BIM技術(shù)在水電開發(fā)中的應(yīng)用研究

劉軍

近年來，BIM技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)間，在水電開發(fā)過程應(yīng)用BIM技術(shù)，基于BIM實(shí)現(xiàn)水電開發(fā)過程全生命周期管理已經(jīng)成為水電開發(fā)的大勢(shì)所趨。中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（簡(jiǎn)稱中南院 ）引入BIM技術(shù)以來，在水電開發(fā)各階段進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了較好的成效。經(jīng)過幾年的積累，中南院對(duì)引進(jìn)的各種BIM軟件進(jìn)行梳理和重組，研究出了一套適合水電開發(fā)的BIM技術(shù)體系，同時(shí)通過企業(yè)服務(wù)總線（ESB）與公司相關(guān)管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，研究出了基于BIM技術(shù)在水電開發(fā)中實(shí)現(xiàn)全生命周期管理的方法。

2010年底，中南院與Bentley公司簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，引入了以MicroStation為基礎(chǔ)平臺(tái)，以ProjectWise為協(xié)同平臺(tái)三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)。2013年5月，成立了中南院/Bentley工程數(shù)字集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)基地，將Bentley的先進(jìn)IT技術(shù)與中南院的工程領(lǐng)域豐富經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，使中南院能夠?yàn)橹袊娦袠I(yè)提供包括三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字化移交、基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理、智能化基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先、具有競(jìng)爭(zhēng)力的整體解決方案，打造中南院數(shù)字工程集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

中南院BIM平臺(tái)功能涵蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營三大環(huán)節(jié)。中南院整個(gè)BIM平臺(tái)的架構(gòu)以三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)為核心，集成設(shè)計(jì)工具集、BIM元件庫、數(shù)字工程平臺(tái)和CAE等軟件，實(shí)現(xiàn)工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)和施工期的可視化方針模擬。通過不同的配置、組合形成數(shù)字工程集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。基于統(tǒng)一的PowerBIM平臺(tái)，將所有工程給相關(guān)數(shù)據(jù)匯總到工程數(shù)據(jù)中心，通過公司企業(yè)服務(wù)總線與企業(yè)管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的全生命周期管理。

BIM技術(shù)在水電開發(fā)中全生命周期管理的應(yīng)用價(jià)值

BIM應(yīng)用的終極目標(biāo)是工程全生命周期管理，中南院在水電開發(fā)中應(yīng)用BIM技術(shù)，也是始終朝著這一目標(biāo)不斷進(jìn)取。下面將通過BIM協(xié)同工作機(jī)制、BIM數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)和全生命周期管理思路等三個(gè)方面，闡述BIM技術(shù)在水電開發(fā)全生命周期管理中的應(yīng)用價(jià)值。

BIM協(xié)同工作機(jī)制 中南院采用ProjectWise作為各專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，搭建了公司總部、國內(nèi)分院及項(xiàng)目部、國外辦事處及項(xiàng)目部的協(xié)同服務(wù)器群。集團(tuán)與分院通過部署集成服務(wù)器實(shí)時(shí)同步項(xiàng)目數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的統(tǒng)一管理。集團(tuán)與國內(nèi)外設(shè)代處設(shè)置了緩存服務(wù)器，定期同步數(shù)據(jù)。通過ProjectWise協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的項(xiàng)目管理功能和協(xié)同工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、水工、機(jī)電、觀測(cè)等11個(gè)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)相比，協(xié)同工作機(jī)制節(jié)省溝通時(shí)間成本，提高綜合設(shè)計(jì)效率30%左右。通過項(xiàng)目權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等多方協(xié)同作業(yè)，并通過工作空間推送實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

在各專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)過程中， 2013年中南院聯(lián)合Bentley公司成立了工程數(shù)字集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)基地，解決BIM應(yīng)用的最后一公里問題，研發(fā)適合中國標(biāo)準(zhǔn)的BIM應(yīng)用、項(xiàng)目管理和企業(yè)管理相關(guān)軟件。同時(shí)研究基于BIM的工程質(zhì)量安全監(jiān)管、施工圖審查、工程監(jiān)理、造價(jià)咨詢以及工程檔案管理。

在系統(tǒng)研發(fā)過程中，中南院打造了自主開發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)專業(yè)支持的不足開展研發(fā)工作，完成了三維地質(zhì)系統(tǒng)、三維配筋系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、BIM元件庫、設(shè)計(jì)工具集等軟件的開發(fā)。

總體說來，BIM協(xié)同的工作機(jī)制在水電開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過程圖紙和模型統(tǒng)一管理；項(xiàng)目工程內(nèi)容安全可靠；工作進(jìn)度實(shí)時(shí)掌控；項(xiàng)目成果清晰直觀；對(duì)于生產(chǎn)效率和溝通效率的提升有著顯著效果。

BIM數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)好處很多，比如信息統(tǒng)一存儲(chǔ)便于管理，提高安全性、便捷性、容災(zāi)容錯(cuò)等。中南院在建設(shè)BIM平臺(tái)時(shí)充分考慮了這點(diǎn)。針對(duì)水電工程的特點(diǎn)，研究建立工程數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營過程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)。

基于BIM平臺(tái)的工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)主要分為BIM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、BIM施工數(shù)據(jù)的收集和積累、BIM運(yùn)維數(shù)據(jù)的更新三個(gè)部分。

