水利工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用探析

趙鵬

(蘭陵縣水利建筑安裝公司，山東 臨沂 277700)

建筑信息模型(BIM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)建設(shè)方式從二維向三維數(shù)字化轉(zhuǎn)變的革命性變革，將信息化、數(shù)字化技術(shù)貫穿于建筑建設(shè)的全生命周期。隨著B(niǎo)IM技術(shù)在建筑行業(yè)領(lǐng)域不斷向縱深發(fā)展，水利工程對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。水利工程施工具有難度大、涉及范圍廣、專業(yè)要求高、施工條件惡劣等特點(diǎn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以充分借助其可視化、協(xié)同性、模擬性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，優(yōu)化施工布置，實(shí)施施工模擬，強(qiáng)化施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等各方面的管控，實(shí)現(xiàn)施工各環(huán)節(jié)的協(xié)同高效完成，提升水利工程施工建設(shè)綜合效益?，F(xiàn)階段，水利工程施工中BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐案例相對(duì)較為不足，加強(qiáng)應(yīng)用探析，對(duì)于促進(jìn)BIM技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用具有重要意義。

1 水利工程施工特點(diǎn)

1.1 受自然環(huán)境影響大

水利工程職能作用的特殊性決定了工程建設(shè)地理環(huán)境的復(fù)雜性，其多位于江河或山谷地帶，地質(zhì)條件特殊，水文氣象、地形地貌復(fù)雜，自然環(huán)境對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生直接影響，同時(shí)增加了施工建設(shè)的復(fù)雜性和困難度。

1.2 涉及范圍廣泛

水利工程建設(shè)涉及范圍非常廣泛，包括生態(tài)環(huán)境、工程技術(shù)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及政治等多個(gè)方面，牽涉的部門行業(yè)范圍廣且多，在很大程度上增加了水利工程建設(shè)實(shí)施的復(fù)雜性。

1.3 施工條件惡劣

水利工程中，水工建筑物在施工建設(shè)中，都會(huì)受到施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的水文地質(zhì)和氣候環(huán)境的影響，并且大多數(shù)水工建筑物還需要承受水的沖擊、滲透、推力和浮力等力的作用。因此，水利工程施工條件非常復(fù)雜，惡劣的施工環(huán)境也增加了施工難度。

1.4 專業(yè)要求高

水利工程中，還涉及到非常多的附屬工程，其具有較高的專業(yè)性。同時(shí)，水利工程建設(shè)質(zhì)量要求高，一旦發(fā)生問(wèn)題則可能造成難以估計(jì)的損失。因此，對(duì)水利工程施工中各專業(yè)均提出了高質(zhì)量要求，以確保達(dá)到水利施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 政府參與多

水利工程是我國(guó)公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分，其具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義，是利國(guó)利民的重要建設(shè)項(xiàng)目。同時(shí)，水利工程建設(shè)周期長(zhǎng)、資金需求量大。因此，水利工程建設(shè)多以政府為主導(dǎo)的政府投資行為，政府參與多。

2 BIM技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，能夠通過(guò)整合工程信息，建立立體化工程模型，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全生命周期的可視化。同時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)還可以根據(jù)工程項(xiàng)目參建各方主體不同以及建設(shè)階段不同，實(shí)現(xiàn)建筑信息共享，實(shí)時(shí)提取、修改、增加、更新項(xiàng)目信息，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)管理的有效協(xié)同。

1)模擬碰撞與優(yōu)化。水利工程施工中，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程全方位、全過(guò)程的模擬，通過(guò)建立水工建筑物、建筑構(gòu)件、平面布置、施工管理等BIM模型，可以在模型中進(jìn)行直觀的模擬碰撞檢測(cè)，并以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)化管理，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工可能存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，保障施工質(zhì)量和安全，并且科學(xué)控制施工進(jìn)度與成本。

2)立體可視化。通過(guò)對(duì)水利工程項(xiàng)目建設(shè)信息進(jìn)行全面系統(tǒng)的整合，結(jié)合施工要求及特點(diǎn)，可以建立工程立體可視化的BIM模型。同時(shí)，通過(guò)統(tǒng)一信息化平臺(tái)，參建各方可以利用平臺(tái)登錄系統(tǒng)，直觀獲取工程項(xiàng)目整體或部分建筑物、構(gòu)件的模型，并通過(guò)各專業(yè)碰撞檢測(cè)，及時(shí)溝通交流，改進(jìn)優(yōu)化模型，有效提升信息傳遞效率，降低二維向三位轉(zhuǎn)化過(guò)程中信息傳遞誤差造成的返工等情況。

