數字化創新提高建設項目全生命周期管理效率

文｜江濤 李成

BIM 是建筑信息模型的英文簡稱，是指全壽命期工程項目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數字化表達。它不是簡單地將數字信息進行集成，而是通過信息的集成，更深化的統籌應用數字信息，它支持規劃、設計、建造和運營的全過程應用數字模型。

在水利工程中引入BIM 技術，不僅僅是對原有施工管理方式的一種創新，還是提高水利工程施工質量和施工效率的有效手段，可以更加有效的指導具體施工過程并提高施工管理水平，是當前工程建設領域研究的熱點。

傳統的建設和運維管理方式具有信息流通滯后、查閱困難、二維圖紙直觀性差、工程量核算效率低、出錯率高、工程款認定支付周期長、進度計劃管理滯后、偏差大、質量、安全管理科學性低、運維管理效率低等問題，已經難以滿足行業信息化飛快發展的要求。

BIM 技術推動建設項目提質增效

中國水利水電勘測設計協會組織成立了水利水電BIM 設計聯盟，并已發布了水利水電工程信息模型設計應用標準、設計信息模型交付標準、信息模型分類和編碼標準、信息模型存儲標準等。在《中國水利水電勘測設計協會2019 年工作要點》中，明確提出“以BIM 為依托，提升行業信息化水平”“加強勘測設計BIM 標準的編制，研究施工和運行管理BIM 標準，推動制定全生命周期BIM 團體標準”“推動BIM技術在水利水電行業信息化發展中的應用，加快BIM 技術的自主創新和工程實踐”。

2018 年9 月，貴州省發布《關于印發<貴州省水利工程質量提升實施方案>的通知（黔水黨[2018]94 號）》文件，明確提出了BIM 技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用要加快推進，促成在全生命周期內數據信息的共享，提高數據信息化管理，以便對項目策劃方案進行優化，為項目實施方案的科學決策提供依據，從而不斷促進水利工程建設項目提質增效。

BIM 技術的出現為解決傳統技術應用的不足和局限性提供了方案，同時可為水利水電工程領域施工環境多變、施工難度大、施工強度高的項目BIM 技術應用提供一種解決方案。BIM 技術的核心是通過建立包含建筑物真實信息的三維建筑信息模型，以信息模型為基礎，可對工程項目功能特性及三維實體進行數字化表達，使得建設項目不同階段的不同參與方都可以在這個信息模型中獲取所需的信息，實現建設項目全生命周期的信息高效共享，提高建設項目全生命周期內的管理效率，從而加快工程進度，提高工程質量，減少工程成本，降低工程風險。BIM 技術基于三維可視化、參數化建模、組織協同、數據集成等功能，為工程項目的建設管理提供了全新的方式。

圖1 碾壓混凝土大壩BIM 設計圖

圖2 溢流表孔設計圖

以都勻市大河水庫工程項目為例，該項目是貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司承接的項目管理總承包項目。水庫總庫容4376 萬m3，工程等別為Ⅲ等，規模為中型，工程總投資9 億多元。工程由大壩樞紐、供水工程兩部分組成。大壩樞紐主要建設內容有碾壓混凝土雙曲拱壩、廊道，壩頂自由溢流表孔、沖砂底孔、護坦、取水口等。大壩最大壩高為105 米。

本項目在前期設計階段已成功應用BIM 技術進行三維設計，基本實現了水工、機電、金結、施工等專業間的協同。

統籌策劃 優化工期

項目應用BIM 技術實現施工階段的深化應用。地形模型建立，采用GEOPAK Site 生成地形模型，然后進行后期的工程設計，如土方開挖、道路設計以及場地平整等。同時，對工程的排水系統、道路系統進行提前策劃布局，對其他臨建設施如塔吊、起重機等施工元素的布置根據施工進度提前進行統籌策劃。

場地動態管理方面，根據施工各階段特點，可對場內布置提前進行方案策劃，并做方案推演，以便得到最優的場地布置實施方案，使得場地使用效率得到實質性地提高，二次布置導致的費用增加得到一定程度的減少。

施工工藝流程模擬。大河水庫工程碾壓混凝土壩，澆筑上層混凝土前，先在下層鋪筑一層砂漿，然后采取不同運輸方案運輸混凝土入倉。平倉機（推土機）將料進行均勻攤鋪，振動壓實機（壓路機）對料按照設計要求進行壓實。振動切縫機對位擬切縫位置，切縫至設計深度。切縫完成后，振動壓實機再沿切縫部位無振碾壓兩遍。

圖3 大壩基礎開挖三維設計圖

圖4 樞紐區場地布置

模擬仿真 控制成本

在工程施工時，尤其對于水利工程項目，需要合理安排枯水期施工、豐水期排水，水利工程基本上都是在趕工期，與時間賽跑，在這有限的時間內，怎樣合理安排進度，關系到整個工程的完工時間和成本。通過BIM 技術，可以根據實際的工程模型來監督工程進度，對于安排不合理的部分，可以在不影響整個工程進度及自身安排的前提下，合理調整該部分的進度。同時，BIM 技術也可以解決多個工作面交叉施工的問題，BIM 模型經過施工過程精細化處理后與施工進度計劃信息相關聯，以此將三維空間信息與時間信息進行整合，從而可以更直觀、精確的在一個可視的4D 模型中得到整個工程工作面的施工全過程。

大河水庫碾壓混凝土大壩施工進度模擬，根據碾壓混凝土大壩的施工特點進行模型的建立，進度模擬每倉澆筑時間為13 天每倉。首先根據大壩高程對大壩進行分倉，大河水庫碾壓混凝土大壩壩高為103m，把大壩分為35 倉，在施工進度模擬進行之前首先就要按照大壩分倉圖進行模型的建立，然后進行大河水庫碾壓混凝土大壩的模擬。

本工程基于公司在項目管理總承包業務的工作范圍、工作內容和深度，結合二維碼管理系統、虛擬全景瀏覽技術、Web 端和手機端的模型瀏覽器等技術，將BIM 技術與采購管理、技術管理、質量管理、環境和職業健康安全管理、費用管理、檔案管理、溝通管理、品牌建設等進行了深度融合。

BIM 技術在實施階段中的應用目前已經較為成熟，從推廣應用層面，要能更加扎實推進BIM 解決實際施工問題，提高施工管理水平，推進施工階段的深化應用。

圖5 碾壓混凝土倉面施工工藝流程圖

圖6 斜層攤鋪、碾壓工藝

圖7 樞紐區施工4D 模擬三維成果圖

在采購、施工等階段運用BIM 技術協調項目參建各方，提高工程建設整體管理水平，研發基于BIM+GIS 的水利水電工程建設和運維管理平臺，開展典型工程應用示范，與已有的BIM 協同設計技術結合，實現BIM 技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用等方面是今后一段時間研究的重點。