一是BIM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。中南院在水電工程設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用BIM技術(shù)和協(xié)同管理平臺(tái)，將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工、運(yùn)營等階段數(shù)據(jù)串聯(lián)起來，分項(xiàng)目分階段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，所有過程數(shù)據(jù)有據(jù)可查，所有模型數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，各系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系存入工程數(shù)據(jù)庫中。

二是BIM施工數(shù)據(jù)的收集和積累。中南院在水電工程施工階段BIM技術(shù)的主要應(yīng)用是模擬施工過程、碰撞檢查、模型的三維渲染展示等。通過對(duì)施工過程的模擬、碰撞檢查、模型展示，對(duì)施工過程進(jìn)行管理，統(tǒng)計(jì)施工進(jìn)度信息，記錄施工過程信息，收集的施工數(shù)據(jù)以項(xiàng)目的形式存入工程數(shù)據(jù)庫中。

三是BIM運(yùn)維數(shù)據(jù)的更新。中南院在水電工程運(yùn)維階段結(jié)合業(yè)主運(yùn)營系統(tǒng)需求，將BIM成果交付給業(yè)主，為業(yè)主各管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，亦可以收集業(yè)主營運(yùn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集中管控、系統(tǒng)三維化展示、設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)預(yù)警、遠(yuǎn)程操作、虛擬巡檢、三維仿真培訓(xùn)等內(nèi)容。

綜上三點(diǎn)所述，BIM數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，是工程數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。借助全信息三維模型建立工程數(shù)據(jù)中心為業(yè)主各類管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。廣泛收集勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備廠家相關(guān)資料，分階段建立涵蓋測(cè)繪、地質(zhì)、土建、機(jī)電等專業(yè)的全景數(shù)字信息三維模型。建立設(shè)備/物資主數(shù)據(jù)、三維模型、工程資料之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。最后結(jié)合業(yè)主運(yùn)營系統(tǒng)的需求，將項(xiàng)目的完整數(shù)據(jù)遵循一定的數(shù)據(jù)規(guī)范、移交標(biāo)準(zhǔn)，從數(shù)據(jù)中心一次性抽出，為業(yè)主提供完整的數(shù)據(jù)交付。

水電工程全生命周期管理思路

中南院在全生命周期管理研究上取得了一定成功，通過幾年的BIM技術(shù)推廣實(shí)施，也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在水電工程領(lǐng)域，BIM平臺(tái)的發(fā)展必然是多元化的，一款軟件不可能包打天下。因此，中南院對(duì)Bentley軟件進(jìn)行了重組，將其它平臺(tái)計(jì)算軟件融合進(jìn)中南院BIM體系，通過組件式重組，形成了對(duì)不同行業(yè)和業(yè)務(wù)的解決方案，建立數(shù)字工程集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)。同時(shí)通過企業(yè)服務(wù)總線與公司相關(guān)管理系統(tǒng)對(duì)接，可以實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)中心的建立和數(shù)字化交付，最終實(shí)現(xiàn)水電工程的全生命周期管理。

水電工程全生命周期管理包含了工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、交付以及運(yùn)營管理。企業(yè)通過對(duì)工程信息模型的擴(kuò)展應(yīng)用，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精細(xì)化管理搭建標(biāo)準(zhǔn)、受控、規(guī)范、高效的基礎(chǔ)信息管理平臺(tái)，為企業(yè)謀求新跨越、實(shí)現(xiàn)大發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的信息增值鏈效應(yīng)。

前景展望

應(yīng)用BIM技術(shù)在水電開發(fā)中實(shí)現(xiàn)全生命周期管理，有著很重要的價(jià)值，主要可以分為以下五個(gè)方面：

一是在規(guī)劃階段可以運(yùn)用BIM技術(shù)，對(duì)工程項(xiàng)目快速建模，為規(guī)劃決策提供技術(shù)支撐。二是在設(shè)計(jì)階段，全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，精確化建模，建立工程全信息三維模型；完善的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)機(jī)制，將傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)和管理方式產(chǎn)生的零散的圖紙、文檔和數(shù)據(jù)記錄等與信息三維模型建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，為電站各類運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)信息快速檢索、分類歸檔，降低使用工程數(shù)據(jù)的人力和時(shí)間成本。三是施工階段通過BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)碰撞檢查、施工進(jìn)度可視化仿真模擬、大壩施工質(zhì)量監(jiān)控、施工分倉、安全監(jiān)測(cè)、施工成本管理等。利用三維信息模型建立效果逼真、數(shù)據(jù)全面的可視化系統(tǒng)，能夠直接在計(jì)算機(jī)中通過虛擬漫游進(jìn)行虛擬巡檢，尤其是對(duì)埋管、埋件、錨索、監(jiān)測(cè)儀器等不可見設(shè)施設(shè)備的可視化信息查詢和管理。四是在交付階段，水電開發(fā)中運(yùn)用BIM技術(shù)可做數(shù)字化交付。五是在運(yùn)營階段，應(yīng)用交付的BIM信息模型，在水電開發(fā)運(yùn)營期，可向業(yè)主提供三維虛擬電廠、可視化培訓(xùn)、數(shù)字化檔案管理、安全生產(chǎn)管理、工藝仿真等多方面的應(yīng)用系統(tǒng)定制服務(wù)。

隨著BIM技術(shù)在水電開發(fā)領(lǐng)域的全面鋪開，全面周期管理的理念也將貫穿于整個(gè)水電站開發(fā)過程中。而BIM也將成為新時(shí)代水電開發(fā)領(lǐng)域的標(biāo)簽之一。