基于BIM技術的水利水電工程施工管理體系研究

中圖分類號：TV51 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0185-04

Abstract：Withthecontinuousexpansionofthescaleofwaterconservancyandhydropowerprojectsandthecontinuous improvementof technicalrequirements，traditionalconstructionmanagementmodelshavebeenunabletomeetheneedsof modernprojects.Byanalyzing thecurrntsituationanddiffcultiesofconstructionmanagementofwaterconservancyand hydropowerprojects，thispaperdiscussestheaplicationadvantagesofBMtechnologyinwaterconservancyandhydropower projects，describesindetailthespecificimplementationmethodsofBMtechnologyinconstructionmanagement，anddemostrates itsaplictionefectsinconstructionschedulesimulationandoptimization，resourcealocationandcoordinatedmanagement throughactualprojectcases，inordertoprovidenewideasandtechnicalreferencefortheconstructionmanagementof water conservancy and hydropower projects.

Keywords：BIMtechnology;waterconservancyandhydropowerenginering;constructionmanagement;informationintegration; intelligence

隨著水利水電工程規模的不斷擴大和技術復雜性的增加，傳統的施工管理模式已難以滿足現代工程項目精細化管理的需求。施工過程中存在的信息孤島、資源協調困難等問題，直接影響了工程質量和施工進度。近年來，建筑信息模型（Building Infor-mationModeling，BIM）技術作為一種先進的信息化管理工具，在建筑工程領域得到了廣泛應用，但在水利水電工程中的應用尚處于起步階段。BIM技術通過三維建模、數據集成與共享等手段，為工程項目提供了全方位的信息支持，有助于實現施工過程的可視化、模擬化和優化管理。在水利水電工程施工管理中，BIM技術的應用不僅能夠提高施工效率，還能有效控制成本、保證施工質量與安全。因此，探討基于BIM技術的水利水電工程施工管理體系具有重要意義。本文旨在探討BIM技術在水利水電工程施工管理中的應用，以期為水利水電工程的現代化管理提供參考和借鑒。

1水利水電工程施工管理難點與BIM應用優勢

1.1 水利水電工程施工管理現狀

隨著工程項目規模的不斷擴大和技術要求的日益提高，傳統的管理模式已難以滿足高效、安全、環保的要求。現代水利水電工程普遍采用了項目管理軟件和數字化工具來提升管理水平，例如利用BIM技術進行精細化管理，通過物聯網（IoT）監控施工質量和進度，借助大數據分析預測潛在風險。綠色施工理念也被廣泛推廣，力求在保證工程質量的同時，減少對環境的影響。然而，盡管有這些進步，人才短缺、資金壓力和技術更新換代仍是制約施工管理進一步發展的主要因素。

1.2水利水電工程施工管理難點

水利水電工程施工管理面臨諸多難點，包括： ① 復雜的自然地理條件帶來的施工難度，如高山峽谷、地質不穩定等； ② 大型項目的多階段性和長期性導致的成本控制與工期管理困難； ③ 多學科交叉作業所需的高水平協調與溝通機制建立不易； ④ 施工過程中環境保護與生態平衡維護的壓力； ⑤ 技術更新快與專業人才短缺之間的矛盾； ⑥ 應對突發性自然災害的風險，確保施工安全與工程質量[]。

1.3BIM技術在水利水電工程中的應用優勢

BIM技術在水利水電工程中的應用優勢顯著，不僅提供了三維可視化模型，還整合了工程全生命周期的信息數據，使得設計更加直觀和精確。通過模擬施工過程，BIM有助于提前發現并解決潛在的設計沖突，優化施工方案，減少返工。BIM還能有效促進各參與方之間的協作與溝通，實現資源的合理調配，從而加快施工進度。在成本控制方面，BIM通過精確預算和材料管理降低了不必要的開支。更重要的是，BIM支持可持續設計理念，有助于評估和改善項目的環境影響，確保水利水電工程的質量與安全。

2BIM技術在水利水電工程施工管理中的應用2.1BIM技術在水利水電工程施工管理中的應用需求

BIM技術在水利水電工程施工管理中的應用需求主要體現在多個層面，包含設計、施工、運維等多個階段。在設計階段，由于水利水電工程涉及復雜的地形地貌、水文地質條件，需要精準的設計方案以確保工程的安全性和功能性。BIM通過創建詳細的三維模型，可以直觀展示設計意圖，并進行碰撞檢測，減少設計錯誤和變更，提升設計質量。在施工階段，BIM能夠幫助制定詳盡的施工計劃和資源配置方案，通過模擬施工流程，提前預演可能遇到的問題，如施工順序不合理、材料供應不足等，從而優化施工組織設計，確保施工進度和成本控制。同時，BIM平臺支持多方協作，增強了施工單位、設計單位、監理單位之間的溝通效率，減少了信息不對稱帶來的問題。在運維階段，BIM模型作為設施管理的重要工具，可以提供完整的資產信息，包括設備的位置、規格、維護記錄等，有助于提高運維效率，降低運營成本2。BIM還可以輔助進行能耗分析、應急預案制定等工作，使水利工程的管理更加科學化、精細化。

