基于BIM的水利工程全生命周期管理分析

單偉宏

（湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 全生命周期管理價(jià)值與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 全生命周期管理價(jià)值

全生命周期管理是一種集成的、信息驅(qū)動(dòng)的管理方法，考慮我國(guó)水利行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，全生命周期管理應(yīng)將重點(diǎn)放在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)行階段。水利工程具有投資大、實(shí)施過(guò)程復(fù)雜、資源投入密集等特點(diǎn)，面臨著諸多方面的風(fēng)險(xiǎn)與壓力，通過(guò)全生命周期管理方法的運(yùn)用，可有效保障工程開(kāi)發(fā)進(jìn)度、質(zhì)量，使投資始終處于可控、受控狀態(tài)，保障水利工程的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 全生命周期管理關(guān)鍵技術(shù)

水利工程全生命周期管理中，在一定程度上依賴集成信息化的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的運(yùn)用（見(jiàn)圖1），可全面反映水利建筑物物理幾何特性，在三維空間展現(xiàn)工程外觀、位置以及環(huán)境信息等，同時(shí)集成建筑物各類工程信息，包括進(jìn)度、材料信息以及造價(jià)信息等。BIM模型中，所有信息由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源提供，工程信息互相獨(dú)立、邏輯相關(guān)且連續(xù)一致。

圖1 基于BIM的水利工程全生命周期管理

2 基于BIM的水利工程全生命周期管理需求與架構(gòu)分析

2.1 各參建方對(duì)BIM的需求

與一般民用建筑物項(xiàng)目相比，水利工程更為復(fù)雜，涉及多專業(yè)，各參建方對(duì)BIM有不同的需求，具體如下。

（1）業(yè)主方。在水利工程建設(shè)管理中，業(yè)主發(fā)揮著主導(dǎo)作用。在項(xiàng)目決策期間，需確定水利工程建設(shè)意義、采用何種建筑形式及其對(duì)周邊的影響，還需研究如何控制建設(shè)成本、提高管理水平。基于上述需求，業(yè)主方需充分利用BIM技術(shù)中多專業(yè)信息交換與數(shù)據(jù)共享功能。項(xiàng)目決策期間，利用BIM技術(shù)建模，明確工程直觀設(shè)計(jì)方案、成本預(yù)算，為業(yè)主決策提供依據(jù)。項(xiàng)目實(shí)施期間，通過(guò)BIM信息模型業(yè)主可實(shí)時(shí)查詢工程實(shí)際進(jìn)展，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，增強(qiáng)業(yè)主方對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的控制力。

（2）設(shè)計(jì)方。設(shè)計(jì)方是水利工程設(shè)計(jì)方案的提供者，根據(jù)水利工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)方需要指導(dǎo)施工方作業(yè)，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)單位對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在全面自動(dòng)工程質(zhì)量控制、工程三維建模、碰撞檢測(cè)以及模擬施工分析上，極大地提高了設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效率與水平。基于BIM技術(shù)的應(yīng)用，可加強(qiáng)不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員的交流，減少設(shè)計(jì)問(wèn)題；同時(shí)，業(yè)主也可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，并提出修改意見(jiàn)，防止在水利施工中出現(xiàn)反復(fù)修改的情況，減少不必要的資源浪費(fèi)。

（3）施工與設(shè)備供應(yīng)方。施工方、設(shè)備供應(yīng)方在水利工程建設(shè)中承擔(dān)著最重要的責(zé)任，施工單位需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案推進(jìn)項(xiàng)目，但是由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，往往也存在諸多不確定性。通過(guò)BIM技術(shù)的運(yùn)用可為施工與設(shè)備供應(yīng)方工作的開(kāi)展提供諸多便利，具體包括以下幾方面：①基于BIM模型，施工單位可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理、施工困難之處，并與設(shè)計(jì)單位協(xié)商，在施工前完成設(shè)計(jì)方案的調(diào)整工作。②利用BIM技術(shù)可模擬施工過(guò)程，從而合理安排施工順序、排查施工隱患、優(yōu)化施工方案。③設(shè)備供應(yīng)商可通過(guò)查詢BIM模型，及時(shí)掌握施工進(jìn)展、材料設(shè)備消耗情況，為項(xiàng)目穩(wěn)步落實(shí)提供保障。

