BIM技術(shù)在塔里木河流域綜合治理中的應(yīng)用

翟福春，李新廣，韓偉，王龍

(1.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒，841000；2.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆 庫爾勒，841000；3.中國水電基礎(chǔ)局有限公司,天津，301700)

0 引言

現(xiàn)階段信息化、數(shù)字化、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)引發(fā)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)生革命性變化，以BIM為代表的工程信息化技術(shù)已成為建設(shè)、管理工程實(shí)際問題的重要手段，正推動(dòng)著工程建設(shè)管理模式的創(chuàng)新。

1 傳統(tǒng)模式下的水利工程建設(shè)管理弊端

現(xiàn)階段水利工程建設(shè)及管理參與單位多、專業(yè)分工細(xì)，易造成“信息孤島”，圖紙、過程資料等重要信息均以紙質(zhì)文件的形式保存，信息的交流及傳遞效率低。個(gè)別工程長期運(yùn)行后進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)，查閱修建期的資料無法獲得工程完整、真實(shí)的信息，主要有以下三方面弊端：

一是現(xiàn)階段施工圖紙以平、立、剖二維圖紙的形式來表達(dá)建筑的幾何尺寸，難以對其完全、真實(shí)表達(dá)，不同時(shí)期、不同人員在讀圖過程中易產(chǎn)生偏差。二是建造過程中的設(shè)計(jì)變更或其他重要變化信息一部分反應(yīng)在竣工圖紙中，一部分以文件、報(bào)告的形式反應(yīng)在管理文檔中，關(guān)鍵信息呈碎片化狀態(tài)無法共享，更無法將信息進(jìn)行有機(jī)組合。三是工程投運(yùn)后，根據(jù)運(yùn)行狀況會(huì)或多或少地進(jìn)行維修改造工作，隨著運(yùn)行期的增長，維修改造工作次數(shù)增多，而相應(yīng)維修改造信息不能及時(shí)完整的與工程總體相關(guān)聯(lián)，工程的質(zhì)量、安全狀態(tài)無法科學(xué)評價(jià)。

2 BIM技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

BIM是“abuildinginformation Modeling”的縮寫，中文為“建筑信息模型”，20世紀(jì)70年代起源于美國。BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，將工程全生命期的幾何、屬性和過程信息集成在一個(gè)數(shù)字模型中的工作模式，完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用，其應(yīng)用流程見圖1，主要有以下特點(diǎn)：

圖1 工程項(xiàng)目BIM應(yīng)用流程圖

①工程信息全面共享、實(shí)時(shí)更新。BIM以信息技術(shù)為核心，呈網(wǎng)絡(luò)狀覆蓋工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、使用的全過程，工程各方全部基于同一個(gè)模型進(jìn)行溝通與改進(jìn)，各專業(yè)據(jù)此進(jìn)行科學(xué)的管理和決策。②仿真模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)施工。利用計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)，將工程設(shè)計(jì)能直觀地以三維模型方式真實(shí)完整地呈現(xiàn)，所見即所得。通過碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)各專業(yè)中的“錯(cuò)、漏、碰、缺”。將模型與施工計(jì)劃相結(jié)合，形成具有時(shí)間過程的4D模型，可進(jìn)行施工模擬，對工程施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行方案比選。③信息完備。BIM將項(xiàng)目工程全階段、全要素的所有信息集成到一個(gè)模型中，不但形成可利用的工程大數(shù)據(jù)，還能使工程全生命期的可追溯信息連續(xù)遞增，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的信息一體化集成。

3 BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

目前BIM技術(shù)已在建筑、電力、石化、鐵路、交通等行業(yè)順利應(yīng)用，水利工程中的BIM應(yīng)用大部分僅處于設(shè)計(jì)階段(詳見表1)。

