建設優質工程 打造美麗出山店

文｜高英 白勇

BIM 技術自2004年引入中國，憑借其直觀形象、集成度高、協作充分等諸多優點，在建筑、鐵路、公路、市政等工程基礎設施領域取得了快速發展，呈現出中國尊、京雄城際鐵路、港珠澳大橋等一批BIM 應用優秀案例。與此同時，水利行業經過十多年的BIM 應用實踐，也已經從最初的單專業、單階段、企業級應用，逐步擴展到多專業、多階段、多參與方應用，并先后涌現出諸多優秀的BIM 應用案例。但將BIM 技術貫穿于工程的設計、施工、運維全生命期，將BIM 與無人機、物聯網、移動互聯網等技術融合應用，形成集成化、平臺化的信息化管理系統的項目，在國內水利行業仍然較為鮮見。基于此，本文依托出山店水庫工程，總結了水庫工程全生命期BIM 應用和信息化管理解決方案，可為相關從業者和類似工程提供參考。

設計階段BIM 應用

出山店水庫是國務院確定的172 項重大水利項目之一，位于河南省信陽市境內，壩址在京廣鐵路以西14km 的出山店村附近，距信陽市約15km。作為《淮河流域防洪規劃》確定的以防洪為主的大型控制性工程，出山店水庫是歷次治淮規劃中在淮河干流上游修建的唯一一座大（1）型水庫。出山店水庫工程以防洪為主，結合供水、灌溉，兼顧發電等綜合利用。工程主要建筑物包括土壩段、混凝土壩段（包括溢流壩段、泄流底孔壩段、電站壩段、非溢流壩段）、南灌溉洞、北灌溉洞、電站廠房。

協同設計。出山店水庫工程基于ProjectWise協同管理平臺（見圖1），在同一環境、同一標準、同一流程下并行完成各專業的設計工作，項目資源與信息得到了實時共享和更新，錯、漏、碰等設計缺陷得到有效避免，規范了工作流程、提高了產品質量。針對該項目特點，制定了文件命名規定、BIM 建模規定、模型交付標準等一系列標準，為項目文檔的有效管理、文檔的有序引用（參考）、提供高質量設計成果等方面奠定了良好的基礎。

圖1 ProjectWise 協同管理平臺

模型創建。為快速有效地創建工程各專業模型以及整體模型，設計人員基于同一平臺、同一模型、同一環境的理念，制定了模型創建和組裝的規則次序，即首先利用BIM 建模系列專業軟件完成各自專業的信息模型，然后進行專業模型組裝，隨后將單項工程的模型進行組裝，最后把所有模型進行總裝，形成工程的完整BIM 模型（見圖2）。

圖2 各專業BIM 模型

仿真分析。利用BIM 軟件建模快速、方便、精確的特點，將溢流壩段三維模型導入三維數值計算軟件，進行材料屬性賦予、三維有限元網格剖分、物理邊界條件界定義及計算分析，充分發揮兩種軟件各自的特點和優勢，對出山店水庫溢流壩段進行應力應變分析，并根據計算結果對溢流壩段斷面進行了合理優化。

碰撞檢測。利用導出的iModel 輕量化模型進行三維校審，通過Navigator 軟件對電站總裝模型進行碰撞檢測（見圖3），共發現、修復碰撞點50 余處，有效減少了項目后期變更。

圖3 碰撞檢測

工程算量。借助Bentley 軟件算量模塊，設計人員快速、精確的提取了主要工程量（見圖4），尤其是復雜大壩基礎開挖，開挖方量精度達到了分米級，有效解決了水庫工程土石方量計算精度低的問題。

模型出圖。依托該工程開發了一套圖紙標注工具集，標注工具集基于Bentley 軟件應用VBA 語言進行二次開發，將一些常見的視圖符號、折斷線、指北針、水流符號、連接符號、對稱符號、標高符號、坡度符號、引線標注、剖切符號，按照《水利水電工程制圖標準 基礎制圖》要求集成到ABD 軟件中。標注工具集縮短圖紙標注時間約30%，同時也使整個工程的圖紙標注標準、統一。

施工階段BIM 應用

出山店水庫工程在施工階段應用BIM、GIS、移動互聯網、計算機編程等技術，開發了出山店水庫建設期綜合管理平臺（見圖5）。該平臺集成了BIM 模型管理、質量管理、安全管理、進度管理、施工模擬等功能模塊，提升了出山店水庫工程的施工階段信息化管理水平，助力“建設優質工程，打造美麗出山店”目標早日實現。

