BIM 技術(shù)在海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程中的應(yīng)用分析

呂家樹，徐 浩，廖銘新，吳 浩

（1．寧波市河道管理中心，浙江 寧波 315000；2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315000）

隨著信息科技的快速發(fā)展，工程建設(shè)已邁入數(shù)字化、智能化時(shí)代。BIM 作為信息技術(shù)在建筑行業(yè)已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)BIM 技術(shù)的應(yīng)用仍處于“初級(jí)探索階段”，在水利行業(yè)中仍存在較大的發(fā)展空間。

1 工程基本情況

2019 年10 月21 日，寧波市發(fā)展和改革委員會(huì)復(fù)函同意海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程——屠家沿翻水站初步設(shè)計(jì)（甬發(fā)改審批〔2019〕443 號(hào)），概算投資4407.78 萬元，工程項(xiàng)目主體包括屠家沿翻水泵站與廟后河節(jié)制閘2 部分。該工程的主要任務(wù)為通過增加生態(tài)引水、澇水外排和工程集中控制，達(dá)到改善城區(qū)內(nèi)河水體質(zhì)量、增強(qiáng)排澇能力和美化河道景觀的目的。工程主要內(nèi)容包括改擴(kuò)建屠家沿泵站（雙向翻水5 m3/s）及新建臨時(shí)泵站（1.5 m3/s）；新建廟后河閘凈寬20 m；此外，新建泵房和海曙調(diào)控調(diào)度中心，總建筑面積為818 m2，其中調(diào)控中心建筑面積為336 m2，泵房建筑面積為482 m2。

本工程涉及專業(yè)較多，施工地點(diǎn)位于中心城區(qū)，場(chǎng)地狹小，地下管線密集，周邊設(shè)施產(chǎn)權(quán)復(fù)雜，且與其他工程存在交叉，因此管理對(duì)象眾多，數(shù)據(jù)量龐大，綜合管理難度較大。基于此，有必要通過信息技術(shù)加強(qiáng)工程項(xiàng)目管理提升水利工程項(xiàng)目虛擬建造及精細(xì)化管控水平，實(shí)現(xiàn)各參建方在工程項(xiàng)目全生命周期中的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同配合。

2 BIM 的基本概念及應(yīng)用實(shí)施模式

2.1 BIM 的定義

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，是指建設(shè)工程的物理特征和功能特性等信息的數(shù)字化集成，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造和管理的數(shù)據(jù)化工具，具有可視化、參數(shù)化、仿真性和信息完備性等優(yōu)勢(shì)[1]。BIM 作為一個(gè)共享的知識(shí)資源，可以共享某一設(shè)施的信息，為該設(shè)施從規(guī)劃到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程[2]。通過對(duì)建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在工程規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)維的過程中，工程技術(shù)人員可以快速獲取各種建筑的信息并作出有效應(yīng)對(duì)，為各參建主體提供協(xié)同工作平臺(tái)，在提高生產(chǎn)效率和成本工期優(yōu)化等方面發(fā)揮重要作用[3]。

2.2 BIM 的應(yīng)用實(shí)施模式

BIM 實(shí)施模式主要分為建設(shè)單位BIM 實(shí)施模式和承包商BIM 實(shí)施模式2 種。建設(shè)單位BIM 實(shí)施模式是指由建設(shè)單位設(shè)立內(nèi)部專業(yè)的BIM 實(shí)施團(tuán)隊(duì)并主導(dǎo)BIM 應(yīng)用實(shí)施，推進(jìn)各方協(xié)同采用BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的BIM 技術(shù)應(yīng)用；承包商BIM 實(shí)施模式是指通過建設(shè)單位委托第三方單位開展BIM 技術(shù)應(yīng)用，以輔助項(xiàng)目建設(shè)與管理。

2 種BIM 實(shí)施模式優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 實(shí)施架構(gòu)對(duì)比表

海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程建設(shè)單位為寧波市河道管理中心，建設(shè)管理人員少、任務(wù)重，無條件成立專職團(tuán)隊(duì)，同時(shí)參與單位包括設(shè)計(jì)院、施工單位、安裝、監(jiān)理和審計(jì)，由于各單位暫無完善且統(tǒng)一的BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)用水平參差不齊，為便于BIM 應(yīng)用協(xié)調(diào)，本項(xiàng)目采用承包商BIM 實(shí)施模式。典型承包商BIM 實(shí)施模式的架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 典型承包商BIM 實(shí)施模式的架構(gòu)圖

