BIM 技術在水工金屬結構全壽命周期管理中的應用研究

陳瑋佺 中國葛洲壩集團機械船舶有限公司

一、BIM 技術的簡述

BIM 技術是建筑信息模型技術的簡稱，其主要功能是建立科學合理的三維模型，為建筑業提供施工策略和方案規劃在工程項目的施工過程和施工管理中起著至關重要的作用。具體來說，BIM 技術是將建設項目的施工數據和信息進行集成，并對相關信息進行比較和分析，在分析和集成的基礎上，建立一個可行、安全、合理的方案規劃，運用科學的技術使施工技術和管理成為可能達到項目要求的標準。同時，BIM 技術被廣泛應用于建筑工程項目的設計、施工、管理工作中，能夠融入建設項目的每一個環節，可以融入整個建筑環境中。該技術可以在有效整合的基礎上提高運營質量和管理效率，同時規避風險，保證工程安全穩定達到規定標準，為建筑業的長遠發展和工程質量的有效提高提供了依據提供必要的基本條件。

二、BIM 技術的主要特征優勢

（一）協調管理的作用

在建筑工程施工過程中協調管理的作用，如果各個過程之間的溝通不夠具體，就會出現施工沖突問題，尤其是在平面設計模式的情況下，這是很難避免的。例如：空調管道和各種管線安裝在屋頂上，如果協調不夠具體，必然會出現工序碰撞問題，而這些工序的碰撞又會導致各種施工沖突，這種矛盾會造成人力資源的流失物質資源方面，會造成嚴重的經濟損失，同時也不能保證整個工程達到更高的標準。利用BIM 技術可以充分協調各工序的管理，通過全面管理可以更好地避免此類矛盾，同時也能加快各工序的正常施工。

（二）視覺應用

BIM 技術是將三維模型展現在人們面前，從而實現視覺化的應用，雖然在設計過程中也有圖形化的呈現，但效果圖只顯示了平面線的完整輪廓，潛在的信息不能得到充分的表達，而且可以沒有生成一個更為全面的構建結構，只會呈現出一種只讀的形式，缺乏互動和反饋。BIM 技術的有效應用可以將信息進行可視化處理，不僅可以通過效果圖充分表達設計意圖，而且可以將設計理念、施工理念和運營理念相結合，以達到可視化的應用效果，實現過程的高度結合應用效果之間的相互作用。在下面的圖1 中，BIM 顯示為一個可視化應用程序。

三、項目BIM 生命周期管理方案

BIM 技術將信息數據作為模型的基礎，實現水利水電工程參與者和不同行業之間的信息協調，從而指導項目的全生命周期管理。在設計階段，實現三維可視化、信息化、多專業協同設計，減少不同專業的碰撞，設計變更，并結合有限元計算，實現設計校核和優化；在施工階段，實現施工仿真，施工進度管理、質量管理、合同管理、投資成本管理；實現了包括綜合模型展示、數字化大壩安全監測管理、設備資產管理、定檢管理在內的全生命周期管理。

四、BIM 在項目各階段的應用

（一）BIM 技術在投標階段的應用

可以消除以往經驗估計的風險，在總結各專業工作量的基礎上建立三維模型，為確定投標策略和預留利潤空間提供數據支持。在招標階段，可以幫助非專業專家直接對項目的整體方案和整體功能布局進行評估，有效提高招標項目的中標率。同時，運用虛擬現實、數字孿生等虛擬現實技術，對項目周邊環境和項目建成后的運行情況進行定性和定量模擬。

（二）在設計階段

BIM 可以作為設計過程中的雙向轉換模型，通過設置模型參數和生成圖形數據，滿足不同專業間協同交互設計的要求。通過共享平臺，可以保證工程數據的唯一性和有效性，減少信息傳遞的誤差，提高設計效率和質量。同時，BIM 模型在設計校核、設計變更、碰撞校核、校核優化等方面具有明顯的優勢。主要設計步驟如下：（1）首先建立材料的詳細清單，包括材料、規格和數量；（2）根據設定的初始參數建立三維BIM 模型；（3）生成工程視圖、尺寸標注和調整材料清單和技術說明；（4）將參數模型轉換成三維和二維圖紙，根據用戶要求進行結構有限元分析計算和局部結構優化。

（三）施工階段

水利水電工程具有投資規模大、專業性較強、結構形式多樣化、參與專業多等特點，BIM 是一種先進的仿真、計算和三維可視化數字模型技術，用于建立施工主體和結構的虛擬環境。利用仿真環境進行直觀的“工前”演練，及時了解施工過程中的作業順序、施工難點和施工安全隱患。在正式施工過程中，根據現場反饋，及時發現和捕捉各階段的動態變化，可有效避免工程計量中的漏項、漏項、誤算和重復計量，提高投資成本的準確性。同時，經過BIM 模型的設計深化和優化，可以采用最佳的施工工藝方案，提高施工能力，減少不必要的返工和材料浪費。

（四）在運營階段

BIM 技術有效地整合了生產、制造、設計和施工各個階段的信息，是數字化運維的有效支撐。通過BIM 三維運行管理平臺，通過相應的監控傳感設備，將實際運行中的真實數據映射到虛擬場景中，實時播放數據信息，動態畫面可視化，遠程方便的操作維護功能。同時，利用BIM 技術可以實現全業務、全方位的集約化管理、風險預測和智能化決策，提高數字化健康診斷設備的水平。

五、結論

BIM 技術是實現水工金屬結構工程全生命周期管理的有效方法，具有結構復雜、用戶可定制的特點。本文研究了BIM 技術在水利水電金屬結構全壽命周期管理中的應用，介紹了BIM 技術在招投標、設計施工、運行維護等階段的全過程管理方案。應用結果表明，該方法能有效提高工程質量和效益，降低工程造價和風險，實現數字化運維。