圖5 建設綜合管理平臺

模型管理。將輕量化BIM 模型發布到管理平臺，項目參建各方能夠在線瀏覽工程全貌，可以方便查詢各建筑物的設計參數，增加對工程各關鍵部位功能理解認識。同時將設計圖紙和BIM 模型掛接，可方便的查看模型所對應的圖紙。模型管理見圖6。

圖6 模型管理

質量管理。質量管理模塊主要由質量體系、質量評定、質量管理活動等組成。質量體系包括質量領導小組成立文件、人員組成、機構設置、規章制度等；質量評定可在線填寫單元工程、分部工程、單元工程質量評定表，并根據評定結果可統計各分部工程、單元工程合格率及優良率，還可對參加質量評定人員進行追溯；質量管理活動主要對重要質量會議紀要、質量抽檢記錄等內容進行在線管理。質量管理見圖7。

圖7 質量管理

安全管理。安全管理模塊主要包括建設期間對施工場區的安全巡視、隱患排查、專項檢查、安全活動、危險源清單、應急演練、應急預案文明工地等方面的在線管理。安全管理見圖8。

圖8 安全管理

進度管理。將單位時間跨度內完成的工程量上傳，綜合管理平臺可自動對工程量和投資進行統計分析，并以橫道圖、餅狀圖、柱狀圖等形式顯示，能夠使工程各參建單位直觀了解、管控整個工程的進度投資情況。進度投資管理見圖9。

圖9 進度管理

4D 施工模擬。將BIM 模型與時間關聯，實現了溢流壩段任意施工節點的進度查詢，當大壩填筑到一定高程時，點擊暫停按鈕，則顯示當前施工節點的工程量、工期、投資信息，為溢流壩段施工進度管控提供了重要參考。溢流壩段4D 施工模擬見圖10。

圖10 4D 施工模擬

運維階段BIM 應用

運維階段，出山店水庫工程應用BIM、GIS、無人機傾斜攝影等信息技術，開發了設備巡查、安全監測、防洪度訊、移民管理等信息化系統，實現了出山店水庫工程運維管理的信息化。

安全監測。基于BIM 的工程安全監測系統（見圖11），包含了位移、應變、滲壓等970 多支安全監測儀器模型，系統可實現監測數據的自動采集，可對監測數據進行自動分析，并對異常的數據進行自動報警等功能，為工程運維階段安全監測提供了有力保障。

在沒有碾壓成型并冷卻的道路上，壓路機不得轉彎，掉頭或停車。在已經成型的路面上行駛時，震動壓路機的震動功能應保持關閉狀態。

圖11 工程安全監測

設備巡查。結合出山店水庫工程設備巡查維護要求，項目團隊開發了機電設備巡查監管系統（見圖12），該系統實現了巡查計劃制定、問題發現、問題上報、問題處理等全過程、全流程的設備巡視巡查信息化管理。

圖12 移動端巡查App

防洪度汛。基于BIM 和GIS 的防洪度汛系統（見圖13），能夠實時獲取庫區雨量站、水文站的水雨情信息，并在線計算、分析、預報某一時間段內庫區洪峰流量，可視化展示某一時段內洪水推進過程，為工程運維階段安全度汛提供決策支持。

圖13 洪水模擬

移民管理。利用無人機傾斜航飛，該項目制作了工程16 處移民安置點360 全景（見圖14），全面直觀的展示移民工作的形象風貌，對移民安置管理起到較好的輔助作用。

圖14 移民管理

基于對BIM 技術在出山店水庫工程全生命期各階段的應用內容和效果進行全面的梳理和總結，可以發現，在設計階段，基于ProjectWise 協同管理平臺完成BIM 模型創建，應用BIM 模型進行仿真分析、碰撞檢測、工程算量、模型出圖，提高了設計質量、降低了人力成本。

施工階段依托建設期綜合管理平臺，借助BIM 技術實現了質量、安全、進度等全要素管理，提升了出山店水庫工程的施工階段信息化管理水平。

運維階段基于BIM 的設備巡查、安全監測、防洪度汛、移民信息可視化管理、移民管理等，使出山店水庫工程運維信息化、智能管理再上一個新臺階。

總結而言，出山店水庫工程將BIM 技術應用到工程全生命期，并結合GIS、無人機傾斜攝影、互聯網、計算機網絡等技術，提出水庫工程全生命期BIM 應用和信息化管理解決方案。設計階段基于BIM 開展正向設計，提高設計質量；施工和運維階段開發建設期綜合管理平臺、設備巡查、安全監測、防洪度訊、移民管理等系統，顯著提高了施工和運維階段信息化管理水平。將BIM 技術貫穿于出山店水庫工程設計、施工、運維全生命期，積累了成套技術，取得了良好的經濟及社會效益形，形成了行業示范效果。