BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究

許哲峰

(深圳市東江水源工程管理處松子坑水庫管理所，廣東 深圳 518122)

0 引 言

BIM技術(shù)是基于計算機軟件，通過三維建模、數(shù)據(jù)接入措施，將工程建設(shè)管理的各項信息借助計算機信息管理平臺進行呈現(xiàn)，并基于這個建設(shè)項目的信息管理平臺，對水利工程建設(shè)項目進行信息化管理，挖掘并利用其中的有價值信息，為項目建設(shè)所涉及的設(shè)計方案、項目施工、輔助工程決策等提供參考，實現(xiàn)建設(shè)項目提質(zhì)增效的目的。與傳統(tǒng)建設(shè)項目相比，水利工程建設(shè)項目受到地質(zhì)條件、施工環(huán)境等影響，項目建設(shè)難度較大，且牽涉到基建、涵洞、壩體等子項目的建設(shè)，各個建設(shè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)難度大。因此，在水利工程項目建設(shè)實施過程中引入BIM技術(shù)不僅能夠提升建設(shè)項目的管理質(zhì)量，還有助于建設(shè)項目后期的運營維護，對發(fā)揮水利工程效益具有重要的作用。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1)可視化。可視化可以說是BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)項目中最突出的優(yōu)勢，構(gòu)建了建設(shè)工程可視化4D施工信息模型，具有更直觀、更精確的特點，能夠?qū)ㄔO(shè)施工項目施工圖進行精準(zhǔn)地還原。基于此模型，還可以對施工信息進行拓展，將與建設(shè)項目相關(guān)的信息納入其中，使得建設(shè)項目的參建人員可以實時地對各類施工信息進行查詢，方便了水利工程各參建單位以更加直觀便捷的形式對項目建設(shè)過程進行全方位了解，提升建設(shè)項目施工管理與信息交流效率。

2)模擬性。BIM技術(shù)的核心在于其能夠?qū)ㄔO(shè)項目實施過程中所涉及的材料、設(shè)備、工序、成本等因素進行前瞻性把控，并對建設(shè)項目施工的各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化處理，最終產(chǎn)生一個最優(yōu)的實施方案。通過熱量模擬等對建設(shè)項目的實施全過程進行模擬，從設(shè)計角度對建設(shè)項目的基礎(chǔ)施工內(nèi)容進行模擬，并以模擬的結(jié)果為施工提供更加科學(xué)合理的方案，此外，也可以在BIM的基礎(chǔ)上對建設(shè)項目進行5D模擬，實現(xiàn)對建設(shè)項目有效成本的控制。

3)協(xié)調(diào)性。因為水利項目建設(shè)涉及的參建單位較多，各層級的溝通協(xié)調(diào)復(fù)雜，BIM模型的應(yīng)用使得在水利工程項目建設(shè)實施前就能協(xié)調(diào)好各環(huán)節(jié)、各專業(yè)之間容易發(fā)生的碰撞問題，并將這些協(xié)調(diào)信息儲存在BIM數(shù)據(jù)庫中。

4)集成化。BIM模型將建設(shè)項目的信息進行了集成化處理，并以集成化信息管理平臺為基礎(chǔ)，對建設(shè)項目的施工進度、成本、安全、質(zhì)量等信息進行集成化管理，將建設(shè)項目各環(huán)節(jié)的信息進行記錄，便于建設(shè)項目參建人員進行檢查。

2 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

2.1 項目應(yīng)用背景

松子坑水庫位于深圳市龍崗區(qū)，工程區(qū)原狀為三座緊鄰的小(1)型水庫，分別是松子坑水庫、獺湖水庫和三角樓水庫，相互之間僅為山梁分隔。根據(jù)《深圳市供水水源修編規(guī)劃》和《深圳市水務(wù)發(fā)展十一五規(guī)劃》(2006)，為滿足深圳市用水調(diào)蓄要求，提出對松子坑水庫進行擴建。松子坑水庫擴建分兩期實施。一期項目建設(shè)內(nèi)容主要是把松子坑水庫、獺湖水庫進行合并，一期建設(shè)項目已于1996年實施完成。二期項目建設(shè)內(nèi)容主要是將三角樓水庫納入一期建設(shè)項目，一期擴建后，松子坑水庫正常蓄水位66.00m，死水位為50.00m，興利庫容2324萬m3。二期擴建后，水庫蓄水位與死水位未發(fā)生變化，水庫集雨面積4.96km2，興利庫容3303.7萬m3。

松子坑水庫在整個東部供水水源工程中，扮演著重要的角色，提高水庫的管理水平，實現(xiàn)水庫運行管理信息化、數(shù)字化和智能化，對保障東部的供水安全，有著重要的意義。

2.2 BIM在項目中的應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用內(nèi)容

1)構(gòu)建實時 BIM 模型。使用激光掃描或攝影測量技術(shù)，對建設(shè)項目現(xiàn)場的組件信息等進行收集，并基于處理系統(tǒng)將組件參數(shù)信息等與模擬BIM施工模型信息進行比對，并基于比對結(jié)果，對模型進行優(yōu)化調(diào)整，確保得出的模型組件為實時狀態(tài)，并最終計算得出建設(shè)項目的BIM模型。

2)輔助進度管理。基于建設(shè)完成的三維模型，對項目的建設(shè)進度進行實時的掌控，利用BIM模型中的工程量統(tǒng)計比對模型對應(yīng)工程量，進而實現(xiàn)對項目建設(shè)進度的控制，為項目之后的建設(shè)進度調(diào)整提供預(yù)測。

3)輔助成本管理。在水利工程項目建設(shè)實施的過程中，只需要將項目建設(shè)資金、資源信息等傳輸至模型中，就可以利用子信息模型與實際的項目建設(shè)進行對比。

