BIM技术在水利工程中的应用及优势

　　摘要：BIM技术将工程项目中各种信息有机整合成一个整体,并通过多维度、可视化的立体模型展示。结合BIM技术发展现状,介绍了BIM技术的特点,如具有贯穿水利工程项目全生命周期、立体可视化展示建筑物三维模型等、通过模拟碰撞对项目管理进行优化等。在水利工程施工特点分析的基础上,指出BIM技术对整个水利工程建设过程可以进行整体控制,在进度保证、施工工序优化、施工管理优化、施工协调优化方面具有优势,同时指出了BIM技术在水利工程应用中存在的问题。

　　关键词：BIM技术; 水利工程施工; 三维模型; 项目管理;

　　进入21世纪,网络技术经历了由2G向5G的重大转变,同时计算机硬件技术也有了突破性发展。软件及信息处理技术得以同步提升,并越来越广泛地应用于经济建设的各个领域。随着建筑技术水平的发展,各类工程项目出现了新的特征:规模越来越大、结构越来越复杂、跨度越来越大。单靠二维空间图纸通过想象构建整体模型已非常困难,这就导致了CAD图纸等二维设计越来越不能满足参建各方施工过程中的协调沟通工作。为了能更加有效地提高生产效率,实现设计及施工的三维可视化,借鉴制造业的PDM和PLM技术,建筑业BIM技术应运而生。

　　1 BIM的概念及特点

　　BIM技术通过一系列软件和数字转化技术,将工程项目中各种信息有机整合成一个整体,并通过多维度、可视化的立体模型展示。BIM模型是一个各类信息综合而成的载体,通过这个载体,参建各方主体可以通过网络平台随时共享资源,并可根据需要,在项目不同阶段对BIM模型进行插入、提取、更新和信息修改。与传统的CAD图相比,BIM模型除了在空间上达到三维外,还引入了时间、造价、安全管理等其他维度的信息[1,2,3]。

　　(1)贯穿水利工程项目全生命周期。

　　在相同的BIM建模软件和标准要求条件下,一个综合性项目可以在规划阶段、设计阶段、施工阶段,乃至运营维护阶段等各个生命周期,共用同一个BIM模型,并且参建各方可以在确立的模型上根据自身任务的不同,结合实际情况进行修改,达到全方位、全历程的设计和模拟。

　　(2)立体可视化。

　　BIM技术最大的优势是可以整合相关数据,直接构建建筑物的三维模型,甚至是四维(进度)、五维(进度、造价等)模型,从而实现整体布局到构件、施工过程的全部可视化。参建各方可以通过共享平台,在自己的终端上直观看到建筑物或构件整体成型后的样子,从而方便沟通讨论,避免了在信息传递过程中,拟建建筑物→设计师二维图纸→施工方三维建筑施工→建筑物成品,经历两次二维、三维信息的转换,出现信息传递的偏差。

　　(3)模拟碰撞与优化。

　　BIM技术一项最基本的应用就是对施工过程进行多方位、全过程模拟,这其中不但包括建筑物及构件模拟,还包括施工平面布置模拟、施工进度控制模拟,乃至建筑物建成后的管理及检修过程模拟。通过直观的模拟碰撞,提前发现问题,并通过项目管理优化,进而加强对施工过程中成本与工期的控制等。

　　BIM技术的实现,不是单单依靠一款软件,而是基于同样标准下一系列不同软件协同完成的,从而实现设计、施工、管理和维护等诸多信息的传递和共享。应用相关软件,如现阶段已较为成熟的REVIT等,对项目整体进行建模和设计,可生成模型,输出图像,进行成本核算、能耗分析、设计以及集成不同信息的管理系统等。

　　2 水利工程施工特点

　　(1)政府参与较多。

　　水利工程往往资源投入巨大,工期较长,社会和经济意义同样重大,对建设地乃至国家的影响极为深远,因此往往是政府投资行为。

　　(2)涉及部门较多。

　　水利工程的建设涉及社会政治、人民生活、经济发展、财政金融、城乡规划、工程技术、环境生态等社会和经济的各个方面。涉及的部门和行业较多,这是其他行业项目的建设所不能比拟的。

　　(3)影响因素较多。

　　水利工程施工经常是在崇山峻岭和大江大河上进行,受地质、地形、气象水文等诸多自然条件的影响较大。

　　(4)工作条件复杂。

　　水利工程中各种水工建筑物大多承受水的浮力、推力、冲刷力、渗透力等,且大多是在难以确切把握的气象、水文、地质等自然条件下进行施工和运行的,整体施工和运行条件更为复杂。

　　(5)质量要求高。

　　由于附属工程多、工作条件复杂,且一旦失事将会造成灾难性的后果,因此水利工程施工对质量要求更为严格。

　　3 BIM技术在水利工程中的应用及优势

　　相对于房屋建筑行业,水利行业建筑物个体差异较大,应用BIM技术起步较晚,且水利行业具有涉及面广,相关专业多,施工难度大等特点,因此推广较为缓慢。随着国家相关部门近几年的大力推广,BIM技术在一批水利行业重点及复杂工程中有了初步应用,并取得了一定成果。