3 BIM 技術(shù)在工程中的應(yīng)用情況

3.1 BIM 應(yīng)用項(xiàng)目選擇

本項(xiàng)目BIM 應(yīng)用階段包括施工圖設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)維階段，通過與各參建方交流討論，結(jié)合本水利工程的項(xiàng)目特點(diǎn)，選定具有工程管理意義的應(yīng)用點(diǎn)開展BIM 技術(shù)應(yīng)用，如預(yù)制構(gòu)件加工、施工放樣、面積統(tǒng)計(jì)和施工漫游等并增加了施工場(chǎng)地航拍VR 全景展示。本項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)的BIM 應(yīng)用項(xiàng)目見表2。

表2 BIM 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表

3.2 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

過去的水利工程三維動(dòng)畫或工程效果圖往往通過精美的畫面達(dá)到宣傳展示作用，缺少在工程設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[4]。而BIM 技術(shù)可以使傳統(tǒng)二維圖紙以三維模型的方式呈現(xiàn)出來，極大地加深了施工人員對(duì)于圖紙的理解。在本工程設(shè)計(jì)階段，通過BIM 技術(shù)中的模型構(gòu)件碰撞檢查及三維管線綜合、豎向凈空優(yōu)化和虛擬仿真漫游等功能輔助施工圖設(shè)計(jì)及審查，收效顯著。設(shè)計(jì)人員將各專業(yè)的模型整合至同一項(xiàng)目文件中，通過剖切生成平面、立面和剖面等二維圖紙。通過核對(duì)各專業(yè)模型構(gòu)件在平面、立面和剖面的位置，設(shè)計(jì)人員可以判斷設(shè)計(jì)是否存在誤差，從而消除不同專業(yè)分工設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的不統(tǒng)一和碰撞等錯(cuò)誤。屠家沿BIM 模型如圖2 所示。

圖2 屠家沿BIM 模型

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了“機(jī)電+水工”“建筑+結(jié)構(gòu)”“機(jī)電+結(jié)構(gòu)”和“水工與結(jié)構(gòu)”4 組模型碰撞分析，根據(jù)碰撞結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)專業(yè)配合程度進(jìn)行了判斷和分析，在剔除筆誤及非關(guān)鍵性錯(cuò)誤后，發(fā)現(xiàn)屠家沿翻水泵站設(shè)計(jì)存在8處碰撞，廟后閘存在4 處碰撞，室外管線BIM 模型如圖3 所示。通過對(duì)各專業(yè)圖紙進(jìn)行統(tǒng)一校核后發(fā)現(xiàn)了諸如橫梁結(jié)構(gòu)平剖面之間不配套、樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)說明不統(tǒng)一等問題，并根據(jù)審查結(jié)果提出優(yōu)化建議，形成《海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程BIM 技術(shù)咨詢報(bào)告》，根據(jù)報(bào)告修改調(diào)整了相關(guān)圖紙，截至目前項(xiàng)目主體已基本施工完成，施工階段未發(fā)生因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而導(dǎo)致不必要的設(shè)計(jì)變更。

圖3 屠家沿室外管線BIM 模型

3.3 施工階段的應(yīng)用

3.3.1 施工組織優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)可以使施工人員了解在建工程全貌、結(jié)構(gòu)形式和采用的施工工藝、工程進(jìn)度等。基于BIM 的施工模擬可以展現(xiàn)施工場(chǎng)地布置情況，為項(xiàng)目管理人員規(guī)劃組織物料進(jìn)出場(chǎng)順序和施工工序銜接提供重要參考。本工程在施工組織方案編制階段，運(yùn)用BIM 模型進(jìn)行施工總平面布置，從而優(yōu)化機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)線路及材料堆場(chǎng)定位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的碰撞問題。在項(xiàng)目建設(shè)前期協(xié)調(diào)不同專業(yè)的施工沖突問題，以此進(jìn)行資源配置和時(shí)序調(diào)節(jié)，減少施工中不必要的資源浪費(fèi)和工期損失。

