提水泵站工程中BIM技術應用優化

摘 要：探討了BIM技術在提水泵站工程中的應用現狀、面臨的挑戰以及相應的優化策略。通過對某在建提水工程的分析，發現了在技術兼容性、團隊技能、管理流程以及數據安全等方面存在的問題，并基于這些問題提出了一系列針對性的優化措施。旨在通過系統性的改進提升BIM技術的應用效果，促進提水泵站等復雜工程項目的順利實施。

關鍵詞：BIM技術；提水泵站；優化策略；跨專業協作

中圖分類號：TU375.4" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

0 引 言

隨著建筑行業數字化轉型的深入發展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術作為一種革命性的設計與建造方法，已成為提升建筑工程項目管理效率和設計質量的關鍵技術[1]。BIM技術可以合理地克服傳統建模所出現的缺陷，工程師也能夠通過對模型的研究，找到在施工設計方案中出現的缺陷，在建模上加以修改，從而不斷改善施工設計方案的合理性，并減少對工程后期實施的干擾。在水利工程領域，尤其是在復雜的提水泵站工程設計與實施中，BIM技術的應用展現出巨大的潛力和價值。

提水泵站是水資源管理和利用的關鍵設施，其設計與建設的復雜性不僅體現在工程技術上，還涉及項目成本控制、工期管理以及后期維護等多個方面。傳統的設計與施工方法常常難以有效應對這類挑戰，而BIM技術的引入使得項目團隊能夠在虛擬環境中進行設計決策、預測和解決潛在問題，顯著提高了工程項目的質量與效率[2-3]。

1 BIM技術在提水泵站工程中的實施

在現代工程項目管理中，BIM技術已成為重要工具。特別是在提水泵站這類結構復雜、技術要求高的項目中，BIM技術在工程設計、施工等階段的應用能夠顯著提高項目的質量和效率。通過創建詳細的BIM模型，工程團隊不僅在設計階段實現了對提水泵站各構件精確的三維可視化，還可在施工階段通過模型模擬各施工過程，優化施工方案，減少現場問題，保證工程的順利實施[4]。

1.1 工程概況

云南省某在建提水工程位于金沙江左岸，工程區域為金沙江干熱河谷地帶。最高海拔 2 398 m，最低海拔 898 m。現有耕地 6.67 萬畝，灌區規劃灌溉面積 9.94 萬畝（含新增灌溉面積 3.27 萬畝），工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。提水工程采用三級提水方案，取水點為金沙江左岸庫區。一級采用浮船泵站從庫區（高程945～975 m）取水，通過提水管道輸送至二級、三級地面泵站廠房后提至高程 1 915 m 處的高位水池。從高位水池接出東干管連通灌區現有調蓄水庫，保證灌區用水。工程總平面布置如圖1所示。

工程建設完成后將改善該區域6.67萬畝現有耕園地的灌溉用水問題、新增灌溉面積3.27萬畝，改善12 128人的人居生活條件，提高城鄉生活供水保證率至 95%，提高高效節水灌區農業供水保證率至 90%?；緷M足區域經濟社會發展需水要求，并有效緩解當地因工程性缺水而受到嚴重制約的土地開發與保護。

1.2 BIM技術在提水泵站工程設計中的應用

1.2.1 設計方案

該項目提水泵站工程分三級提水，主要建筑物為一級浮船泵站、一級泵站提水管、二級泵站、二級泵站提水管、三級泵站、三級泵站提水管、高位水池，提水管線線路平面總長約5.29 km。

一級浮船泵站位于庫區西側約700 m，整個泵站通過船塢懸浮在水面上，設計揚程H = 130 m，提水流量3.34 m3/s。泵站由揺懸臂、托管船塢、泵房相互連接組成，整個庫區作為進水池。船塢泵房由船體、水機和電氣設備等組成，船塢長48.7 m，寬17.7 m，型深3.0 m，整個泵房采用鋼框架結構。一級泵站提水管平面長約124.37 m，沿山坡雙管布置，連接浮船泵站及二級泵站進水池，設計流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

二級泵站位于浮船泵站北側的山坡上，廠區地坪高程1 070.70 m，設計揚程H = 520 m，提水流量3.34 m3/s。主要由主廠房、副廠房、進水池組成，副廠房布置于主廠房背后，進水池布置于主廠房前側。主廠房由主機段和安裝間組成，總長91.0 m，寬13.3 m，建筑高度11.6 m。副廠房長90.16 m，寬9.8 m，建筑高度17.1 m。主廠房及副廠房下部采用鋼筋混凝土剪力墻結構，上部采用鋼筋混凝土框架結構，屋頂為混凝土現澆屋面。進水池長91.0 m，寬9.0～13.0 m，高6.5 m，為鋼筋混凝土梯形結構。二級泵站提水管平面長約2 885.33 m，沿山坡雙管布置，提水至三級泵站進水池，設計流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

