BIM技术在水利水电工程建设中应用

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摘要:bim是一个建设项目物理和功能特性的数字表达，是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。本文简单介绍了BIM及BIM技术在水利水电工程建设中的应用及其展望。

关键词:BIM碰撞检测;协同施工

0引言

在众多的大型工程项目中，水利水电工程是较为为复杂与困难的一类，作为一个需要极高安全性的项目，我们需要不断、反复地对整体工程进行考核与检测，这才能最终建成一个可靠的工程项目。水利水电工程具有地形条件复杂、设计选型独特、涉及专业广等特点，存在图纸信息繁冗、工程枢纽布置复杂、土方量计算不精确等问题。通过BIM技术的介入，可完整实现工程仿真信息的数字化孪生，多专业规划设计的碰撞检测，及完成工程的枢纽布置、土方量计算，多专业协同施工等任务。通过BIM技术的应用从而为水利水电工程的数字化多角度协同设计施工提供了更为科学的数据反馈，为工程验算提供了一个准确的指导。

1BIM概述

BIM的全拼是BuildingInformationModeling，即：建筑信息模型。BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。BIM具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。

2BIM在水利水电工程施工设计中的应用

水利水电工程施工总布置设计过程中任务繁杂，专业跨度广泛，需要多方面协同调度。借助BIM可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图的特性实现三维设计。根据BIM三维模型自动生成各种图形和文档，而且始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和文档将自动更新；设计过程中所创建的对象存在着内建的逻辑关联关系，当某个对象发生变化时，与之关联的对象随之变化。实现不同专业设计之间的信息共享。各专业CAD系统可从信息模型中获取所需的设计参数和相关信息，不需要重复录入数据，避免数据冗余、歧义和错误。以BIM技术为沟通载体，实现各专业之间的协同设计。某个专业设计的对象被修改，其他专业设计中的该对象会随之更新。借助BIM设计软件，实现虚拟设计和智能设计。实现设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等。BIM技术具备强大地形处理功能，可帮助实现工程三维枢纽方案布置以及立体施工规划，结合AIM快速直观的建模和分析功能，则可轻松、快速帮助布设施工场地规划，有效传递设计意图，并进行多方案比选。通过枢纽布置建模，对枢纽布置、厂房机电等需由水工、机电、金属结构等专业按照相关规定建立基本模型与施工总布置进行联合布置。在基础开挖设计规划阶段，建立三角网数字地面模型，在坝基开挖中建立开挖设计曲面，可帮助生成准确施工图和工程量。面向土建结构水工专业进行大坝及厂房三维体型建模，实现坝体参数化设计，协同施工组织实现总体方案布置。面向机电及金属结构专业在土建BIM模型的基础上，利用MEP和Architecture同时进行设计工作，完成各自专业的设计，在三维施工总布置中则可以起到细化应用的目的。面向施工导流方面，对导流建筑物如围堰、导流隧洞及闸阀设施等及相关布置由导截流专业按照规定进行三维建模设计，帮助建立准确的导流设计方案，对项目场景中的多源三维数据进行可视化布置设计，可实现数据关联与信息管理。在BIM设计软件对道路、边坡等设计功能的支撑下，通过装配模型可快速动态生成道路挖填曲面，可准确计算道路工程量，进行概念化直观表达。以数字地面模型为参照，可快速实现渣场、料场三维设计，并准确计算工程量，实现直观表达及智能信息管理。建立场地模型和工厂三维模型，参数化定义造型复杂施工机械设备，实现准确的施工设施部署。施工营地布置主要包含营地场地模型和营地建筑模型，其中营地建筑模型可通过AutoCAD进行二维规划，然后导入BIM设计软件进行三维信息化和可视化建模，可快速实现施工生产区、生活区等的布置，有效传递设计意图。施工总布置设计集成是总体设计过程中最为繁琐的阶段，通过BIM信息化建模将设计信息与设计文件进行同步关联，可实现整体设计模型的碰撞检查、综合校审、漫游浏览与动画输出。通过BIM技术将信息化与可视化进行完美整合，不仅提高了设计效率和设计质量，而且大大减少的不同专业之间协同和交流的成本。在进行施工总布置三维一体信息化设计中，通过BIM模型的信息化集成，可实现工程整体模型的全面信息化和可视化，通过漫游功能可从坝体到整个施工区，快速全面了解项目建设的整体和细部面貌，并可输出高清效果展示图片及漫游制作视频文件。

