BIM 技術在大河水庫工程施工階段中的應用

李 成，王 奮，江 濤

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

0 引言

BIM 是建筑信息模型的英文簡稱，是指全壽命期工程項目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數(shù)字化表達[1]。它不是簡單地將數(shù)字信息進行集成，而是通過信息的集成，更深化的統(tǒng)籌應用數(shù)字信息，它支持規(guī)劃、設計、建造和運營的全過程利用數(shù)字模型進行應用[2]。

在水利工程中引入BIM 技術，不僅僅是對原有施工管理方式的一種創(chuàng)新，還是提高水利工程施工質(zhì)量和施工效率的有效手段，可更加有效的指導具體施工過程及提高施工管理水平，是當前水利工程領域研究的熱點[3-4]。

1 傳統(tǒng)水利工程施工存在的問題

傳統(tǒng)的建設和運維管理方式具有信息流通滯后、查閱困難、二維圖紙直觀性差、工程量核算效率低、出錯率高、工程款認定支付周期長、進度計劃管理滯后、偏差大、質(zhì)量、安全管理科學性低、運維管理效率低等問題，已經(jīng)難以滿足水利行業(yè)信息化飛快發(fā)展的要求。

2 BIM 技術相關概述

2.1 BIM 技術發(fā)展

在水利行業(yè)，中國水利水電勘測設計協(xié)會組織成立了水利水電BIM 設計聯(lián)盟，并已發(fā)布了水利水電工程信息模型設計應用標準、設計信息模型交付標準、信息模型分類和編碼標準、信息模型存儲標準等。在《中國水利水電勘測設計協(xié)會2019 年工作要點》中，明確提出“以BIM 為依托，提升行業(yè)信息化水平”，“持續(xù)推進水利水電BIM 標準建設，加強勘測設計BIM 標準的編制，研究施工和運行管理BIM 標準，推動制定全生命周期BIM 團體標準”，“推動BIM 技術在水利水電行業(yè)信息化發(fā)展中的應用，加快BIM 技術的自主創(chuàng)新和工程實踐。”

2018 年9 月，貴州省水利廳發(fā)布《關于印發(fā)〈貴州省水利工程質(zhì)量提升實施方案〉的通知（黔水黨[2018]94 號）》文件，明確提出了“BIM 技術在規(guī)劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用要加快推進，促成在全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)信息的共享，提高數(shù)據(jù)信息化管理，以便對項目策劃方案進行優(yōu)化，為項目實施方案的科學決策提供依據(jù)，從而不斷促進水利工程建設項目提質(zhì)增效。”

2.2 BIM 技術應用優(yōu)勢

BIM 技術的出現(xiàn)為解決傳統(tǒng)技術應用的不足和局限性提供了方案，同時可為推動水利水電工程領域施工環(huán)境多變、施工難度大、施工強度高的項目中BIM 技術應用提供一種解決方案。本項技術的核心是通過建立包含建筑物真實信息的三維建筑信息模型，以信息模型為基礎，可對工程項目功能特性及三維實體進行數(shù)字化表達，使得建設項目不同階段的不同參與方都可以在這個信息模型中獲取所需的信息，實現(xiàn)建設項目全生命周期的信息高效共享，提高建設項目全生命周期內(nèi)的管理效率，從而加快工程進度、提高工程質(zhì)量、減少工程成本、降低工程風險。BIM 技術基于三維可視化、參數(shù)化建模、組織協(xié)同、數(shù)據(jù)集成等功能，為水利水電工程的建設管理提供了全新的方式。

3 BIM 技術在水利工程中的應用案例

3.1 工程介紹

都勻市大河水庫工程為中型水庫，工程由大壩樞紐、供水工程兩部分組成。大壩樞紐主要建設內(nèi)容有碾壓混凝土雙曲拱壩、廊道、壩頂自由溢流表孔、沖砂底孔、護坦、取水口等組成。總庫容4 376 萬m3，最大壩高105 m。

本項目在前期設計階段已成功應用BIM 技術進行了三維設計，基本實現(xiàn)了水工、機電、金結、施工等專業(yè)間的協(xié)同。施工階段的深化應用，將在后面進行簡要介紹。