三級泵站位于二級泵站提水管末端，廠區地坪高程1 573.2 m，設計揚程H = 360 m，提水流量3.34 m3/s。主廠房及副廠房布置形式與二級泵站相同。三級泵站提水管長度約2 265.31 m，沿山坡雙管布置，提水至高位水池，設計流量3.34 m3/s，斷面尺寸為2×DN1 000。

高位水池的高程為1 915 m，水池容積2 040 m3，鋼筋混凝土矩形水池，平面尺寸為31.8 m×16.2 m（長×寬），池高5.3m。東干管從高位水池引出后沿道路和山坡往東北方向布置，平面長度14 377 m，單管布置，設計流量3.34～0.807 m3/s，斷面尺寸為DN1 600、DN1 200、DN800；北干管從東干管分出沿西北布置，平面長度約2 163 m，也采用單管布置，設計流量1.567 m3/s，斷面尺寸為DN1 200。東干管及北干管均沿途向各村鎮水庫補水。

1.2.2 三維模型構建

在該提水工程中，項目團隊采用BIM技術從項目初設階段開始構建詳細的三維數字模型，不僅包含建筑物的結構，還細致地模擬了管道布局、機電設施和其他相關設備。通過三維模型，設計師能夠直觀地理解各個組件之間的空間關系，及時發現并解決可能的沖突從而優化設計方案。該提水工程中泵站建筑及設備三維模型如圖2所示。

1.2.3 設計協同

BIM技術支持多專業團隊在同一模型上協作，實現了設計信息的即時共享和更新。在提水泵站項目中，建筑、結構、機電等不同專業的設計師能夠共同參到設計過程，通過實時協作，有效地提高了設計的準確性和效率。此外，BIM還促進了設計團隊與施工團隊之間的溝通，確保設計意圖和施工要求的一致性。

1.2.4 碰撞檢測與解決

利用BIM技術的碰撞檢測功能，在設計階段成功識別出該提水工程多個潛在的碰撞點，并及時解決了這些問題，防止施工中出現重大變更或返工。這些碰撞點可能是管道與結構的空間重疊、設備安裝位置的互相干擾等，比如電纜坑與建筑門洞位置重疊，提水管穿墻開孔與柱重疊以及電纜溝與消防水泵位置重疊等。相較于傳統的碰撞檢查方法，三維模式下引入BIM技術開展的碰撞檢查全面提升了工作效率，并增加了檢查的精準度。BIM技術對復雜結構的建筑物碰撞檢查有著顯著的效果[5]。

1.2.5 設計可視化與溝通

BIM模型提供了強大的可視化功能，可通過開源的可視化插件完善場景地形，補充植被、添加材質以及編寫交互藍圖，實現場景的實時顯示、用戶交互使用和場景漫游等功能[6-7]，使得非技術背景的項目參與者（如業主方、泵站管理人員）也能直觀地理解設計方案。在該工程中通過BIM技術生成高質量視圖和動畫，設計團隊能夠更加有效地與各項目相關方溝通，促進了決策過程的高效進行。帶場景地形的提水泵站模型如圖3所示，包含室外提水管的整體模型如圖4所示。

1.3 BIM技術在提水泵站工程施工管理中的應用

在提水泵站工程的施工階段如何保證工程建設順利實施，做好施工技術以及施工管理的把控最為關鍵[8]。隨著BIM技術的發展和應用，其在施工管理中的作用日益凸顯，通過為項目管理者提供精確的施工信息和可視化工具，可有效地提升施工管理的效率和質量。

1.3.1 施工計劃的制定與優化

在該提水工程中，項目管理團隊利用BIM技術制定詳細的施工計劃。通過BIM模型，項目管理者能夠較為準確地預測施工過程中所需的材料、設備和人力資源，以及這些資源的具體配置時間和地點，從而使施工計劃更加合理和高效。此外BIM技術還支持施工方案的多版本比較和優化，幫助管理者選擇出最佳的施工方案。

1.3.2 施工過程的動態監控

利用BIM技術，該工程的施工過程實現實時監控。通過與現場監控系統的集成，BIM模型能夠反映施工現場的實時狀態，包括工程進度、材料使用情況等，為項目管理者提供決策支持。此外BIM技術還能幫助項目管理者及時發現施工偏差，采取措施進行調整，保證工程質量和進度。

提水泵站施工過程三維模擬如圖5所示。

1.3.3 資源配置與物流管理

在施工管理過程中，合理的資源配置和有效的物流管理是保證工程順利進行的關鍵。通過BIM技術，項目團隊在該提水工程中實現資源配置的優化和物流過程的精細管理。BIM模型提供了一個平臺，使得項目管理者能夠較為清晰地了解每一階段所需材料的數量、類型和到達時間，以及設備的使用和調度計劃，從而有效地降低資源浪費，提高物資利用率。

1.3.4 風險管理與應對

BIM技術在施工階段的另一個重要應用是風險管理。通過對BIM模型的分析，項目團隊能夠在施工前識別出潛在的風險點，如施工安全風險、技術風險等，并制定相應的預防和應對措施[9-11]。通過BIM技術的應用，項目管理者能夠提前進行風險評估和規避，確保施工安全，減少意外事件的發生。