3BIM技术在水利水电工程造价中的应用

水利水电工程牵扯面广，投资大，专业性强，建筑结构形式复杂多样，尤其是水库、水电站、泵站、地下管廊工程，水工结构复杂、机电设备多、管线密集，传统的二维图纸设计方法，无法直观的从图纸上展示设计的实际效果，造成各专业之间打架碰撞，导致设计变更、工程量漏记或重计、投资浪费等现象出现。采用基于BIM技术的三维设计和协同设计技术为有效的解决上述问题提供了机遇。通过基于BIM技术的设计软件，建立设计、施工、造价人员的协同工作平台，设计人员可以在不改变原来设计习惯的情况下，通过二维方法绘图，自动生成三维建筑模型，并为下游各专业提供含有BIM信息的布置条件图，增加专业沟通，实现了工程信息的紧密连接。由于水利水电工程造价具有大额性、个别性、动态性、层次性、兼容性的特点，BIM技术在水利建设项目造价管理信息化方面有着传统技术不可比拟的优势：一是大大提高了造价工作的效率和准确性，通过BIM技术建立三维模型自动识别各类构件，快速抽调计算工程量，及时捕捉动态变化的结构设计，有效避免漏项和错算，提高清单计价工作的准确性；二是利用BIM技术的模型碰撞检查工具优化方案、消除工艺管线冲突，造价工程师可以与设计人员协同工作，从造价控制的角度对工艺和方案进行比选优化，可有效控制设计变更，降低工程投资。BIM技术的出现，使工程造价管理与信息技术高度融合，必将引发工程造价的一次革命性变革。目前，国内部分水利水电勘测设计单位已引进三维设计平台，并利用BIM技术实现了协同设计，在提高水利工程造价的准确性和及时性方面进行了有益探索，值得借鉴。

4BIM技术在水利水电工程中的优势

4.1设计方优势

当下水利水电设计行业最终交付的设计成果大多为2D图纸。因此，生产流程的组织与管理均围绕着2D图纸的形成来进行。而BIM技术具备的3D设计能力能够精确表达建筑的几何特征，相对于2D绘图，3D设计不存在几何表达障碍．对任意复杂的建筑造型均能准确表现。尽管3D是BIM设计的基础，但不是其全部。通过进一步将非几何信息集成到3D构件中，如材料特征、物理特征、力学参数、设计属性、价格参数、厂商信息等，使得建筑构件成为智能实体，3D模型升级为BIM模型。BIM模型可以通过图形运算并考虑专业出图规则自动获得2D图纸，并可以提取出其它的文档，如工程量统计表等，还可以将模型用于建筑能耗分析、日照分析、结构分析、照明分析、声学分析、客流物流分析等诸多方面。依托BIM软件进行三维建模,可以准确生成坝工程各部分剖面图,减少了传统二维设计中绘制剖面图的工作量,提高了设计工作效率。同时，BIM技术可实现联动化设计。传统二维设计时,由于工作人员疏忽,容易导致错误。BIM建模之后,所有视图、剖面以及三维图具备联动功能,一处更改之后,其他自动更新,方便设计修改。其次，BIM技术能轻松面对多专业协调。水利水电工程设计中各专业的最新设计成果实时反映在同一BIM上,错误碰撞、交叉千扰的问题显而易见。最后，BIM技术能实现标准化设计。传统的二维设计对工程设计人员空间想象力的要求很高,标准不统一。应用BIM,可以有效避免一些由于工程设计人员空间想象不正确而导致的错误。

4.2施工方优势

借助BIM技术可实现多维施工分析。通过BM系列软件建模,进行三维施工工况演示,与施工进度结合进行四维模拟建设,通过与概预算结合进行五维成本核算分析。对于读图的施工人员,通过三维BIM,将大大提高读图效率和准确度。BIM可有效支撑施工管理过程,针对技术探讨和简单协同进行可视化操作,自动计算工程量,有效减少工艺冲突。

4.3运营方优势

BIM可有效地集成设计、施工各个环节的信息,减少传统的施工竣工图整理的冗杂过程和避免竣工资料归档的人为错误,提高效率,优化管理。实现以BIM模型为中心载体将多源运营信息集成起来。通过BIM,对资产及空间进行优质、高效的管理,可视化进程与监控系统有机结合,节省人力、物力。建筑运营过程中出现的病险加固和改造,可以直接通过BIM分析处理,减少工作量。

5结束语

水利工程地形地质条件复杂、水工结构多样，而BIM具有可视化、多专业协同、高仿真模拟、方便工程优化等特点。BIM是基于全生命周期管理的数据库，在工程建设管理领域具有强大的优势。结合目前水利工程建设领域应用BIM的现状，未来通过政府政策层面的标准化先行、项目参与方层面的协同共享、软件开发企业的技术公关、项目参与企业的软件二次开发嵌入、BIM从业人员的深入培训等多种有效手段，充分发挥BIM在水利工程建设中的应用价值之后，水利工程建设领域的信息化建设必将迈上一个新的台阶。

参考文献

[1]商大勇.BIM+工程项目管理.机械工业出版社.2018:39–43.

[2]陆泽荣.BIM技术概论.中国建筑工业出版社.2018：282–305.

[3]罗赤宇.BIM正向设计方法与实践，中国建筑工业出版，2019：86–93.

[4]中国建筑学会.BIM应用发展报告,中国建筑工业出版，2019:276-288.

作者:徐骏 单位:南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司