2.2BIM技術在水利水電工程施工管理中的應用方法

2.2.1 BIM模型的建立與維護

在水利水電工程施工管理中，基于項目的設計圖紙和規范標準，使用專業的BIM軟件（如Revit、Archi-CAD等）構建三維幾何模型，并在此基礎上添加各類非幾何屬性信息，如材料特性、構件功能、成本估算等，形成一個包含完整信息的數字模型，具體如圖1所示。

此階段要確保數據的準確性和完整性，以便后續使用。在施工準備階段，應利用BIM模型進行施工模擬，通過虛擬建造來優化施工方案，檢查潛在的設計沖突或施工障礙。在施工過程中，實時更新模型以反映實際建設情況，如施工進度、物料消耗等，確保模型與施工現場的一致性。

為了保證BIM模型的有效維護，需定期檢查模型數據的時效性和準確性，及時錄入新產生的數據，如隱蔽工程驗收記錄、質量檢驗報告等。同時，建立一套完整的BIM管理流程和標準，確保所有參與者都能按照統一的標準操作，促進信息共享，減少因信息孤島導致的問題。還需要培訓相關人員掌握BIM工具的使用技巧，提升團隊整體的信息化管理水平，確保BIM技術在水利水電工程中的成功應用。

2.2.2 施工進度計劃的模擬與優化

在水利水電工程施工管理中，將施工進度計劃導入到BIM模型中，具體方法如圖2所示。

通過關聯模型中的構件與施工活動，將時間維度與三維空間相結合，形成4D（ 3 D+T i m e ）模型。這一過程通常從將施工任務細化成一系列可管理的小工作包開始，并為每個工作包指定開始時間和結束時間。通過這種方式，可以將施工進度計劃與BIM模型中的具體構件和區域對應起來，形成一個動態的時間-空間模型。具體實施時，需要在BIM軟件中輸入施工活動的詳細信息，包括每項活動的預計工期、所需的資源類型和數量，以及與其他活動之間的邏輯關系（如前置任務、后置任務）。然后，使用BIM軟件內置的時間線工具或者第三方插件（如NavisworksManage），模擬整個施工過程。在這個過程中，可以調整各項活動的順序和持續時間，以識別潛在的延誤點或瓶頸。通過分析這些瓶頸，可以采用數學方法計算最優路徑，比如使用關鍵路徑法（CriticalPathMethod，CPM），找到決定總工期的關鍵路徑。CPM的核心思想是確定所有任務中最長的持續時間序列，即關鍵路徑。關鍵路徑的計算公式可以表示為

式中： 表示整個項目的預計完成時間， 表示第 i 個關鍵任務的持續時間。

2.2.3 資源配置與協調管理

在水利水電工程施工管理中，BIM技術在資源配置與協調管理方面的應用至關重要，具體流程如圖3所示。

首先，需要在BIM平臺上為每一個施工活動分配相應的資源，包括人力、材料、機械設備等。例如，可以將特定數量的混凝土、鋼筋等材料與相應的建筑構件關聯起來，并根據施工進度計劃動態調整資源的需求量。這樣做的目的是確保每一項施工活動都能夠獲得所需的資源，并且在實際施工中不會出現資源短缺或過剩的情況。為了優化資源配置，可以采用資源負荷圖（ResourceHistogram）來直觀顯示不同時間段內各種資源的需求狀況。資源負荷圖是一種圖表形式，用于顯示項目中每種資源在各個時間點上的需求量。資源負荷圖的計算公式為

式中： 表示在時間 的資源需求總量， 是第 i 項任務的資源需求量，而 則表示該任務在時間 的使用率。通過分析資源負荷圖，可以發現資源過度集中或閑置的情況，進而調整施工計劃，確保資源的均衡使用。除了資源配置外，BIM平臺還支持多方協作管理。通過實時更新的數據，確保各參建單位之間信息同步，避免信息孤島現象，提高溝通效率。項目管理者可以通過BIM平臺發布通知、審批變更請求，并跟蹤反饋，確保所有變更都能得到及時處理。BIM平臺還可以用于記錄施工過程中的各種變更信息，包括設計變更、材料變更等，便于后期審計和追溯4。在施工過程中，如果需要調整施工計劃或資源分配，BIM平臺可以迅速反映這些變化，并重新生成資源負荷圖和其他相關文檔。這樣，項目團隊可以根據最新的情況做出決策，確保施工活動的順利進行。