4)生成構(gòu)建模型。項目完成后，將根據(jù)項目的具體實施修改實時模型。一方面，它可以確保實時模型反映建筑物的正確信息。另一方面，它刪除模型中不必要的信息，并保留建筑設(shè)備之類的信息,為以后的操作和維護提供數(shù)據(jù)支持，然后生成構(gòu)建模型。竣工模型可以生成竣工最終帳戶報告、竣工圖紙和其他數(shù)據(jù)。

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

1)數(shù)據(jù)層。實時BIM系統(tǒng)主要依靠激光掃描和攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集。通過激光掃描收集三維信息，依靠攝影測量技術(shù)并在現(xiàn)場拍照以獲取幾何信息，例如建筑構(gòu)件的形狀和位置，以及非幾何信息、材料類型。

2)處理層。處理激光掃描數(shù)據(jù)和攝影測量數(shù)據(jù)以與4D BIM模型的仿真進行比較，識別出測量數(shù)據(jù)并與模型中的數(shù)據(jù)進行匹配，然后使用仿真模型中的組件生成真實的時間BIM構(gòu)建模型。

3)應(yīng)用層。將仿真模型和實時模型的信息進行比較，可以有效地監(jiān)視和管理施工過程中的進度、資源、成本等。實時BIM模型包含有關(guān)施工過程所有維度的信息。此信息適用于管理人員以及參與項目建設(shè)的其他人員，他們可以使用信息或進行協(xié)調(diào)和溝通以提供便捷的服務(wù)，當(dāng)項目完成時，可以處理實時模型以生成完整的模型，為項目后續(xù)的操作和維護提供幫助。如圖1所示為基于 BIM 的水利工程施工管理平臺。

圖1 基于 BIM 的水利工程施工管理平臺

2.2.3 施工應(yīng)用流程

1)模擬BIM系統(tǒng)下的實施過程。考慮到項目建設(shè)實施設(shè)計階段的建設(shè)要求，模擬的BIM系統(tǒng)實施過程的建設(shè)包含了項目的設(shè)備和材料等信息，因此建設(shè)項目設(shè)計模型是直接處理獲得構(gòu)造模型。

2)創(chuàng)建4D BIM模型。首先，把設(shè)計完成的BIM模型做WBS分解，并將分解完成的建設(shè)項目中的每一個子部分進行WBS編碼，添加模型中缺少的技術(shù)、施工等信息，防止漏掉建設(shè)項目的關(guān)鍵信息，確保建設(shè)項目模型的完整性。

3)施工過程模擬。在模擬過程中如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，則將它們交付給設(shè)計部門進行修改和調(diào)整；如果存在不合理施工程序的設(shè)置等問題，將相關(guān)問題提交工程技術(shù)部，進行修改，然后再次進行施工過程仿真試驗，直到仿真結(jié)果滿足施工要求。

4)施工安全管理。通過安全培訓(xùn)來加深工人對施工技術(shù)的理解，自動識別和標(biāo)記等也可以識別施工過程中可能存在潛在安全隱患的部分，并根據(jù)此信息準(zhǔn)備施工安全管理計劃以改善安全管理。如圖2所示為基于BIM的水利工程施工應(yīng)用模式。

圖2 基于BIM的水利工程施工應(yīng)用模式

2.2.4 預(yù)期成果

本項目實施后，可以建立一個松子坑水庫的數(shù)字孿生模型，未來將模型接入到水庫管理平臺后，成為三維可視化、水庫運行調(diào)度、日常巡檢、資產(chǎn)圖檔管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的載體。模型效果類似如下工程案例：

圖3 大壩主體模型

預(yù)計可實現(xiàn)的應(yīng)用場景：

1)工程三維模型瀏覽：可以通過管理平臺，瀏覽整個工程的三維模型，通過三維模型，量取尺寸、調(diào)閱和模型關(guān)聯(lián)的資料，迅速了解整個工程。

2)設(shè)備控制：將管理平臺與現(xiàn)場設(shè)備進行關(guān)聯(lián)后，可以通過平臺，選擇模型中的特定設(shè)備，對其進行開關(guān)等操作。

3)信息查閱：將現(xiàn)場的監(jiān)測設(shè)備接入平臺后，在模型中選中該設(shè)備，即可調(diào)出該設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4)設(shè)備維護：在模型中選擇某設(shè)備，即可派發(fā)關(guān)于該設(shè)備的維修工單，并可調(diào)閱關(guān)于該設(shè)備的所有維修記錄、廠家信息、備品備件等。

5)監(jiān)控設(shè)備關(guān)聯(lián)：將現(xiàn)場的監(jiān)控探頭接入平臺后，在模型中選中該監(jiān)控探頭，即可調(diào)出該探頭的監(jiān)控畫面。上面所例舉的應(yīng)用場景，需要在水庫管理平臺內(nèi)實現(xiàn)，不包括在本逆向建模工程內(nèi)，本逆向建模工程只是建立BIM和GIS模型，為三維可視化和運行管理中產(chǎn)生的信息提供載體。

3 結(jié)論與展望

將BIM技術(shù)引入水利工程，能夠根據(jù)不同的環(huán)節(jié)需求進行模型精度的確定，使BIM模型不僅能夠滿足項目建設(shè)各環(huán)節(jié)的需求，還可以實現(xiàn)建設(shè)項目的數(shù)字化信息管理，提升管理水平與效率。就現(xiàn)階段而言，水利行業(yè)中已經(jīng)逐步形成了行業(yè)規(guī)范化的BIM工作流程，在設(shè)計、施工、運營階段都具有豐富的應(yīng)用成果。相信在不久的將來，BIM技術(shù)必將在水利工程建設(shè)項目中發(fā)揮更大作用。