本工程在施工前期利用BIM 模型，進(jìn)行了施工進(jìn)度模擬，針對(duì)本工程中的重難點(diǎn)即廟后河閘基坑施工方案，進(jìn)行了施工工序模擬，將傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計(jì)劃與三維BIM 模型進(jìn)行融合形成BIM4D 模型，以4D 施工仿真模擬的形式直觀地體現(xiàn)施工過程，使管理人員可以清晰地了解整個(gè)工程進(jìn)度安排，為參建各方提供了施工計(jì)劃的討論平臺(tái)。此外，基于BIM 的施工進(jìn)度模擬可以使施工人員及時(shí)找出每個(gè)施工環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從而制訂出合理可行的進(jìn)度計(jì)劃，保證整個(gè)工程實(shí)施過程中人力、物力和機(jī)械安全的合理性[5]。此方式相較于傳統(tǒng)橫道圖、進(jìn)度計(jì)劃表，更全面和直觀地反應(yīng)項(xiàng)目的施工工序的先后關(guān)系，但受限于BIM 應(yīng)用軟件，現(xiàn)階段僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)于施工過程的展示，難以結(jié)合施工布置融入理論計(jì)算，無法實(shí)現(xiàn)模擬過程中對(duì)模擬內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，如施工模板施工空間是否充足、施工機(jī)械布置是否沖突，均無法通過BIM 軟件直接分析，致使施工計(jì)劃模擬的效果過于依賴BIM 實(shí)施人員的自身施工經(jīng)驗(yàn)及對(duì)項(xiàng)目的了解程度。在工程建設(shè)過程中，本項(xiàng)目開發(fā)了一種針對(duì)施工荷載及機(jī)械的三維模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置荷載及施工道路，通過對(duì)施工機(jī)械運(yùn)動(dòng)模式的模擬，驗(yàn)證施工方案的合理性。

3.3.2 施工安全管理

海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程位于城市中心，施工人員所處的平臺(tái)空間有限、人員密集，建設(shè)期間面臨諸多安全隱患。常規(guī)的安全管理以現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和監(jiān)督為主，管理起來難度較大，為便于參建各方查詢使用BIM 咨詢成果，本工程推出了模型輕量化展示平臺(tái)，主要包含BIM 模型加載、三維空間測(cè)量等核心功能模塊，使用者只需掃碼登陸即可在網(wǎng)頁端、移動(dòng)端查看模型及工程信息。

針對(duì)危險(xiǎn)源管控和隱患排查治理，項(xiàng)目部可以通過移動(dòng)端、網(wǎng)頁端輕量化平臺(tái)建立起“識(shí)別危險(xiǎn)因素→劃分危險(xiǎn)區(qū)域→施工安全監(jiān)控”的立體安全監(jiān)控管理體系[4]，項(xiàng)目法人召集各參建方定期召開安全生產(chǎn)例會(huì)及安全技術(shù)交底會(huì)議中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)工作進(jìn)行詳細(xì)部署，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管理反饋的問題優(yōu)化模型。

3.3.3 進(jìn)度投資管理

BIM 技術(shù)在進(jìn)度投資管理中的應(yīng)用較為成熟，可以綜合相關(guān)的項(xiàng)目進(jìn)度、成本等，利用三維模型對(duì)各個(gè)施工階段的材料、勞務(wù)及設(shè)備等需用量進(jìn)行計(jì)算、模擬和優(yōu)化，使建立的各種需求計(jì)劃更加科學(xué)、合理，從而形成相應(yīng)的項(xiàng)目成本計(jì)劃，讓工程建設(shè)的成本管理和控制更加精細(xì)化。