3)全生命周期貫穿。工程建設(shè)中，在統(tǒng)一的建模軟件和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)之下，同一個(gè)BIM模型應(yīng)用可以貫穿工程建設(shè)的全生命周期，包括從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段到最終的運(yùn)維階段。參建各方只需要根據(jù)自身建設(shè)目標(biāo)要求及實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行合理修改，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目全過(guò)程的模擬設(shè)計(jì)規(guī)劃。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

相較于房建工程，水利工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的起步時(shí)間較晚，應(yīng)用范圍較為狹窄。同時(shí)，由于水利工程施工復(fù)雜性、困難度較高，BIM技術(shù)在實(shí)際推廣應(yīng)用中面臨的困難也較多，推廣速度緩慢。但目前，在已有的實(shí)踐與研究中，已經(jīng)證明了BIM技術(shù)在水利工程施工中具有良好的應(yīng)用效果，部分大型水利工程項(xiàng)目及重點(diǎn)工程領(lǐng)域中對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用取得了良好成效。如，某大型水利工程施工中應(yīng)用BIM技術(shù)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，提高了設(shè)計(jì)效率，并在正式施工前為參建各方提供了可視化工程建設(shè)各環(huán)節(jié)的展示，為后期工程建設(shè)提供了重要參考。BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程建設(shè)全過(guò)程的有效控制，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)保障施工質(zhì)量與安全，控制施工進(jìn)度與成本等目標(biāo)。

1)施工協(xié)調(diào)優(yōu)化。運(yùn)用BIM技術(shù)建立水利工程三維模型，從而為施工單位與監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方、業(yè)主方、材料設(shè)備供應(yīng)方以及相關(guān)單位等多部門溝通協(xié)調(diào)提供統(tǒng)一平臺(tái)，同時(shí)通過(guò)立體可視化模型，還可以有效提高各方溝通效率，實(shí)現(xiàn)施工各方的有效協(xié)同。

2)施工管理優(yōu)化。在BIM技術(shù)應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目的全方位管理，通過(guò)在BIM模型中進(jìn)行動(dòng)態(tài)化模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目施工中存在的問(wèn)題，并與相關(guān)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，為具體施工提供可靠依據(jù)。同時(shí)，運(yùn)用BIM模型進(jìn)行復(fù)雜施工部分的技術(shù)交底、安全交底，可以為一線施工人員提供更加可靠與直觀的指導(dǎo)，提高施工管理效率，提升施工質(zhì)量，轉(zhuǎn)變施工現(xiàn)場(chǎng)管理的粗放性和盲目性導(dǎo)致的問(wèn)題，為工程建設(shè)順利開(kāi)展提供有效保障。

3)施工工序優(yōu)化。在施工前，通過(guò)在BIM模型中進(jìn)行施工模擬，尤其對(duì)于施工復(fù)雜部分進(jìn)行施工方案模擬和直觀展示，結(jié)合施工進(jìn)度要求進(jìn)一步優(yōu)化施工工序，確定最優(yōu)化的施工方案，既可以有效提升施工效率，同時(shí)還能夠有效避免返工，降低施工成本浪費(fèi)問(wèn)題。

4)施工進(jìn)度及成本控制。在建立完成水利工程三維BIM模型的基礎(chǔ)上，可以增加時(shí)間維度，建立工程4D模型；同時(shí)增加工程量、工程造價(jià)等信息，還可以建立工程5D模型，從而直觀全面的呈現(xiàn)工程各階段施工實(shí)際情況，合理確定工程節(jié)點(diǎn)，綜合考慮施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等各個(gè)方面，優(yōu)化調(diào)整得到最佳施工方案，將施工進(jìn)度及成本控制在合理范圍。

3 水利工程施工中BIM技術(shù)的具體應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)總體布置

在水利工程施工中，運(yùn)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工組織設(shè)計(jì)總平面優(yōu)化布置，通過(guò)水工、建筑、機(jī)電等各方面可視化建模，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際完成布置模型。在施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)BIM模型，可以快速全面的了解工程建設(shè)整體概況及局部具體設(shè)置，同時(shí)通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)化處理，輸出高清圖片，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)漫游，輸出圖像、視頻文件。

3.2 施工仿真模擬

通過(guò)BIM模型，同時(shí)結(jié)合運(yùn)用各類軟件，可以對(duì)工程施工重難點(diǎn)、施工工藝技術(shù)以及工程運(yùn)行進(jìn)行仿真模擬。通過(guò)施工仿真模擬，施工技術(shù)人員可以進(jìn)行施工方案的優(yōu)化，同時(shí)進(jìn)行可視化技術(shù)交底和安全交底，確保施工人員思想同步，提高施工管理水平，實(shí)現(xiàn)施工目標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)工程運(yùn)行情況進(jìn)行仿真模擬，還可以根據(jù)水文、氣象等自然條件合理優(yōu)化施工技術(shù)，提高水利工程施工質(zhì)量。

