GIS與BIM在水電工程施工階段的應用

文｜ 中國電建集團北京華科軟科技有限公司 何佳 陳樂

近年來，隨著中國電力建設集團有限公司（以下簡稱“中國電建”）及其子企業施工項目數量迅速增長，在建的國內外項目已達數千個，項目涵蓋類型多、地域分布廣，但施工的協作方式沒有發生根本性改變，公司產業核心優勢未得到充分發揮，為鞏固和提升行業內的技術、管理領先者地位，亟待提高集團企業群的施工管理水平，緊跟技術發展潮流，在項目施工管理中融入GIS與BIM技術，提升整個集團公司的施工生產效率和質量，實現國際同行業技術先進、核心技術領先的目標，為公司轉型升級和創新發展提供有效支撐。

1.概述

BIM（建筑信息模型）是利用數字信息系統，通過項目相關數據信息構建出仿真建筑模型。它具有可視性、系統性、優化性、仿真性和可出圖性五大特點。

GIS（地理信息系統） 是對地球表層局部或整體（包括大氣）空間的地理分布，利用計算機信息系統進行數據采集，并對數據進行描述、計算、分析、存儲等處理的技術系統。它是一種專業的空間信息管理系統。

通過BIM與GIS技術進行高度融合，形成信息協同管理平臺，實現對BIM信息進行實時發布、建立高效合理的在線BIM服務、信息集成管理，資源共享等應用需求。

2.GIS與BIM在水電工程施工階段的應用

按照水利電力工程建設的施工要求，結合水利施工信息化建設基礎，充分利用GIS+BIM的先進技術，實現三維渲染、虛擬施工、有效協調、碰撞檢查等BIM的特性。

（1）協同管理

GIS+BIM技術的融合，建立協同工作機制，打破項目施工管理的割裂現狀，保證各項工作有序、可靠、有效的推進，促進了項目綜合策劃能力、資源配置能力、集成管控能力、信息共享能力，解決施工項目數據形成一個個離散的“數據孤島”，進而造成大量的信息不對稱、數據版本不一致、溝通不及時等問題。實現了動態、集成和可視化的施工管理，確保項目施工精細化管理，全面提升了項目管控能力。

（2）虛擬建造管理

通過GIS與BIM技術對模型信息與施工項目管理的數據信息進行集成后實現虛擬建造。虛擬建造的過程是先試后建的過程，可以檢測和比較施工方案，優化施工方案。也可對施工過程的工程設計、現場環境和資源使用狀況等進行模擬，具有更大的可預見性，可直觀的展示相應時間節點相關構建已發生的成本、質量、安全等信息，并可預測未來時間相應模型相應構建、相對應的預估成本、資金等信息，使項目參與者更好的理解項目范圍從而達到施工方法可視化、施工方法可驗證、施工組織可控制的目的。使所有項目的參與者在施工前就能清楚地知道所有施工內容以及自己的工作職責，能促進施工過程中的有效交流。

（3）模型漫游管理

GIS與BIM技術融合支持多角度多方位的模型漫游，利用模型漫游模擬出整個工程的實際效果，指導實際施工，幫助工程人員清晰理解項目，根據步驟完成。并利用第一人稱視覺的漫游技術實現日常巡檢，對項目的危險源、環境因素等實現有效監控。

（4）圖紙會審管理

基于GIS與BIM技術更直觀形象地發現設計圖問題、提高圖紙會審效率、盡可能減少過程中變更、有利工期提前。并且在進行BIM會審時，可基于BIM進行問題的提交與反饋，增強會審相關參與人員的交流，并且對交互中的過程信息進行全量的存儲，實現會審過程資料的調取和查閱。

（5）進度管理

利用GIS及BIM技術，實現施工場地布置的三維全景可視化；通過精確的部件級編碼與WBS進行掛接，建立BIM模型與施工過程數據建立二維矩陣的關聯關系，實現實際進度與三維模型同時生長，通過BIM可視化特性，實時掌控工程實際進度以及實際與計劃的偏差及預警。