本項(xiàng)目根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度，由管理人員定期更新相關(guān)參數(shù)，在模型中自動(dòng)計(jì)算工程量并及時(shí)統(tǒng)計(jì)工程施工中的材料消耗、機(jī)械結(jié)算等內(nèi)容，分析比較實(shí)際成本與預(yù)算成本之間的差異，使成本實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析與控制，在保證工程施工質(zhì)量和效率的同時(shí)，降低工程成本，節(jié)約工程投資[6]。工程量復(fù)核計(jì)算的應(yīng)用為項(xiàng)目跟蹤審計(jì)提供計(jì)算參考，審計(jì)人員結(jié)合BIM 模型對(duì)照工程現(xiàn)場(chǎng)，快速提取所需要的工程量，便于審計(jì)復(fù)核工程完成情況，也提高了項(xiàng)目工程量計(jì)算效率。但由于受限于商業(yè)BIM 軟件對(duì)于水利工程的支持程度不高，BIM模型計(jì)算的工程量無法準(zhǔn)確給出與審計(jì)完全對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目造價(jià)編碼，導(dǎo)致審計(jì)人員需要再提取BIM 模型工程量后進(jìn)行手動(dòng)對(duì)比分析。

3.4 運(yùn)維階段的應(yīng)用

水利標(biāo)準(zhǔn)化的要求隨著技術(shù)日益完善而不斷提高，寧波市河道中心在閘泵標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中推進(jìn)運(yùn)維制度化、元素化和信息化，BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目建成移交運(yùn)維的過程中為其提供了有力地支撐。BIM 模型不僅是一個(gè)空間模型的三維體現(xiàn)，更是一個(gè)數(shù)據(jù)信息的載體，每個(gè)模型構(gòu)件蘊(yùn)含有幾何尺寸、位置信息、安裝工藝、生產(chǎn)廠家和價(jià)格等信息。施工完成后，可以通過BIM 模型及時(shí)了解構(gòu)件和設(shè)備的運(yùn)行情況并進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)后期出現(xiàn)問題時(shí)，可以調(diào)用BIM 模型來顯示問題的數(shù)據(jù)和信息，以便于維護(hù)和管理。

4 結(jié)束語

BIM 作為工程信息化、數(shù)字化的表達(dá)，擁有三維可視化、管理協(xié)同性、虛擬模擬性和建設(shè)優(yōu)化性等特點(diǎn)。其包含了工程項(xiàng)目建設(shè)全生命周期的所有信息，在設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)維階段發(fā)揮著巨大作用，使決策者提高決策效率，優(yōu)化項(xiàng)目投資，減少建設(shè)工期及成本。通過本次BIM 技術(shù)在海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程的應(yīng)用，得到如下啟示。

1）參建單位應(yīng)及時(shí)抓住BIM 介入項(xiàng)目的最佳時(shí)機(jī)。BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：第一，在施工前構(gòu)建BIM 模型可提前發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問題，從而減少返工及材料浪費(fèi)。第二，可以將各種工程信息集成到基于BIM 模型的建管平臺(tái)中，形成穩(wěn)定的在線管理系統(tǒng)。因此，BIM 技術(shù)應(yīng)用越早，規(guī)則制定越完整，其應(yīng)用價(jià)值就越高。如果項(xiàng)目已經(jīng)建成，許多BIM 應(yīng)用將錯(cuò)過最佳應(yīng)用時(shí)機(jī)；如果介入遲緩，將導(dǎo)致BIM 的應(yīng)用價(jià)值沒有明顯體現(xiàn)，使得項(xiàng)目其他成員對(duì)BIM 的應(yīng)用意義產(chǎn)生疑問，影響B(tài)IM 在工程應(yīng)用中的推行。

2）數(shù)據(jù)交流協(xié)同管理是未來水利工程項(xiàng)目建設(shè)的必然要求。協(xié)同管理平臺(tái)和多樣化智能化建設(shè)手段的運(yùn)用，為水利工程建設(shè)和管理帶來更多可能，這將成為現(xiàn)階段乃至未來BIM 工作的重要組成部分，在提高工作效率、節(jié)約時(shí)間成本和增強(qiáng)各方聯(lián)動(dòng)等方面具有顯著效果。

3）BIM 技術(shù)有助于加強(qiáng)信息化交流與管控，極大地提高了施工的效率和水平。通過BIM 技術(shù)在工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、進(jìn)度款結(jié)算審計(jì)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)施工組織的優(yōu)化和安全生產(chǎn)管理，但仍需結(jié)合施工企業(yè)的應(yīng)用需求進(jìn)行深入探索，BIM 在本工程運(yùn)維階段的研究也將持續(xù)推進(jìn)。