水利工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用探析

王 佳

(撫順海峰水利工程有限公司，遼寧 撫順 113300)

從21世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件及信息處理技術(shù)取得了突破性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了2G向5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的轉(zhuǎn)變，各種新型技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展工程項(xiàng)目表現(xiàn)出了新的特征，如跨度越來(lái)越大、結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、規(guī)模越來(lái)遠(yuǎn)大[1-2]。以二維圖紙為基礎(chǔ)，通過(guò)空間想象創(chuàng)建整體模型難度較大，二維設(shè)計(jì)的CAD圖紙已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)階段參建各方主體溝通協(xié)調(diào)的工作要求。為了提高工程施工效率，實(shí)現(xiàn)三維可視化設(shè)計(jì)和施工模擬BIM技術(shù)順勢(shì)而生。

1 BIM技術(shù)特點(diǎn)

通過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)和一系列功能軟件，BIM技術(shù)能夠有機(jī)整個(gè)工程項(xiàng)目的各種信息，并以可視化、多維度、多功能立體模型實(shí)現(xiàn)展示[3]。BIM模型能夠結(jié)合項(xiàng)目參建主體和不同階段實(shí)際要求，綜合各類信息實(shí)現(xiàn)資源的實(shí)時(shí)共享，快速有效的更新、修改、插入、提取項(xiàng)目信息。BIM模型相對(duì)于傳統(tǒng)的CAD圖，既能實(shí)現(xiàn)三維空間表達(dá)又能引入安全管理、造價(jià)、時(shí)間等其它微度信息[4-5]。

1)模擬碰撞與優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)水利工程多方位、全過(guò)程模擬是BIM模型的基本功能，主要包括建筑物或構(gòu)件、平面布置、施工進(jìn)度以及后期修建管理等模擬。通過(guò)直觀的模擬碰撞和優(yōu)化項(xiàng)目管理等，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的及早發(fā)現(xiàn)和施工成本、工期、質(zhì)量的科學(xué)控制。

2)立體可視化。在系統(tǒng)整合項(xiàng)目信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工特點(diǎn)構(gòu)建能夠全部可視化的三維或四維BIM模型。各參建主體利用共享平臺(tái)登錄系統(tǒng)終端，可以直觀地看到建筑物或構(gòu)件成型后的形態(tài)，通過(guò)及時(shí)有效的溝通大大降低信息傳遞誤差率，減少在二維和三維轉(zhuǎn)化過(guò)程中擬建建筑物或成品、二維圖紙、三維建筑施工等信息傳遞環(huán)節(jié)。

3)貫穿項(xiàng)目全生命周期。在建模軟件和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)保持不變的情況下，規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全生命周期內(nèi)可以使用同一BIM模型，各參建主體按照目標(biāo)要求和具體情況可以適當(dāng)?shù)男薷哪Ｐ?，以此?shí)現(xiàn)全方位、全歷程的模擬設(shè)計(jì)。

BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是以一系列操作軟件在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下協(xié)同完成的，由此達(dá)到維護(hù)、管理、施工、設(shè)計(jì)等多信息共享和傳遞，該過(guò)程并非一款軟件所能實(shí)現(xiàn)的[6]。采用REVIT等軟件建立模型，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化處理和可視化設(shè)計(jì)輸出圖像，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息集成、成本核算、設(shè)計(jì)模擬、能耗計(jì)算等。

2 水利工程施工特點(diǎn)

1)影響因素多。水利工程絕大多數(shù)建于大江大河和崇山峻嶺上，水文氣象、地形地貌、地質(zhì)條件等自然因素對(duì)施工建設(shè)的影響較大。

2)設(shè)計(jì)部門多。水利工程建設(shè)涉及生態(tài)環(huán)境、工程技術(shù)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)政治、財(cái)政金融、居民生活等經(jīng)濟(jì)社會(huì)各方面，牽涉到的行業(yè)和部門較多，這也是水利工程的典型特征。

3)施工條件較復(fù)雜。大多數(shù)水工建筑物都會(huì)受到水的滲透力、沖刷力、推力、浮力等作用，且水利工程運(yùn)行大多處于水文地質(zhì)、氣候條件等因素?zé)o法準(zhǔn)確把握的情況下，工程運(yùn)行和施工條件整體復(fù)雜。

4)質(zhì)量要求高。水利工程的施工條件復(fù)雜且附屬工程多，加之一旦失事將會(huì)帶來(lái)難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失，所以具有更高的施工質(zhì)量要求。

5)政府參與多。水利工程建設(shè)周期長(zhǎng)，資金投入規(guī)模大，工程建設(shè)具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，對(duì)當(dāng)?shù)匾约皣?guó)家都具有深遠(yuǎn)的影響，所以水利工程建設(shè)大多屬于政府投資行為。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與優(yōu)勢(shì)

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

1)專業(yè)人才不足。應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，既要熟練的操作有關(guān)軟件完成建模，更要考慮BIM理念有機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工和技術(shù)。然而，水利施工企業(yè)中既有熟練運(yùn)用BIM技術(shù)又有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員非常少。精準(zhǔn)快速的模擬計(jì)算是發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵，而現(xiàn)有計(jì)算速度和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備難以滿足實(shí)際要求。