圖1 碾壓混凝土大壩BIM 設計圖

3.2 施工布置三維系統(tǒng)及場地規(guī)劃

（1）地形模型建立

采用Bentley GEOPAK Site 生成地形模型，然后進行后期的工程設計，如土方開挖、道路設計以及場地平整等。同時，對工程的排水系統(tǒng)，道路系統(tǒng)進行提前策劃布局。對其他臨建設施如塔吊、起重機等施工元素的布置根據(jù)施工進度提前進行統(tǒng)籌策劃。

圖2 大壩基礎開挖三維設計圖

（2）施工階段場地動態(tài)管理

根據(jù)施工各階段特點，可對場內(nèi)布置提前進行方案策劃，并做方案推演，以便得到最優(yōu)的場地布置實施方案，使得場地使用效率得到實質(zhì)性的提高，二次布置導致的費用增加得到一定程度的減少。下圖為大河水庫工程斜層碾壓真實施工場景布置，830～898 m 高程，非溢流壩段采用倉外自卸汽車、負壓溜管和倉內(nèi)自卸汽車運輸結合的方式施工。

圖3 大壩▽860 高程真實施工場景模擬圖（1）

圖4 大壩▽860 高程真實施工場景模擬圖（2）

3.3 施工工藝流程模擬

大河水庫工程碾壓混凝土壩，澆筑上層混凝土前，先在下層鋪筑一層砂漿，然后采取不同運輸方案運輸混凝土入倉。平倉機（推土機）將料進行均勻攤鋪，振動壓實機（壓路機）對料按照設計要求進行壓實。振動切縫機對位擬切縫位置，切縫至設計深度。切縫完成后，振動壓實機再沿切縫部位無振碾壓兩遍。

3.4 施工4D 模擬仿真及進度優(yōu)化等方面

圖5 碾壓混凝土倉面施工工藝流程圖

圖6 碾壓混凝土壩倉面施工BIM 流程圖

圖7 進占法及后退法施工BIM 模型圖

在工程施工時，尤其對于水利工程，合理安排枯水期施工，豐水期排水，水利工程基本上都是在趕工期，與時間賽跑，在這有限的時間內(nèi)，怎樣合理安排進度，關系到整個工程的完工時間和成本。通過BIM，我們可以根據(jù)實際的工程模型來監(jiān)督工程進度，對于安排不合理的部分，可以在不影響整個工程進度及自身安排的前提下，合理調(diào)整該部分的進度。同時，BIM 也可以解決多個工作面交叉施工的問題。BIM 模型經(jīng)過施工過程精細化處理后與施工進度計劃信息相關聯(lián)，以此將三維空間信息與時間信息進行整合，可以更直觀、精確的在一個可視的4D 模型中得到整個工程工作面的施工全過程。

大河水庫碾壓混凝土大壩施工進度模擬，根據(jù)碾壓混凝土大壩的施工特點進行模型的建立，進度模擬每倉澆筑時間為13 d。首先根據(jù)大壩高程對大壩進行分倉，大河水庫碾壓混凝土大壩壩高為103 m，把大壩分為35 倉，在施工進度模擬進行之前按照大壩分倉圖進行模型的建立，模型建立完成之后通過Autodesk Naviswork 進行大河水庫碾壓混凝土大壩的模擬。

圖8 碾壓混凝土大壩進度模擬圖（一）

圖9 碾壓混凝土大壩進度模擬圖（二）

3.5 其它

本工程還從采購管理、技術管理、質(zhì)量管理、環(huán)境和職業(yè)健康安全管理、費用管理、檔案管理、溝通管理、品牌建設等方面，結合公司在工程總承包業(yè)務的工作范圍、工作內(nèi)容和深度，應用了BIM 技術進行管理。

4 結語

（1）BIM 技術在施工階段中的應用目前已經(jīng)是比較成熟和成功的，從推廣應用層面，要能更加扎實推進BIM 解決實際施工問題，提高施工管理水平，推進施工階段的深化應用。

（2）在采購、施工等階段運用BIM 技術協(xié)調(diào)項目參建各方，提高工程建設整體管理水平，研發(fā)基于BIM+GIS 的水利水電工程建設和運維管理平臺，開展典型工程應用示范，與已有的BIM 協(xié)同設計技術結合，實現(xiàn)BIM 技術在規(guī)劃、勘察、設計、施工和運營維護等方面全過程的集成應用是今后一段時間研究的重點[5]。