3.3 施工進(jìn)度管理

根據(jù)工程合同確定的施工進(jìn)度，結(jié)合BIM模式進(jìn)行施工進(jìn)度規(guī)劃，將其與BIM進(jìn)度管理系統(tǒng)相結(jié)合，在施工中，根據(jù)不同施工階段將相關(guān)資源投入量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算分析，從而使相關(guān)人員加強(qiáng)圖紙理解，直觀掌握工程量和計(jì)劃控制方案實(shí)施情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的數(shù)字化分析，并以此為依據(jù)進(jìn)行施工進(jìn)度管理，加強(qiáng)施工進(jìn)度控制。

3.4 施工質(zhì)量與安全管理

利用BIM模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)各類生產(chǎn)要素的全面控制。在施工質(zhì)量控制中，能夠明確定位質(zhì)量目標(biāo)，并根據(jù)其實(shí)現(xiàn)整改到位，同時(shí)也可以將相關(guān)資料進(jìn)行全面整理歸檔，作為質(zhì)量管理的重要依據(jù)。同時(shí)，利用BIM模式還可以對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行準(zhǔn)確全面的識(shí)別，并對(duì)其實(shí)施動(dòng)態(tài)化管理，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全策劃，完善物理防護(hù)手段，避免出現(xiàn)防護(hù)漏洞引發(fā)安全事故，提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理水平。

3.5 設(shè)備與材料管理

BIM模型中包括工程建設(shè)各方面信息，根據(jù)不同的施工部位，可以直接獲取相應(yīng)的材料及設(shè)備詳細(xì)列表。在施工前，可以根據(jù)材料及設(shè)備信息制定詳細(xì)的成本估算，從而為施工材料及設(shè)備的采購(gòu)提供依據(jù)。同時(shí)，工程管理人員可以按照施工計(jì)劃，對(duì)材料及設(shè)備信息進(jìn)行整理，制定合理的材料設(shè)備采購(gòu)及進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃，保證材料供應(yīng)及時(shí)，同時(shí)避免材料堆積造成的浪費(fèi)問(wèn)題。

3.6 工程計(jì)量及成本控制

BIM技術(shù)在工程計(jì)量方面具有突出優(yōu)勢(shì)，利用BIM模型對(duì)工程各部進(jìn)行拆分合并，將滿足工程計(jì)量支付的內(nèi)容與相關(guān)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和附加，同時(shí)通過(guò)BIM軟件自動(dòng)生成報(bào)表功能得到自動(dòng)統(tǒng)計(jì)完成的工程量和支付金額。并且還可以為計(jì)量支付審核提供可靠依據(jù)，提高審核效率，達(dá)到控制工程成本的目的。

4 BIM技術(shù)在水利工程施工中的實(shí)際應(yīng)用分析

4.1 工程概況

某工程為大(2)型水利工程，承擔(dān)當(dāng)?shù)胤篮椤l(fā)電、灌溉等重要功能。工程建設(shè)內(nèi)容主要是在原有攔河閘基礎(chǔ)上進(jìn)行重建，屬于重建工程，由土壩、攔河閘、跨船閘工作橋等多個(gè)單體工程構(gòu)成，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)。本工程施工建設(shè)全過(guò)程運(yùn)用BIM技術(shù)，取得了良好效果。

4.2 BIM技術(shù)在工程中的具體應(yīng)用

4.2.1 施工區(qū)域布置

本工程中，利用Revit軟件的族、概念題量、內(nèi)建模型等功能，結(jié)合BIM建模標(biāo)準(zhǔn)，完成工程BIM模型參數(shù)化建模(如圖1)。同時(shí)，利用Navisworks軟件對(duì)模型進(jìn)行漫游，通過(guò)碰撞監(jiān)測(cè)、施工仿真模擬等，提前發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地及施工機(jī)械設(shè)備等主要內(nèi)容布置存在的沖突問(wèn)題，合理規(guī)劃施工物料堆放位置，優(yōu)化施工物料運(yùn)輸路線，節(jié)約用地，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)化布置，提高現(xiàn)場(chǎng)安全性和施工效率。

圖1 工程BIM模型效果圖

4.2.2 施工導(dǎo)流分析

在本工程施工前，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行了導(dǎo)流設(shè)計(jì)。利用Civil 3D軟件對(duì)匯水、流域、高程、坡度等進(jìn)行了分析，計(jì)算得出相應(yīng)的容量曲線，同時(shí)搭配運(yùn)用SSA對(duì)水文進(jìn)行了初步分析，包括降雨及洪水過(guò)程進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)，合理確定了導(dǎo)流建筑物。同時(shí)，在施工過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，可以隨時(shí)對(duì)導(dǎo)流能力進(jìn)行分析，對(duì)導(dǎo)流變更情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警提示。