2)BIM應(yīng)用不夠深入。目前，大多數(shù)施工單位的綜合建模能力還不高，主要采用項(xiàng)目信息錄入、輸入CAD圖紙等方式建立BIM模型。所謂的BIM應(yīng)用僅僅是渲染圖片，完成簡(jiǎn)單的三維建模，BIM技術(shù)的作用和優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有得到真正發(fā)揮[7]。

3)軟件系統(tǒng)尚不成熟。水利工程施工環(huán)境復(fù)雜，涉及參建方多，較建筑而言具有更高的BIM技術(shù)訴求，然而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用效果卻并不明顯，這主要是由于至今尚未開(kāi)發(fā)適用、專屬水利工程的BIM軟件。此外，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)各軟件中量算、造價(jià)模塊的應(yīng)用效果較差，雖然模塊應(yīng)用較早，但在真正計(jì)量核算中絕大多數(shù)仍無(wú)法使用。水利工程與建筑行業(yè)相比，尚未開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的各BIM軟件接口或標(biāo)準(zhǔn)，這給BIM技術(shù)的互通與推廣帶來(lái)了極大的阻礙。

3.2 優(yōu)勢(shì)分析

水利工程與房屋建筑行業(yè)相比具有施工難度大、相關(guān)專業(yè)多、涉及范圍廣、BIM技術(shù)應(yīng)用起步晚等特點(diǎn)，所以推廣速度較慢。近年來(lái)，隨著各部門的積極推廣，在復(fù)雜龐大項(xiàng)目和重點(diǎn)工程領(lǐng)域BIM技術(shù)逐漸得以初步應(yīng)用，并取得一定成效。例如，某研究院應(yīng)用BIM技術(shù)，并采用有關(guān)軟件完成道路建設(shè)、場(chǎng)地規(guī)劃、測(cè)繪、勘察的分析、設(shè)計(jì)和三維建模等工作，通過(guò)三維族庫(kù)整合和軟件平臺(tái)應(yīng)用完成整個(gè)工程的建模及設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)效率得到明顯提升[8]。正式開(kāi)工前，讓參建各方以可視化、數(shù)字化的方式看到了工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并取得了良好效果。

根據(jù)以上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用BIM技術(shù)從整體上控制整個(gè)水利建設(shè)過(guò)程，有利于保證施工安全、成本、質(zhì)量和進(jìn)度等目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1)施工協(xié)調(diào)優(yōu)化。項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，施工單位需要與諸多部門協(xié)調(diào)溝通，如監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計(jì)、材料供應(yīng)商、交通部門、相鄰標(biāo)段施工單位、審批單位等。另外，對(duì)于從事非工程建設(shè)專業(yè)的人員很難按照文字描述或者圖紙想象出三維立體的建筑物形狀[9]。因此，應(yīng)用BIM技術(shù)生成三維模型既可以直觀地進(jìn)行展示，又能大大提升各部門間的溝通效率。

2)施工管理優(yōu)化。為了逐步轉(zhuǎn)變現(xiàn)階段盲目粗放的現(xiàn)場(chǎng)管理現(xiàn)狀，必須切實(shí)提升工程施工管理水平。將BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目管理，通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的各類問(wèn)題，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整和后期控制有效避免盲目施工的出現(xiàn)。此外，運(yùn)用搭建的三維模型對(duì)復(fù)雜的施工部位進(jìn)行安全交底、技術(shù)交底，可更加具體和直觀的指導(dǎo)一線施工，可以使現(xiàn)場(chǎng)工人和作業(yè)層更易理解，大大提高施工效率和溝通效率[10-11]。

3)施工工序優(yōu)化。在正式開(kāi)工前結(jié)合施工進(jìn)度和工序，通過(guò)建立模型能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行直觀形象的展示，可全方位的模擬復(fù)雜的施工方案和工程部位，并確定最優(yōu)的方案和工序，最大程度的降低返工的發(fā)生概率。

4)施工進(jìn)度保證。在建立水利樞紐三維BIM模型的基礎(chǔ)上，可從時(shí)間維度上融入進(jìn)度計(jì)劃創(chuàng)建4D模型，融入工程量、成本造價(jià)等信息還可創(chuàng)建5D模型，更加直觀地展示項(xiàng)目各階段的施工情況，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程模擬。因此，BIM技術(shù)能夠合理確定項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)施工方案的最優(yōu)。

BIM技術(shù)能夠可視化模擬項(xiàng)目的重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)，合理規(guī)劃布置施工平面，更加直觀地掌握材料、機(jī)械等使用情況。同時(shí)，經(jīng)碰撞檢查可以提前發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的沖突、矛盾，并針對(duì)存在的問(wèn)題制定行之有效的解決方案，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、資源、成本的最優(yōu)化提供保障。

4 結(jié) 論

近年來(lái)，隨著水利部門的大力推廣和一系列支持政策的出臺(tái)，BIM技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域。近期大批重點(diǎn)工程試點(diǎn)對(duì)應(yīng)用BIM技術(shù)給出了具體要求，將BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程中既能明顯提升工作效率，又能更加精確、細(xì)致地控制各個(gè)施工階段和過(guò)程，徹底轉(zhuǎn)變以往企業(yè)不重技術(shù)、只重經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)象，更好更快的促進(jìn)水利施工技術(shù)的完善和發(fā)展。