BIM技術在水利樞紐建設中的應用

摘" 要：隨著BIM技術的不斷發展，推動工程行業向智能建造方向發展。該文選取新疆大石門水利樞紐和黃石溝水庫大壩作為實例，從模型構建、模型應用、智能建造3個方面結合實際應用情況進行介紹，是水利施工企業BIM應用的有利嘗試，對BIM技術發展的有益推廣，可為同類推廣使用BIM技術提供參考。

關鍵詞：BIM；水利樞紐；模型構建；模型應用；智能建造

中圖分類號：TV51" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0188-05

建筑信息建模理念最早由美國學者Chuck Eastman博士于1975年提出[1]。2002年，Autodesk公司推出Revit軟件并在世界范圍推廣[2]，我國工程建設行業從2003年開始引進BIM技術[3]，歷經二十余年發展，目前BIM應用橫向已涵蓋房屋建筑、水利、市政、機械制造等領域，縱向跨越項目策劃、方案設計、招投標、施工和運營維護全周期壽命流程，豎向整合數字孿生（Digital Twin）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術，形成CIM（City Information Modeling）概念[4]，推動工程行業數字化、智能化轉型升級。與此同時，國家發布一系列BIM技術政策及BIM應用標準[5]，著重要求BIM技術的發展要考慮行業現狀及需求，向“智能建造”方向發展。

水利樞紐項目中水工建筑物相對集中且相互影響，同時涉及地質、水工、電氣等多個專業，施工組織難度大，利用“BIM+”技術可有效解決施工相互干擾、異形結構工程量計算復雜、質量控制嚴格等難點問題。本文以新疆車爾臣河大石門水利樞紐和榆林黃石溝水庫為例，介紹目前施工單位常用的、效益較高的應用點。

新疆車爾臣河大石門水利樞紐位于巴州且末縣境內的車爾臣河干流上，最大壩高128.8 m，屬大（2）型工程，大壩采用瀝青混凝土心墻壩，心墻軸線在壩軸線上游4.0 m處，上窄下寬，頂寬0.6 m，底寬1.4 m[6]。廠房左岸高邊坡開挖，設計開挖邊坡為1∶1，邊坡總高度約為144 m，設計邊坡臺階高度為10 m設一級馬道，共14級，自上而下開挖，總開挖量約191萬m3；榆林黃石溝水庫位于窟野河左岸支流黃石溝上，最大壩高97.5 m，屬Ⅲ等中型工程。大壩采用黏土心墻堆石壩[7]，總填筑量約544萬m3，大壩基礎布置有固結灌漿及帷幕灌漿。

1" 水利樞紐BIM模型構建

模型是BIM應用的基礎，選擇合適的建模軟件能夠有效提高BIM應用水平。目前常見的軟件分別是Autodesk公司、Bentely公司、Trimble公司、Dassault公司的系列BIM軟件，其相應的特性見表1。綜合考慮水利樞紐項目特征，對比了市面上的幾款主流設計工具，選用Bentley這一系列軟件來搭建模型及其相關應用。

依據設計圖紙，利用OpenBuildings Designer完成大壩、發電廠房、表孔溢洪洞和底孔泄洪洞進口閘井等結構物模型，利用OpenRoads Designer完成引水發電隧洞、交通洞、施工支洞等結構物模型，利用OpenRoads Designer完成地形及廠房左岸高邊坡開挖，利用LumenRT完成可視化處理。各建筑物布置圖及效果圖分別如圖1、圖2所示。

2" 水利樞紐BIM模型相關應用

2.1" 工程量復核

工程量計算是形成工程造價的基礎數據和重要環節，由于工程內容多、計算時間長等，如何提高計算準確度和計算效率成為關鍵問題[8]。傳統的工程計量需要花費大量的時間和精力，尤其是在處理復雜工程項目時容易出錯漏。BIM模型整合了工程項目的所有信息，可以自動從不同層次精確統計工程量，生成工程量表，滿足不同階段的成本和進度管理需求[9]。以大石門水利樞紐瀝青心墻為例，模型顯示工程量為13 862.8 m3，實際計量工程量約為14 000 m3，誤差約為0.98%，精度在1%以內，這一應用能夠幫助施工方在投標階段進行更科學地報價，同時在施工過程中能夠精細化管理、精細化施工，提高項目經營效益。再者，項目實際開挖前利用OpenRoads Designer對廠房左岸高邊坡進行“分層開挖數字建造”，計算每級開挖量如圖3所示，據此進行合理的工期、人員、設備安排，推動項目高質量生產，“提前算贏”。

2.2" 可視化

可視化是BIM技術的顯著特征之一，可將抽象的二維設計圖紙變成立體、形象的三維模型，配合進度控制可生成模塊化的生長動畫。在房屋建筑領域，通過可視化技術對給排水、強弱電、燃氣、暖通和消防等系統管線進行碰撞檢查已成為提高生產效率、減少返工的常規手段。在水利樞紐建設中，利用BIM模型可以在任何節點切割并生成所需的平面圖、剖面圖，從而更容易組織施工，減少因閱讀和理解圖紙錯誤而導致的施工錯誤。以發電廠房為例，往往存在發電機層、水輪機層、蝸殼層和尾水管層等，利用三維剖切（圖4），可準確展示該單體的各項施工內容。

