BIM技術在涔天河智慧水庫建設中的應用及意義

郭曉寧

（湖南涔天河工程建設投資有限責任公司，湖南 永州425500）

1 引言

水利現代化是國家治理體系和治理能力現代化的重要環節，而智慧水利建設是推動水治理體系和治理能力現代化的一項重要措施。智慧水利建設的構建思路將水利工作與互聯網、大數據、人工智能等高新技術深入結合，加強水利創新的推進，促進水利事業深化改革和發展，帶動水利現代化。

2 背景和意義

2.1 項目背景

湖南省涔天河水庫擴建工程是國務院確定的172項重大水利工程之一，是湖南省一號水利工程。涔天河水庫位于湖南省江華瑤族自治縣境內的湘江干流瀟水上游，系瀟水流域開發的第一個梯級水利樞紐工程。該水庫屬于I等大（1）型水利工程，主要功能有防洪、灌溉、發電、下游補水并兼顧航運等，具有巨大的社會和經濟效益。擴建后的水庫最大壩高114 m，壩長328 m，正常蓄水位313 m，總庫容15.1億m3，水庫水面面積38.4 km2，裝機容量20萬kW；樞紐建筑物主要包括大壩、泄洪洞、灌溉渠首建筑物和引水發電站等。

涔天河水庫擴建工程2013年11月主體工程大壩項目開工，2015年11月28日完成壩體的填筑任務。2017年9月23日首臺機組并網發電，2018年6月底4臺機組全部實現并網發電。目前，工程建設進入掃尾階段，即將進行工程竣工驗收。

2.2 BIM技術應用背景及意義

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是在引入“工業4.0”、“互聯網+”技術和概念的基礎上，形成具備智能化、全流程以及大數據等特征的多維信息模型，能夠有效推進智慧水利工程的發展，是智慧水利工程建設的一個重要手段和方法。這一技術可以為建設方、設計方、施工方以及運維單位等建立一個交流溝通以及知識管理平臺，在該平臺的推動下，協同的工作模式效率更高，另外可視化的模型以及共享的數據信息等都有利于工程實現數字化與智慧化。在工程項目設計、施工、運營的所有階段管理過程中應用BIM技術，能有效提升其精準性，降低各種風險，推動工程建設領域產業協同轉型發展，促進工程建造與信息化深度融合，對提升工程管理現代化水平有著積極的作用。

在涔天河水庫重大水利工程中推廣BIM技術，對工程規劃、建造、運維實現精細化全生命周期管理，將湖南省的一號水利工程打造成湖南省智慧水庫標桿工程，創建先進、一流的品質工程與國家創優創新工程。涔天河智慧水庫工程建設，將促進湖南省水利工程BIM技術的深化應用，對推動智慧水利建設與水利現代化建設具有積極的示范意義。

3 BIM應用目標

BIM技術作為“智慧水利”的重要組成部分，是水利行業規劃設計、工程建設、運行管理一體化、信息化的最佳解決方案。將BIM技術部分應用到涔天河水庫樞紐工程中，總體目標是為涔天河水庫建設管理方提供三維可視化、標準化、信息化的工程建設成果管理服務，打造水利數字工程，為今后建設智慧水庫，開展智慧運營管理、打造品質工程與國家創優創新工程打下堅實的基礎。

涔天河水庫智慧工程是在工程全面數字化基礎之上建立的可視化和可量測的智能化工程管理與運營，包括工程的信息數據基礎設施以及在此基礎上建立網絡化的工程信息管理平臺與綜合決策支撐平臺，為項目業主及工程各參與方提供智能數據庫和虛擬體驗式的可視化工程管理。

由于涔天河水庫樞紐工程前期設計、施工和管理采用的是常規傳統的工作方式，打造智慧水利、數字水利上存在短板，水利信息化建設總體投入不夠、發展不均衡，物聯網、云計算、移動應用和大數據等新技術在涔天河水庫工程中的應用程度不高，BIM等新技術未得到應用和推廣，離創建智慧水利工程還有一定的距離。目前，隨著涔天河公司對智慧水利工程建設的認識和重視程度的提高，圍繞后續的工程建設和運行管理，依托BIM技術、數字交付技術，涔天河水庫智慧水利工程建設的首要目標是要創建樞紐區工程三維精細化BIM模型、三維實景模型，定制開發基于BIM+GIS的數字樞紐工程云交付平臺。長遠目標是以此數字樞紐工程云平臺為基礎，將水文測報、灌區配水和調度管理、大壩閘門調度、庫區管理、電站運行監控、安全監測等自動化監控系統加入到平臺，最終形成涔天河水庫智慧運維管理系統，實現工程建設管理更加規范化、設備維護標準化、人員培訓高效化、工程調度科學化，提升工程管理水平、提高工程效益。現在，涔天河水庫樞紐工程常規設計、施工已基本結束，各類設計、施工資料齊全，為開展以BIM技術為核心的涔天河智慧水庫建設，實現各項應用目標奠定了基礎。

