山東水利勘察設計行業BIM應用現狀調查
——以山東省水利勘測設計院BIM應用為例

劉喜珠，李汶諭，王曉蕾

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013）

我國水利工程勘測設計已經形成了一套較為完備的體系，但這套傳統設計體系在應用過程中，還存在設計信息量表達不夠、專業間協調設計不夠、布置出現碰撞等“不完美”狀況。同時，現代工程實施和運行維護過程中，對工程各方面的信息要求越來越高，對水利工程設計提出了三維立體化信息的更高要求。這種“不完美”與“更高要求”的有效碰撞，成為促進我國水利工程勘測設計手段向前發展的強大推動力。

在此背景下，工程設計技術飛速發展，出現了BIM、GIS、BIM+、BIM+GIS等技術的應用。近十年，BIM技術在工程領域應用的報道鋪天蓋地，水利行業也逐漸采用BIM技術解決傳統設計中的問題。為了滿足水利市場發展需求，山東省水利勘測設計院（以下簡稱山東水院）、山東新匯建設集團有限公司（以下簡稱山東新匯）分別于2017年、2018年引入BENTLEY系列軟件，試水BIM設計領域。通過近2年的學習應用，山東水利設計BIM應用稍見成果，已成功在黃水東調二期、莊里水庫等工程項目上成功應用。山東勘察設計行業BIM應用逐步走上正軌，正逐步試水BIM+GIS等熱點應用技術。

1 BIM技術應用現狀

BIM技術以三維數字技術為基礎，搭建出集成了工程項目各階段相關信息的工程數據模型。在工程項目的不同階段，不同利益相關方通過在數據模型中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。水利是建設工程與機電安裝工程的結合體，通過BIM技術的應用，能夠集成項目全生命周期內各個階段不同類型的信息，解決大量信息的溝通、協調問題，建立項目功能和實體一體化的數字化模型，整合項目全生命周期內的全部建造信息，為設計、施工以及運營單位在內的各參建主體提供協同工作的基礎，構建基于BIM技術的水利工程建設全生命周期管理。目前，山東水利勘察設計行業在各設計階段BIM應用的現狀如下。

1.1 工程規劃階段

測繪專業利用衛星或無人機對場地進行快速實景建模。規劃設計專業運用BIM技術創建工程的概念模型，結合實景模型對設計方案進行優化調整，并進行相關工程量、社會經濟影響估算，并可通過VR技術進行身臨其境的工程場景瀏覽。目前，山東水院已在山東省黃水東調應急調水工程的宋莊閘區域運用傾斜攝影技術構建了不同工程方案區域的三維實景模型，以輔助項目選址，并探索實現了三維實景模型與工程BIM模型的無縫融合技術（如圖1所示）。

圖1 黃水東調二期宋莊閘實景建模

1.2 勘測設計階段

隨著勘測設計工作的逐步深入，在工程建設的可行性研究、初步設計、招標設計、施工詳圖設計等階段需要對概念模型進行逐步細化，并附加各種屬性信息、剖切成圖，以便于三維信息模型和二維施工圖紙一并移交給建設方。該階段，引進三維設計軟件的山東水院、山東新匯均實現了各專業間的BIM協同設計，通過各專業實時碰撞檢查、設計校審，大大降低了設計產品的差錯率，提高了設計產品的質量和信息內容。同時，為提高設計效率，山東水院依托華東勘測設計研究院有限公司各設計專業均不同程度對所購買的BIM設計平臺進行了二次開發，逐步實現了項目區域地質特性的數據庫編錄、地質三維模型的自動建立、分析和出圖；逐步實現了建筑結構、水工、水機、電氣、金屬結構、施工組織等專業的模塊化、參數化（如圖2所示）。結合山東省黃水東調應急調水工程、泗河紅旗閘除險加固工程、山東省莊里水庫工程、西藏湘河水利樞紐工程等項目應用積累，山東省級水利勘察設計單位實現了數字化三維協同設計，工程設計質量得到了大幅度提升。