動畫是BIM可視化應用的另一重要表達方式，包括施工進度模擬、工藝工序模擬、可視化技術交底等，可以對多專業工序穿插進行合理性分析，針對復雜節點、關鍵部位、關鍵工藝的模擬演示，可以使施工人員更好地掌握質量控制要點，提高施工質量。接入VR/MR等虛擬/混合現實軟件，在實際工作開展前可以沉浸式體驗預定方案的合理性、可靠性、安全性，部分項目將該項內容融入進場安全教育，效果顯著。施工方案模擬能夠對方案的關鍵線路、關鍵工序和復雜節點進行復盤、優化，在大石門水利樞紐項目建設工作中，針對大壩瀝青心墻、過渡料、堆石料的填筑施工，完成填筑碾壓方案的可視化施工動畫（圖5—圖6），開展三維技術交底，有效提高溝通效率和施工質量。

3" 水利樞紐的智能建造

3.1" 智能灌漿

黃石溝大壩基礎布置有固結灌漿及帷幕灌漿，主要工程量見表2。灌漿作為隱蔽工程，灌漿的關鍵是質量，其核心是數據的真實性、準確性、完整性和可靠性。但在實際灌漿過程中，指標容易受到人為因素的影響。為了提高灌漿施工質量的可控性，黃石溝大壩采用智能灌漿管理系統，該系統具有灌前預測、灌漿過程實時監測、自動化灌漿和灌后分析等功能，可實時透明地監控施工過程，并將準確、真實、客觀的灌漿數據記錄在實時數據庫中，給后期工程質量評價、類似工程建設施工、管理提供參考，灌漿系統如圖7所示。

智能灌漿系統分為制漿單元、灌漿單元、云平臺管理單元和污水處理單元。智能灌漿系統最大程度地降低了人工干預，提高了灌漿施工質量的可控性，同時，高度的智能自動化能很大程度上降低人員勞動強度及勞動力投入，降低施工成本，提高灌漿施工效率。智能灌漿融合了灌漿、自動控制、大數據云平臺互聯互通等先進技術，實現控制智能化、管理簡便化、施工精細化、成果可視化，使灌漿走向自動化、信息化、陽光化、可靠化、高效化及綠色環保，提升施工形象，簡化管理流程、確保施工質量[10]。

3.2" 智能碾壓

土石方碾壓是大壩建造過程中最耗時耗力的工序。傳統的碾壓是人工和簡單機械設備的高強度重復作業，操作形式單一且碾壓質量參差不齊。為滿足建設質量提升的需求，提高大壩填筑施工質量、現場施工管理水平。黃石溝水庫填筑總量為544萬m3，分三期填筑，高峰填筑量約1.3萬m3/d，為提高施工效率，采用了填筑智能碾壓系統，該智能碾壓作業系統主要由基準站、壓路機、遠程監控中心三部分組成，能夠實時動態監控大壩碾壓機械的運行軌跡，定時自動監測記錄碾壓機械的空間位置、振動力等技術參數。智能壓實監控終端現場實時監控壓實遍數、復壓度、車輛軌跡等數據（圖8），通過網絡傳輸技術，將信息數據傳輸回控制中心，控制中心可以對碾壓軌跡、速度、碾壓遍數和層厚等關鍵質量指標實現實時分析與動態反饋。通過這一實時反饋機制，能夠節省管理和施工成本，增加利潤；預防過壓或欠壓，減少返工；節能降耗，實現綠色施工；低碳經濟提高機械利用率，降低油耗；提高施工效率，減少人力；施工過程控制，降低返工風險，減少資源浪費[11]。

4" 討論

水利樞紐工程是我國的基礎性、民生性工程，具有投資大、效益高、工程建設過程復雜等特點。BIM技術目前在房屋建筑工程行業，已經發展的頗有成效，但在水利樞紐工程建設領域才剛剛起步，并且較多的應用實例還集中在勘察設計階段，在其他的工程階段BIM技術的融入還尚不成熟。本文通過大石門水利樞紐工程、黃石溝水庫在施工階段的BIM技術應用實例，從模型構建、模型應用、智能建造3個方面，探討了水利樞紐工程依托BIM技術如何逐步向數字化、信息化、智能化方向轉變，通過模型工程量提取可實現“事前算贏”；通過可視化可提前發現施工可能存在的問題、高效讀懂施工圖紙；通過施工模擬、VR/MR等手段可沉浸式體驗施工現場；利用智能灌漿、智能碾壓系統可提高生產效率、提升施工質量，降低管理成本。在水利樞紐工程的施工階段中應用BIM技術和智能施工技術，有利于提升管理效能、形成新的效益增長點。

5" 結論

本文通過新疆大石門水利樞紐和黃石溝水庫的工程實踐，系統探討了BIM技術在水利樞紐建設中的核心應用及其價值。研究表明BIM技術通過高精度建模、工程量自動復核、施工工藝可視化及方案動態模擬，顯著提升了工程設計的協同性、施工管理的精細度與資源利用效率；結合智能灌漿與智能碾壓系統，進一步實現了施工過程的可控性、數據透明化與綠色低碳化，驗證了BIM技術與智能化手段在水利工程中的綜合效益。

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Abstract： With the continuous development of BIM technology， the engineering industry is being promoted to develop in the direction of intelligent construction. This paper selects the Dashimen Water Conservancy Project and Huangshigou Reservoir Dam in Xinjiang as examples， and introduces it from three aspects： model construction， model application， and intelligent construction， combined with actual application. It is a favorable attempt to apply BIM in water conservancy construction enterprises and is beneficial to the development of BIM technology. The beneficial promotion can provide reference for the promotion and use of BIM technology in the same category.

第一作者簡介：姬咪（1994-），女，碩士，工程師。研究方向為工程技術、工程數字化、施工管理等。

*通信作者：尹俊文（1994-），男，碩士，工程師。研究方向為工程技術、工程數字化、施工管理等。