表1 部分水利工程 BIM 應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

BIM技術(shù)應(yīng)用應(yīng)貫穿于工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期，現(xiàn)階段中國水利工程BIM技術(shù)應(yīng)用主要集中在由技術(shù)力量雄厚的設(shè)計(jì)單位主導(dǎo)的投資大、規(guī)模大、技術(shù)復(fù)雜的工程項(xiàng)目上，其目的主要是提高設(shè)計(jì)效率。而對于施工技術(shù)人員及管理人員，因?qū)W習(xí)、財(cái)力成本較高，對BIM技術(shù)這樣的新事物接受比較困難，再加上BIM 推廣應(yīng)用的政策環(huán)境不成熟，中國水利工程行業(yè)體制不統(tǒng)一，缺乏完善的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用模式、規(guī)范等，導(dǎo)致普及率不高。

對于一些中、小型工程項(xiàng)目而言，因各地區(qū)、各行業(yè)發(fā)展水平不一，參建單位BIM技術(shù)應(yīng)用能力不一，BIM技術(shù)應(yīng)用應(yīng)以建設(shè)方、管理方需求為主，在項(xiàng)目實(shí)施期間可采用引入具有BIM技術(shù)應(yīng)用能力的技術(shù)單位或其他建筑行業(yè)的BIM工作室、BIM小組等形式來開展工程BIM應(yīng)用工作。

就如何應(yīng)用BIM技術(shù)，筆者在葉爾羌河民生引水樞紐除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目中以形成與實(shí)體工程一致的BIM模型，在希尼爾水庫除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目中利用BIM模型指導(dǎo)關(guān)鍵工序施工，進(jìn)行了初步嘗試，現(xiàn)將情況介紹如下。

3.1 BIM技術(shù)在葉爾羌河民生引水樞紐除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

民生引水渠首位于新疆巴楚縣境內(nèi)，工程規(guī)模為Ⅱ等大(2)型工程，該工程始建于1987年，1989年投入使用，除險(xiǎn)加固的主要方案為：對原進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固；拆除原臨時(shí)攔河壩，在主河道上新建7孔泄洪閘、溢流堰及導(dǎo)流堤。在除險(xiǎn)加固實(shí)施中，筆者深刻地體會(huì)到項(xiàng)目信息完備的重要性。在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，原竣工圖紙及資料反映出來的信息與工程實(shí)際情況不完全一致，特別是原基礎(chǔ)部分有很大出入。經(jīng)咨詢當(dāng)年的建設(shè)者及原運(yùn)管單位，當(dāng)年項(xiàng)目建設(shè)時(shí)因受施工工藝條件限制，部分工程發(fā)生了現(xiàn)場變更，還有部分工程在運(yùn)行期實(shí)施了大的維修改造，而這些信息均無記錄，造成現(xiàn)在實(shí)施除險(xiǎn)加固需逐步探明工程實(shí)際情況，再由設(shè)計(jì)單位重新出設(shè)計(jì)方案后實(shí)施，對工程的實(shí)施進(jìn)度造成很大影響。鑒于此，在此項(xiàng)目除險(xiǎn)加固后期提出利用BIM技術(shù)建立起工程真實(shí)完整的建筑模型，以供運(yùn)管單位在后期運(yùn)行及維護(hù)中能獲得相關(guān)信息。

如圖2所示，用Autodesk refit軟件按照竣工藍(lán)圖建立起“圖模一致”的建筑模型，模型可以直觀地反映工程整體實(shí)體效果，通過計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)展示可以清楚地了解基礎(chǔ)構(gòu)造、各復(fù)雜部位銜接情況，利用軟件的剖切功能可在模型任意部位、任意角度得到細(xì)部剖面模型如圖3，還可以生成CAD二維圖如圖4，并進(jìn)行詳細(xì)的尺寸標(biāo)注。

圖2 民生樞紐新建泄洪閘模型圖

圖3 細(xì)節(jié)剖面圖

圖4 CAD剖面圖

模型創(chuàng)建是BIM技術(shù)在水利工程中應(yīng)用的基礎(chǔ)，創(chuàng)建模型的軟件有很多種，無論用何種軟件創(chuàng)建，模型作為信息的載體，必須要包含各種幾何信息及非幾何信息，這才是模型的核心價(jià)值。