圖2 閘墩參數化建模示意

工程勘察設計階段，設計單位提交可向工程參建各方移交的工程三維數字化模型，是數字化施工、監理、運維的必要數據準備。通過該階段建立的BIM數據模型，為施工、運維階段數據庫建立，統一管理勘察、設計、建模、分析中的工程數據奠定了基礎。

1.3 工程建設階段

在工程施工階段，監理、施工企業依據設計企業提供的三維信息模型開展建設與相關管理工作，進行制造與預拼裝、4D施工策劃、4D施工管理、結構狀態監控與動態更新、5D資源管理、數字化校驗與移交，建造完成后將真實反映建筑物的竣工模型和包含質量、設備、文檔等信息的數據庫移交到運維方。目前，我國大型水利水電項目施工均不同程度實現了數字化施工質量管理、施工過程實時監測等BIM+物聯網等技術的應用。山東省水利勘察設計單位努力實現了水利工程的施工過程、施工工藝的模擬，為施工單位提供了直觀、高效的施工組織方案，提高了設計交底效率。同時，逐漸嘗試依托水利設計BIM數據模型，為施工單位提供了BIM+的施工管理應用平臺。

目前，在西藏湘河水利樞紐工程中，山東水院探索實現了瀝青混凝土心墻壩的施工過程模擬，但施工組織的整體方案展示仍在探索。

1.4 工程運維階段

隨著國家對水利工程管理的重視加強，以及對水利信息化的加推，山東水利設計單位已意識到數字化管理的廣大市場需求，正在極力提高專業技能，拓展在該領域的市場地位。在該階段，試水依托設計院承攬的EPC項目，以施工階段移交的竣工模型為基礎，開發工程信息管理系統，探索了工程的數字化管理和虛擬仿真應用。比如，山東水利設計院積極與科技公司合作，進行丘陵區智慧水庫建設的相關關鍵技術研究。

BIM技術在設計行業已經得到廣泛的應用和推廣，隨著計算機技術的發展和技術瓶頸的突破，三維設計在水利行業的推廣也會越來越迅猛。

2 熱點應用技術及趨勢

隨著BIM應用逐步走向深入，單純應用BIM的項目越來越少，更多的是將BIM與其他先進技術集成或與應用系統集成，以發揮更大的綜合價值。BIM+GIS就是其中一種。對水利行業而言，GIS不僅可以進行各種信息的存儲、檢索、輸出，還可以通過一系列工具軟件進行流域與河網的提取、產匯流分析、洪水預報、風險管理和預警及洪水風險圖編制、水資源的管理，并可以通過三維模擬技術實時在線模擬洪水過程和洪災損失。GIS技術已成為水利行業中水文、移民、水保等專業的熱點應用技術。而且，GIS技術可聯合RS、GPS、物聯網、大數據等技術，對流域的地理環境、自然資源、生態環境、人文景觀、社會和競技狀態等各種信息進行采集和數字化管理、分析，以便于流域綜合信息和三維影像、BIM模型的管理應用。隨著三維GIS與BIM技術的不斷發展，BIM+GIS技術的應用必將成為水利勘察設計行業的應用趨勢。

山東水利設計單位正在以BIM+GIS技術為核心，積極探索搭建數字化工程管理平臺，聚合分散的現狀基礎地理數據、規劃數據、BIM模型數據、設計圖紙、物聯網數據、業務信息數據等，充分發揮數字工程BIM信息集成和共享的優勢，完成工程BIM設計數據的信息化、精細化、高效化、一體化的全流程管理。

3 結束語

在數字和互聯網環境下，將GIS、BIM、云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新一代信息技術與水利業務相結合，是時代發展的產物。為滿足水利工程市場發展需求，山東省級水利勘察設計院配備傾斜攝影、三維BIM設計相關軟件和設備，積極應對產業發展帶來的設計技術手段升級需求。同時，BIM、GIS等技術在水利工程中的應用，對水利勘察設計產品的質量、信息等產生了積極影響。