái)監(jiān)督工程進(jìn)度，對(duì)于安排不合理的部分，可以在不影響整個(gè)工程進(jìn)度及自身安排的前提下，合理調(diào)整該部分的進(jìn)度。同時(shí)，BIM 技術(shù)也可以解決多個(gè)工作面交叉施工的問(wèn)題，BIM 模型經(jīng)過(guò)施工過(guò)程精細(xì)化處理后與施工進(jìn)度計(jì)劃信息相關(guān)聯(lián)，以此將三維空間信息與時(shí)間信息進(jìn)行整合，從而可以更直觀(guān)、精確的在一個(gè)可視的4D 模型中得到整個(gè)工程工作面的施工全過(guò)程。

大河水庫(kù)碾壓混凝土大壩施工進(jìn)度模擬，根據(jù)碾壓混凝土大壩的施工特點(diǎn)進(jìn)行模型的建立，進(jìn)度模擬每倉(cāng)澆筑時(shí)間為13 天每倉(cāng)。首先根據(jù)大壩高程對(duì)大壩進(jìn)行分倉(cāng)，大河水庫(kù)碾壓混凝土大壩壩高為103m，把大壩分為35 倉(cāng)，在施工進(jìn)度模擬進(jìn)行之前首先就要按照大壩分倉(cāng)圖進(jìn)行模型的建立，然后進(jìn)行大河水庫(kù)碾壓混凝土大壩的模擬。

本工程基于公司在項(xiàng)目管理總承包業(yè)務(wù)的工作范圍、工作內(nèi)容和深度，結(jié)合二維碼管理系統(tǒng)、虛擬全景瀏覽技術(shù)、Web 端和手機(jī)端的模型瀏覽器等技術(shù)，將BIM 技術(shù)與采購(gòu)管理、技術(shù)管理、質(zhì)量管理、環(huán)境和職業(yè)健康安全管理、費(fèi)用管理、檔案管理、溝通管理、品牌建設(shè)等進(jìn)行了深度融合。

BIM 技術(shù)在實(shí)施階段中的應(yīng)用目前已經(jīng)較為成熟，從推廣應(yīng)用層面，要能更加扎實(shí)推進(jìn)BIM 解決實(shí)際施工問(wèn)題，提高施工管理水平，推進(jìn)施工階段的深化應(yīng)用。

圖5 碾壓混凝土倉(cāng)面施工工藝流程圖

圖6 斜層攤鋪、碾壓工藝

圖7 樞紐區(qū)施工4D 模擬三維成果圖

在采購(gòu)、施工等階段運(yùn)用BIM 技術(shù)協(xié)調(diào)項(xiàng)目參建各方，提高工程建設(shè)整體管理水平，研發(fā)基于BIM+GIS 的水利水電工程建設(shè)和運(yùn)維管理平臺(tái)，開(kāi)展典型工程應(yīng)用示范，與已有的BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用等方面是今后一段時(shí)間研究的重點(diǎn)。