4 技術路線

涔天河智慧水庫建設在BIM技術應用的基礎上，基于工程全生命周期管理思想，應用物聯網技術、GIS技術以及“互聯網+”技術，通過應用BIM技術構建水庫樞紐工程與灌區工程的BIM設計模型，使BIM模型向著更加精準數字化的方向發展，同時還可以有效擴大BIM模型應用范圍。從BIM模型出發，通過分步實施設計施工一體化數字交付系統、智慧工程建設管理云平臺、智慧水庫運行管理平臺，在工程建設期及運營維護期廣泛進行BIM技術應用和工程建設與管理信息化服務，構建全方位數字化與智慧化工程。

5 主要建設內容

5.1 創建樞紐區工程三維精細化BIM模型

采用基礎設施領域國際領先的Bentley系列BIM軟件，創建涔天河水庫樞紐工程三維精細化BIM模型，包含有樞紐電站廠房、混凝土面板堆石壩、引水發電洞、1號泄洪洞、2號泄洪洞、放空洞、右岸灌溉引水洞、右岸渠首電站、右岸霧江滑坡體交通洞、左岸灌溉引水洞、左岸渠首電站、左岸跌水電站、左岸交通洞等建筑物，涉及水工、地質、金結、機電多專業三維模型。模型深度達到施工圖階段要求。

5.2 樞紐工程三維實景模型、效果圖及動畫視頻

通過無人機航拍傾斜攝影和三維實景建模技術，采集樞紐工程區航拍影像資料，并利用Bentley Context Capture軟件創建樞紐工程區的高清、真實的三維實景模型。

在航拍影像、三維設計BIM模型、三維地面模型、三維實景模型的基礎上，利用LumenRT、3DMAX、Premiere等軟件進行成果渲染和多媒體制作，形成高清、逼真、生動的媒體漫游視頻。為涔天河工程管理單位在辦公樓LED大屏，以及有關交流，會議提供形象宣傳素材。

5.3 基于BIM模型的數字樞紐工程交付平臺

在涔天河水庫樞紐工程BIM三維精細化模型的基礎上，定制開發基于GIS+BIM的云交付平臺，云交付平臺上整合樞紐工程區、水庫庫區DEM模型，以及樞紐工程地形、地質、土建、機電等全部三維精細化設計模型，按照工程建筑物類別、構件以及設備的分類，編錄和完善BIM三維模型屬性，同時錄入BIM各建筑物的結構、機電設計圖紙及相關的建設采購、施工信息（包括工作聯系單、照片、影像等），并與BIM模型中相應的構件一一對應掛接，形成完整的、三維可視化的樞紐工程設計與建設交付的信息平臺，為涔天河水庫打造數字樞紐工程打下基礎。

數字交付平臺提供全方位、從外至內、從宏觀全局到局部細節的三維可視化的樞紐工程交互性漫游、模型與屬性展示，以及樞紐工程設計圖檔與有關的建設信息的查詢、調用、匯總等功能，數字交付平臺提供PC端、智能終端等跨平臺的查詢應用。隨著涔天河水庫智慧營運管理和BIM技術應用深化，后期還可增加投入將平臺擴展至涔天河灌區工程的BIM模型以及數字交付管理，最終形成涔天河工程完整的工程建設信息交付管理與工程展示平臺。

數字交付平臺基于云架構，可為其他的管理系統提供接口，今后可加大投入擴展為基于BIM的工程運營維護管理的綜合性平臺。將水文測報、灌區配水和調度管理、大壩閘門調度、庫區管理、電站運行監控、安全監測等自動化監控系統加入到平臺，有效結合動態信息和數字模型。這種基于工程BIM模型的平臺能實現較為全面的功能，包括技術培訓、決策分析、水情預報、設備運行監控、工程漫游、綜合調度以及工程巡檢等，最終形成涔天河水庫智慧運維管理系統，為涔天河樞紐和灌區管理提供智能、智慧的工程管理與決策支持。將湖南省的一號水利工程打造成湖南省智慧水庫標桿工程，并為創建先進、一流的品質工程與國家創優創新工程創造新的條件。涔天河智慧水庫構建示意圖見圖1。

6 結語

圖1 涔天河智慧水庫構建示意圖

在水利水電工程項目全生命周期中，運營和維護階段的時間最長。傳統的運營和維護管理模式效率低下，在運營維護管理的過程中需要充分使用BIM技術，提供一個更加高效、更加便捷且能夠服務于各專業人員的管理平臺。

BIM帶來的標準化的數據格式，使得信息得以在項目全生命周期的各個階段順利傳遞、累積。BIM的空間信息也對運營維護的管理方式帶來了變革，能使用更多可視化的工具來增加效率。

以BIM為基礎建立的運營維護管理平臺對于提高工程運行管理有一定的效果，然而目前還不夠完善，系統還存在一定的不足，為了進一步提高工程運行管理的穩定性與效率，應當對“互聯網+”、大數據的應用等技術進行更深入的研究。