（6）質量和安全管理

利用GIS與BIM融合技術及職能傳感器技術，實現質量、安全問題預測和預警，準確定位各個質量及安全問題，實現施工質量控制更加高效，更好的控制施工進度。

（7）技術交底管理

利用三維仿真技術制作施工方案，并進行交底，使被交底對象利用BIM的可視化特性了解施工步驟和各項施工規定，從而保證施工過程合規完成。通過可視化的展示，不僅可以將復雜的施工方案直觀、簡單地展現出來，便于分析研究；而且通過展示施工過程中各階段的步驟，發現施工方案中存在的的不足之處，及時消除可預見的消防隱患，盡量避免安全隱患，不斷優化專項施工方案，使施工方案達到最優。由于關鍵工藝一般較為復雜，能夠提前對關鍵工藝可視化展示，為關鍵施工方案中用到的工藝方法提供討論和交流的虛擬環境。

（8）場地布置優化

通過基于GIS與BIM技術進行場地布置，實現對施工場地合理安排。業主能夠直觀地了解施工場地布置詳情，便于施工方與業主之間進行有效地溝通，使施工場地劃分存在的問題得到合理地解決。通過不斷完善施工場地布置方案，從而達到最佳的施工效果。

通過三維仿真技術將施工場地布置立體地展示出來，既比傳統的平面布置節省了搭建成本，又能夠充分結合周邊建筑和環境特點進行合理的規劃設計，使施工場地布置方案融于既定環境之中。

（9）施工模擬

利用GIS與BIM技術對土建施工的關鍵工序進行施工模擬，對施工方案的計算、復核和比選，以及對機電安裝的綜合支架、管線預拼裝等施工工序的提前模擬，修改問題，減少錯誤。保證實際施工一次成型的精確度，為項目施工一次成優帶來科學依據。避免了傳統的復雜計算過程，又提高了效率和精度。同時利用施工模擬對工人交底更加形象生動具體，交底效率和效果大小提高。

（10）數字化移交管理

在設計模型的技術上進行深化設計形成施工模型，并將施工各環節的數據和BIM模型進行科學的整合，使得BIM模型從設計模型到施工模型再到綜合模型，形成綜合模型后，具備了數字化移交的條件，定制與業主運營平臺的數據通道，實現數字化移交。

3.經濟及社會效益

（1）經濟效益

GIS與BIM在水電工程施工階段的使用，大大減少了施工協同問題，提升了協同效率。通過大量已完成的項目構建的數據庫，既可以為新項目規劃提供決策的依據，又可以為項目深度開發提供數據支持。通過三維仿真技術模擬施工方案，為業主進行立體直觀地交底，不僅可以避免施工過程中存在的各種隱患，還可以提前改進不合理的設計，從而使各專業實現分工協作。由此，施工方案逐步達到最優，施工質量得到提高，施工安全管理能力得到提升，工期損失得到有效避免，施工進度得到保障，按期保質保量地完成水電工程。例如一個投資為150億的水電工程項目，如果貸款年息按7%核算，工期推遲一天將多支付近300萬元的利息。如果應用GIS與BIM技術的費用為1800萬，只要避免6天的工期損失，就能夠收回技術應用的費用。通過在此類大型水電工程中應用該技術，能夠合理地布置施工場地，優化施工步驟，減少各專業的沖突，可有效避免的工期損失能夠達到60天。因此，GIS與BIM在水電工程施工階段的應用對施工企業提高生產效率、縮短項目工期、節約項目成本所起的作用是顯而易見的。

（2）社會效益

GIS與BIM在水電工程施工階段建設和推廣,為項目利益方帶來顯著經濟效益的同時，也帶來了較大的社會效益。一方面，提升整個水電施工階段的效率和質量，提高水電施工業務板塊整體數字化應用水平和產業鏈一體化管控能力，促進項目施工管理的協同，提高工程項目管理的效率，從而提升中國電建集團在國內、國外競爭力；另一方面，通過管控能力的提升，還可以有效節約能源、物資和人力等資源的消耗，全面實現國家對中國電建節能減排、綠色建造、環境友好工程的戰略目標，具有較大的社會效益，同時也為同行業其他施工企業提供具有借鑒價值的水電施工項目管理信息化建設經驗。

4.結語

建立水電工程BIM模型，對工程施工階段的成本、質量、進度、安全進行精細化控制，包括GIS提供的地理環境、空間地理信息、水文等數據，兩者信息技術的融合，推進了水電施工建設的信息化發展，提高了項目管控能力，優化了施工方案，減少了返工次數，促使工期提前完成，現場材料損耗率逐漸降低，節省了人工及機械租賃成本，提升了工作效率和項目的經濟效益，取得了良好的社會效益和經濟效益，為GIS與BIM技術在施工項目管理的推廣與應用，積累了寶貴的經驗。