　　在云南金沙江阿海水电站和南水北调中线干线工程设计及施工中,昆明勘测设计研究院和长江勘测规划设计研究院就已经引入了BIM技术,利用相应软件分别完成勘察、测绘、场地规划和道路建设三维建模、设计和分析等工作。并利用软件平台,通过整合三维族库,最终完成整个工程的设计及建模工作。通过简化设计流程,提高了设计效率。在正式施工开始之前,以数字化、可视化的方式让参建各方看到了建设过程中的各个阶段,效果良好。

　　结合上述已经取得的成功经验,对于水利工程施工,应用BIM技术对整个建设过程进行整体控制,可以保证施工进度、质量、成本和安全。

　　(1)进度保证。

　　采用BIM技术建立建筑物或者枢纽的三维模型后,结合施工进度计划,可以建立综合了时间维度的4D模型;再结合工程量及造价信息等,还可以实现5D建模,进而更加形象地展示项目不同时间阶段的施工情况,对项目建设全过程进行模拟。据此,可以更好确定项目节点,并适时调整,以获得最优施工方案。

　　对于重点、难点部位,结合BIM技术可以实现可视化模拟施工的特点,能够更加合理的进行施工平面布置规划,使材料的运输堆放、施工机械的使用情况等一目了然。同时通过BIM技术特有的碰撞检查,可以提前发现施工过程中有可能产生的冲突,并给出解决方案,从而达到时间、资源最优化配置的目标。

　　(2)施工工序优化。

　　在正式施工前,依据施工工序和计划,通过建立模型,可以形象展示现场施工情况。对于复杂的部位和施工方案可进行全方位的施工模拟,并最终确定最优工序和方案,有效减少返工情况发生。

　　(3)施工管理优化。

　　在水利工程施工中,现阶段的现场施工管理可以说是粗放的,有些甚至是盲目的,管理水平有待进一步提升。通过BIM技术,可以对项目施工全过程进行动态模拟,结合施工进度,提前发现施工进行中可能出现的诸多矛盾和问题,并通过方案优化,简化后期施工现场管理活动,避免盲目施工。同时,对于复杂的施工部位,应用已构建的三维模型进行技术交底、安全交底,指导一线施工更加直观和具体,可以使作业层,尤其是现场工人更易理解,沟通更方便,效率更高。

　　(4)施工协调优化。

　　水利工程施工中,施工单位不只是跟业主、设计、监理交流协调,还要跟各政府审批单位、交通部门、相邻标段施工单位和众多供应商等协调沟通。对于其中不是专业从事工程建设的人员,很难根据图纸或文字描述想象出具体的建筑物三维立体形状。基于BIM技术生成的三维模型,可以一目了然进行展示,提高沟通效率。

　　4 BIM技术在水利工程应用中遇到的问题

　　(1)软件不成熟。

　　水利工程施工中涉及的参与方较多,环境复杂,对于BIM技术的诉求比建筑的更高,但应用BIM技术的效果并不尽如人意,主要原因是,至今仍然没有水利工程专属的、适用的BIM软件。同时,作为应用较早的模块,各软件中的造价、量算模块实际使用起来效果并不是太好,绝大部分还无法真正用在计量结算中。相对于建筑行业,水利行业各BIM软件之间尚无统一的标准或接口,大大限制了BIM技术的推广和互通。

　　(2)应用不够深入。

　　现阶段绝大部分施工单位不具备综合性的BIM建模能力,最普遍的做法是拿着原来的CAD图纸,用BIM软件输入数据再次建立模型。所谓的BIM应用,仅仅是简单地构建三维模型,渲染图片,没有真正体现出BIM技术的优势和作用。

　　(3)相关人才不足。

　　BIM技术的应用不仅是使用相关软件进行建模,更主要的是根据BIM的理念,把技术和现场施工有机结合起来。在水利施工企业,既有施工经验又有相应BIM技术的专业人员仍非常稀少。要完全发挥BIM技术的优势,其工作量是非常大的,项目团队需要的人员较多,企业现有人才储备很难满足各个项目的需要。

　　5 结 语

　　目前BIM技术在水利行业还处于探索阶段,但BIM技术作为继CAD技术后的又一次技术革命,改变整个建筑行业发展现状的趋势是毋庸置疑的。近年来,随着国家大力推广及一系列支持政策的出台,BIM技术在水利行业的应用和发展有了极大推进。大批重点工程开始试点,对BIM技术的应用提出了具体要求。在水利工程施工中,BIM技术的应用不但能有效提高工作效率,还可以更细致、更精确控制施工中各个过程和阶段,彻底打破以前施工企业只重经验、不重技术的现象,推进水利工程施工技术更快更好的发展和完善。

　　参考文献

　　[1] 庞彬.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].城市建筑,2015(11):107-108.

　　[2] 胡长明,熊焕军,龙辉元,等.基于BIM的建筑施工项目进度-成本联合控制研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2014,46(4):474-478.

　　[3] 张春霞.BIM技术在我国建筑行业的应用现状及发展障碍研究[J].建筑经济,2011(9):96-98.