4.2.3 建立標(biāo)準(zhǔn)化三維協(xié)同環(huán)境

根據(jù)工程項(xiàng)目相關(guān)規(guī)范要求，建立統(tǒng)一坐標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。根據(jù)不同專業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目分配，并且各專業(yè)共同進(jìn)行項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)，完成后進(jìn)行模型總裝與檢查，最終確定好綜合模型，并以此為基礎(chǔ)抽取二維圖紙，計(jì)算工程量。

4.2.4 施工仿真模擬

施工仿真模擬是驗(yàn)證施工方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件以工程實(shí)際要求進(jìn)行施工方案最優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程。在本工程中，施工仿真模擬主要借助Navisworks軟件進(jìn)行。將BIM模型從Revit中導(dǎo)出文件，并形成.nwc格式，然后將對(duì)應(yīng)模型圖和施工進(jìn)度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，再利用Navisworks軟件中TimeLiner工具完成施工模擬，從而為施工管理人員實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)，施工人員提高施工方案的理解等提供有效依據(jù)。同時(shí)，該工具還可以通過(guò)對(duì)單元開(kāi)始施工、施工過(guò)程到完成施工各階段外觀進(jìn)行直觀展示，從而使施工人員更加直觀形象的了解不同施工階段可以達(dá)到的效果，以及施工進(jìn)度計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度可能產(chǎn)生的差異，為優(yōu)化施工進(jìn)度安排提供依據(jù)。

4.2.5 工程量統(tǒng)計(jì)

本工程中，通過(guò)建立準(zhǔn)確的地形模型、房屋建筑模型、機(jī)電模型、金屬結(jié)構(gòu)模型等，將樞紐建筑物、金屬結(jié)構(gòu)以及機(jī)電安裝等工程量完成自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)，并自動(dòng)生成報(bào)表，直接為工程結(jié)算提供可靠參考。如利用BentleyGEOPAK軟件進(jìn)行水工建筑物設(shè)計(jì)，并獲取各部分建筑工程量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化三維配料并自動(dòng)生成材料詳細(xì)報(bào)表，包括規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量等詳細(xì)信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匯總。

4.3 工程應(yīng)用效果

本工程中，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行水利工程三維模型建模，進(jìn)一步優(yōu)化施工區(qū)域整體布置，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)材料設(shè)備運(yùn)輸路線，避免了二次搬運(yùn)增加成本，顯著提升的施工效率。同時(shí)利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工導(dǎo)流分析，為優(yōu)化施工方案提供重要依據(jù)。建立三維協(xié)同環(huán)境，并運(yùn)用BIM模型進(jìn)行施工仿真模擬，將施工進(jìn)度、施工質(zhì)量與安全各方面要求與模型關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)參建各方協(xié)同實(shí)現(xiàn)施工方案的優(yōu)化改進(jìn)。將BIM模型關(guān)聯(lián)工程清單編制及造價(jià)等相關(guān)信息，結(jié)合軟件工具完成工程量的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化，并為工程造價(jià)控制提供依據(jù)。

5 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

從目前實(shí)際來(lái)看，我國(guó)水利工程項(xiàng)目中對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用尚未建立完善統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各施工單位之間的實(shí)際情況不同，在建模標(biāo)準(zhǔn)方面也具有一定的差異，對(duì)各階段建模精細(xì)化要求的高低也各有不同。因此，還需要相關(guān)單位加強(qiáng)應(yīng)用探索，建立契合水利工程建設(shè)實(shí)際的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，水利工程建設(shè)相關(guān)單位也應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到，BIM技術(shù)的發(fā)展為水利行業(yè)發(fā)展帶來(lái)的重要機(jī)遇，為工程項(xiàng)目項(xiàng)目建設(shè)提供了一個(gè)全新的平臺(tái)，未來(lái)BIM技術(shù)在水利工程項(xiàng)目中的應(yīng)用必然會(huì)朝著深度應(yīng)用階段發(fā)展，其應(yīng)用前景廣闊，掌握BIM技術(shù)是水利工程建設(shè)單位未來(lái)發(fā)展的必然要求。

6 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用，為提高工程建設(shè)質(zhì)量，提升工程施工管理與建設(shè)水平提供了重要技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)深化改革與可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要促進(jìn)作用。因此，水利工程施工應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用探索，合理優(yōu)化BIM技術(shù)在工程施工全過(guò)程中的有效運(yùn)用，進(jìn)一步促進(jìn)工程建設(shè)提高施工質(zhì)量，保障施工安全，控制施工進(jìn)度，降低施工成本，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)效益目標(biāo)，同時(shí)全面提升水利工程建設(shè)的信息化、數(shù)字化技術(shù)水平。