2 BIM技術的優化策略

2.1 優化目標

盡管BIM技術在提高項目管理效率、優化設計與施工流程方面展現出顯著優勢，但在實際應用中仍然面臨著一系列挑戰和問題。通過對該提水工程等項目的分析，可以識別出以下幾個主要問題：

（1）軟件兼容性問題。BIM技術依賴于專業軟件進行設計和數據管理，然而市場上存在多種BIM軟件，它們之間的兼容性問題可能導致數據傳輸不暢，影響信息的準確交換與共享。

（2）知識與技能短缺。雖然BIM技術已被越來越多的建筑項目采用，但相關的教育和培訓仍然不足，導致項目團隊中BIM技術的知識和技能短缺，限制了BIM技術的充分利用，影響了項目的整體效率。

（3）管理與操作流程未標準化。BIM技術的成功應用需要標準化的管理與操作流程。然而不同的項目團隊可能采用不同的BIM應用策略和流程，這種缺乏統一標準的狀況增加了項目管理的復雜度，降低了工作效率。

（4）成本與投資回報的不確定性。對于許多建筑項目而言，BIM技術需要較大的初期投資，項目參與方對于BIM技術投資的長期效益持有保留態度。這種成本與投資回報的不確定性成為了采用BIM技術的障礙。

（5）數據安全與隱私問題。隨著BIM技術在項目中的廣泛應用，如何保護設計數據和項目信息的安全，防止數據泄露成為了新的挑戰。

2.2 優化方法

針對上述問題，未來的BIM技術應用和優化策略需要從技術層面、管理層面以及操作層面進行全面考慮和部署，使BIM技術在提水泵站等復雜工程項目中的效益最大化。

2.2.1 技術層面優化

在技術層面，需要進一步加強BIM軟件之間的兼容性，特別是通過推廣如IFC等開放標準來促進不同軟件間的數據兼容和交換。此外利用云計算技術建立基于云的BIM協作平臺，能夠實現項目數據的中心化存儲、管理及實時共享，顯著提高項目協作效率。同時集成人工智能技術如機器學習和深度學習，可以自動優化設計方案并提高設計質量和效率；應用大數據技術分析項目歷史數據以預測項目風險，從而指導資源配置和管理決策。

2.2.2 管理層面優化

在管理層面，優化BIM技術的應用策略涵蓋了加強項目團隊的BIM培訓和教育，以及建立和完善BIM應用的標準化流程。定期為團隊成員提供BIM技術和軟件的系統培訓，不僅能提升團隊的BIM應用能力，還能促進團隊成員間的知識共享和經驗交流，為項目的順利實施奠定堅實的技能基礎。此外還可以根據項目的具體特點和團隊需求，制定一套全面的BIM技術應用操作手冊和標準，確保項目各階段BIM技術應用的高度一致性和標準化，同時通過BIM技術整合項目管理流程，明確各階段責任人和任務，有效提高項目管理的透明度和效率。

2.2.3 操作層面優化

在操作層面，可通過建立跨專業的BIM技術協作機制和統一的項目信息管理系統，優化協作流程，確保設計、施工等各方面的緊密配合及信息的及時更新和共享。同時實施一系列數據安全保障措施，如數據加密和訪問控制以及定期的安全審計，以保護項目數據不被未授權訪問或泄露，確保數據的安全性和隱私保護。

3 結束語

本文深入探討了BIM技術在提水泵站工程設計、施工與管理中的應用現狀、面臨的挑戰以及相應的優化策略。未來隨著人工智能、大數據、云計算等先進技術與BIM技術的深度融合，BIM技術的應用潛力將進一步被激發。這些技術的集成不僅能夠為設計與施工提供更高效、更智能的解決方案，還能夠在項目管理、成本控制和風險預測等方面帶來革命性的改進。因此建筑行業的各相關方，包括政府機構、設計與施工企業、軟件開發商等，都應積極參與BIM技術的優化與創新，共同推動建筑行業的數字化轉型，以實現更高效、更環保、更可持續的建筑解決方案。通過不斷優化和創新，BIM技術有望成為推動建筑行業進步的重要驅動力，為未來的建筑項目帶來更廣闊的發展前景。

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Optimization of BIM Technology Application in Water Pumping Station Engineering

LIU Yuanjiu1，YANG En2

（1.Changjiang Water Resources and Hydropower Development Croup Co.，Ltd.，Wuhan 430015，China；2.Changjiang Technology and Economy Society，Wuhan 430010，China）

Abstract：This paper discusses the current application status，challenges，and corresponding optimization strategies of BIM technology in water pumping station engineering. Through the analysis of a water pumping project under construction，problems were identified in aspects such as technical compatibility，team skills，management processes，and data security. Based on these issues，we proposed a series of targeted optimization measures. The aim of this study is to enhance the application effectiveness of BIM technology through systematic improvements and facilitating the smooth implementation of complex engineering projects such as pumping stations.

Key words：BIM technology；water pumping station；optimization strategy；cross disciplinary collaboration