2.3 實施步驟

在水利水電工程施工管理中實施BIM技術的具體步驟如圖4所示。

成立BIM項目小組，明確項目目標與范圍，制定詳細的BIM實施計劃。這個階段需要確定BIM模型的詳細程度（LOD等級）信息分類標準、數據交換格式等，以確保所有參與者在同一標準下工作。收集和整理現有設計資料，包括地形圖、地質報告、初步設計方案等，以此為基礎創建初步的BIM模型。在此過程中，需要利用BIM軟件（如Autodesk Revit、Bentley

Systems等）構建三維幾何模型，并逐步完善模型中的屬性信息，如材料屬性、構件尺寸、安裝位置等。將施工進度計劃與BIM模型相結合，形成4D模型。這一步驟涉及到將施工任務與模型中的相應構件相鏈接，并為每項任務設定起始時間與持續時間。通過4D模擬，可以提前發現施工沖突，優化施工流程。在BIM模型中定義好施工活動后，根據施工進度計劃計算出各時段的資源需求，繪制資源負荷圖，確保資源合理配置。同時，利用BIM平臺進行現場管理和質量控制，如跟蹤施工進度、記錄變更信息、管理施工文檔等。進入協調管理階段，利用BIM平臺實現多方協作。確保各方（如設計師、承包商、監理等）能夠實時共享信息，通過在線會議、任務分配、問題追蹤等功能，提高溝通效率，減少誤解和返工。在項目交付后，繼續利用BIM模型進行運維管理。將施工階段積累的數據整合到運維管理系統中，用于設施維護、能耗管理、應急響應等方面，實現全生命周期管理。

3 實際工程案例分析

3.1 案例背景

某大型水利水電工程位于長江上游，總裝機容量為 1 2 0 0 M W ，主要功能包括發電、防洪和水資源調節。該工程涉及多個專業領域，包括土建、機電安裝和金屬結構制造，施工周期長達5年。項自面臨復雜的地質條件和嚴格的環保要求，傳統管理模式在信息傳遞和協同工作中存在諸多挑戰。為提升施工管理水平，項目團隊決定引入BIM技術，通過數字化手段優化設計、施工和管理流程，確保工程質量和進度。

3.2 BIM技術應用過程

在該大型水利水電工程中，BIM技術貫穿設計、施工和運維各階段，顯著提升了項目管理效率。在設計階段，項目團隊利用BIM軟件建立三維模型，整合土建、機電安裝等多專業信息，確保設計完整性與協同性，并通過可視化設計優化方案審查。在施工準備階段，BIM平臺實現了施工模擬演練、4D進度管理及資源規劃，優化施工流程。施工階段，通過動態監控、問題快速解決和變更管理，確保信息傳遞與施工質量。在運維階段，BIM模型提供詳實的設備信息與維護記錄，支持全生命周期管理，以提高運營效率與安全性。

3.3 應用結果與討論

BIM技術在該大型水利水電工程項目中的應用取得了顯著效果，具體見表1。基于設計審查階段和實際施工過程中發現的問題統計，發現設計沖突從 2 5 % 減少到 5 % 。根據施工階段記錄的返工情況，并通過對比原始施工計劃與實際完成情況計算，可以得出返工率從 1 0 % 降至 3 % 。通過監測各階段的施工進度與計劃進度的對比分析，施工進度偏差從 1 5 % 降至 5 % 。基于項目資源分配記錄與實際使用情況的分析，資源利用率從 70 % 提升至 8 5 % 。依據質量檢測報告的統計結果，質量檢查通過率從 8 5 % 提升至 9 5 % ，安全事故發生率從 2 % 降至 0 . 5 % 。通過對比預算與實際支出得出項目總成本從12000萬元減少到10800萬元，基于項目進度計劃的修訂與實際完成時間的比較，總工期從60個月縮短到54個月。這些數據表明，BIM技術顯著提高了設計和施工的效率，減少了問題發生，降低了成本，確保了項目的順利進行和高質量完成。

4結束語

基于BIM技術的水利水電工程施工管理體系能夠顯著提升項目的管理效率和工程質量。通過BIM技術的可視化管理、進度控制、成本優化，以及質量與安全管理的智能化，施工團隊可以實現對工程全生命周期的精細化管理。同時，BIM技術與大數據、物聯網等現代技術的融合，進一步推動了施工管理的智能化與協同化，提升了信息共享與決策支持的能力。未來，隨著BIM技術的進一步發展和成熟，此技術在水利水電工程中的應用前景將更加廣闊，有望推動整個行業向智能化和信息化的方向持續邁進。

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