（4）監(jiān)理方。水利工程項(xiàng)目重要且復(fù)雜，監(jiān)理方肩負(fù)著重要的監(jiān)督工作職責(zé)，通過(guò)BIM模型的運(yùn)用，可提高監(jiān)理方與其他參與各方的溝通效率，全面提高工程建設(shè)透明度。此外，BIM模型可提供各種標(biāo)準(zhǔn)提示，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)水利工程設(shè)計(jì)、施工、材料設(shè)備是否滿足國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（5）運(yùn)營(yíng)管理方。水利工程建設(shè)完成后，交由運(yùn)營(yíng)管理方負(fù)責(zé)水利工程設(shè)施的保護(hù)與運(yùn)用。基于BIM技術(shù)的運(yùn)用，運(yùn)營(yíng)管理方可直接繼承BIM模型，并將其與生產(chǎn)運(yùn)行相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全面、科學(xué)管理。此外，若是水利工程后期需進(jìn)行改擴(kuò)建，可通過(guò)BIM技術(shù)將工程相關(guān)信息直接提供給改擴(kuò)建設(shè)計(jì)方，方便快捷且信息資料全面。

2.2 BIM標(biāo)準(zhǔn)框架構(gòu)建

基于水利工程全生命周期管理要求，BIM技術(shù)框架的制訂需做到分類科學(xué)、層次分明、架構(gòu)合理，并具有一定的可擴(kuò)展性。BIM標(biāo)準(zhǔn)框架見(jiàn)圖2。

圖2 BIM標(biāo)準(zhǔn)框架

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

文章以某水利工程全生命后期管理為例展開(kāi)詳細(xì)分析。此水庫(kù)工程總庫(kù)容為4.48億m3，面板堆石壩高度為214m，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程為221m，輸水線路長(zhǎng)度為115.85km。此工程為區(qū)域提供應(yīng)急備用水源，并為水景觀打造提供可靠支撐。

3.2 全生命周期管理系統(tǒng)

該項(xiàng)目建設(shè)工期緊，從規(guī)劃至建成不到6年，設(shè)計(jì)、施工工期緊張，且存在技術(shù)攻關(guān)的問(wèn)題。在水利工程實(shí)施中，各參建方面臨著海量數(shù)據(jù)采集、集成計(jì)算、協(xié)同分析的難題，為更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)、規(guī)范施工、輔助管理決策，構(gòu)建了全生命周期管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)以BIM技術(shù)為核心，構(gòu)建三維設(shè)計(jì)模型，輔助開(kāi)展質(zhì)量、安全、進(jìn)度、投資可視化管理；根據(jù)水利實(shí)施情況，更新竣工面貌三維模型，支持后續(xù)運(yùn)維管理。

3.3 基于BIM的水利工程全生命周期管理情況

該項(xiàng)目基于BIM的全生命周期管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)見(jiàn)圖3。工程統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分期施工，落實(shí)全過(guò)程信息數(shù)據(jù)跟蹤分析與重點(diǎn)部位、關(guān)鍵關(guān)節(jié)施工管控，為工程順利實(shí)施提供助力。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）水庫(kù)大壩施工管理。該項(xiàng)目面板堆石壩施工管控中，系統(tǒng)運(yùn)用流程為施工信息采集→傳輸→整編→加載固化→按管理需求運(yùn)用，具體見(jiàn)圖4。

圖4 水庫(kù)大壩施工管理情況

（2）泵站泵組制作安裝過(guò)程管理。該項(xiàng)目泵站泵組制作安裝管理難度較大，水泵揚(yáng)程、功率均較大，生產(chǎn)制造與現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試難度均較大，對(duì)此應(yīng)以系統(tǒng)為核心落實(shí)動(dòng)態(tài)管控工作，覆蓋泵組設(shè)備出產(chǎn)、進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)以及安調(diào)試等階段。所有管理信息在系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)、共享，為成套機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)改造提供服務(wù)。

（3）聯(lián)合調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)用。該項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，系統(tǒng)框架內(nèi)已配置安全監(jiān)測(cè)、庫(kù)區(qū)水情、水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、現(xiàn)地工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)等，能為支持水利工程后期運(yùn)行管理、規(guī)劃建設(shè)遠(yuǎn)程調(diào)度中心，為區(qū)域防洪調(diào)度科學(xué)決策與應(yīng)急處置提供可靠支撐。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利工程是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在保障國(guó)家水安全方面發(fā)揮著重要作用。為充分發(fā)揮水利工程應(yīng)有的效益，應(yīng)重視全生命周期管理理念的落實(shí)，積極推進(jìn)BIM技術(shù)的運(yùn)用，構(gòu)建完善的管理系統(tǒng)，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等提供可靠支撐，切實(shí)保證工程順利完工、正常運(yùn)營(yíng)，發(fā)揮相應(yīng)的發(fā)電及水資源協(xié)調(diào)等功能。