3.2 BIM技術(shù)在希尼爾水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

希尼爾水庫位于新疆庫爾勒市境內(nèi)，為Ⅲ等中型平原水庫，水庫總庫容9 800萬m3，壩體為砂礫石均質(zhì)土壩，壩長7 650 m，最大壩高20 m，壩基防滲主要為垂直鋪塑防滲形式。原設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了壩基滲透穩(wěn)定問題，且受當(dāng)時(shí)的施工技術(shù)條件限制，部分壩段防滲深度不夠，未達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范要求，水庫蓄水后，壩基滲漏較嚴(yán)重，需除險(xiǎn)加固，以確保水庫安全運(yùn)行及蓄水效益的發(fā)揮。

水庫除險(xiǎn)加固主要對壩基進(jìn)行防滲處理并與壩體防滲體系連為一體；重建壩后排水系統(tǒng)；拆除重建壩頂防浪墻。該工程的主要特點(diǎn)為：①壩基防滲處理采用CSM(液壓銑削攪拌技術(shù))施工，該施工技術(shù)在新疆乃至西北水利工程中為首例。②防滲墻頂部鋪設(shè)新膜與壩面原防滲膜連接采用焊、粘、錨固工藝，處理工藝復(fù)雜，是壩基防滲處理是否成功的關(guān)鍵。③壩后排水體填筑材料分級分層多，斜面平面縱橫交錯(cuò)，施工工序較復(fù)雜。

針對壩前鋪膜連接及壩后排水體填筑工藝、工序復(fù)雜的作業(yè)，利用BIM技術(shù)將每一個(gè)工序細(xì)節(jié)有邏輯的可視化展現(xiàn)出來，與施工人員共同施工，并根據(jù)現(xiàn)場情況優(yōu)化修改，進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)整合，圖5是最終確定的壩前新舊膜連接的詳細(xì)工序展示。

圖5 壩前新舊膜連接工序詳圖

圖6是壩后排水體填筑詳細(xì)工序展示。通過基于BIM的施工可視化模擬，可以讓工程參建各方“看得見”各工序的工作內(nèi)容及如何銜接，同時(shí)還可將各施工單元的施工時(shí)間、施工班組及質(zhì)量信息與對應(yīng)模型相關(guān)聯(lián)，確保施工質(zhì)量信息可查詢可追溯。

圖6 排水體填筑工序詳圖

4 總結(jié)與思考

BIM技術(shù)在建設(shè)工程中具有強(qiáng)大優(yōu)勢，可視化三維設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)“所見即所得”，參數(shù)化協(xié)同設(shè)計(jì)，可確保各專業(yè)之間、部門之間、工序之間的信息基于同一個(gè)模型進(jìn)行溝通與改進(jìn)，且一處變動(dòng)，全局隨之聯(lián)動(dòng)，大大提升了準(zhǔn)確率；模擬性 、優(yōu)化性在施工中可指導(dǎo)現(xiàn)場科學(xué)有序施工，提升安全、質(zhì)量、造價(jià)管理能力；在工程建設(shè)管理中管理與技術(shù)信息高度融合，確保信息的完整性，可實(shí)現(xiàn)工程檔案可視化、關(guān)聯(lián)化；運(yùn)維過程中能使工程全生命期的可追溯信息連續(xù)遞增，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的信息一體化集成，提高管理和決策的能力。

目前，國內(nèi)水電工程中的大型項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段或多或少應(yīng)用了BIM，施工階段逐步應(yīng)用。中、小型工程若要一步到位全面應(yīng)用BIM技術(shù)有一定的困難，筆者從實(shí)際工作中認(rèn)識(shí)到，BIM技術(shù)應(yīng)用可嘗試以建設(shè)管理或運(yùn)維需求為切入點(diǎn)，取得成效后，使項(xiàng)目業(yè)主和從業(yè)人員認(rèn)識(shí)到工程數(shù)據(jù)的重要性,認(rèn)識(shí)到BIM是水利行業(yè)的新機(jī)遇。以工程數(shù)字化為核心的工程全生命期管理，將為水利提質(zhì)增效和創(chuàng)新發(fā)展帶來無限可能。