BIM技術在水利工程建設與管理中的應用

高 柯

新疆頭屯河流域管理局 新疆 昌吉 831100

近年來，每年國家水利建設的發展速度和規模都在穩步增加，水工建筑的數目和結構的復雜性越來越高，防洪防汛調度的難度也越來越大，各種觀測資料的處理工作也越來越繁雜，這種改變也就極大地影響了水利工程的運行和管理工作。當前，在國內的大中型水利工程的運行控制和管理工作中，都安裝了自動化控制系統，可以在某種意義上提升水利工程的現代化管理水平，保證管理部門能夠得到有用的相關信息。但是，在現實的運作過程中，現行的水利工程的建設與管理體系也出現了許多問題，因此，迫切需要對現行的水利工程的建設與管理相關工作加以完善，而采用BIM技術能夠很好地解決這些問題。

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術概念

BIM技術是一種數據化管理工具，主要是用于工程設計、工程建造以及工程管理，利用3D立體設計來替代傳統的平面設計，推動整個建筑工程行業的穩定發展。通過對建設工程行業環保工作的全面推行，為我國水利建設工程行業的現代化信息水平的持續提高奠定了堅實的基礎，對整體產業的升級和轉型發揮了積極的推動作用。在實際的水利工程建設工作中，通過BIM技術，能夠對整個建筑結構進行仿真，從而能夠從各方面著手，達到對施工造價以及實際作業效率的有效控制，同時也能夠充分發揮同步管理工作的優勢，從而推動水利工程整體管理工作質量的不斷強化，達到提高資源使用效率，確保工程質量水平的目標[1]。目前，BIM技術在總體上已處于比較成熟的階段，并在許多方面得到了廣泛的應用，它是目前信息技術發展的主要方向，得到了很多人的重視。

1.2 BIM技術特點

1.2.1 可視化

在常規的水利工程建模設計工作中，大部分都是采用2D的平面圖形、圖紙，在建模過程中，具體項目的立體效果很差，因此，在進行工程設計的過程中，往往會造成設計方案中沒有明顯的特點，并且可視性也不高。而應用BIM技術，平面的圖紙設計將轉變為三維立體的形式，這樣，就能從3D模型中看到工程項目的整體信息，在此基礎上，BIM技術下的3D建筑模型能夠完整展示從施工初到施工完成的全過程變化，使工程的所有作業都可以在可視化的條件下進行。

1.2.2 協調性

作為BIM技術最主要的特征，利用協調性特征，工程業主方、施工方、設計方可以相互配合，相互協調。以往水利工程項目的設計早期，因為各個分項的設計人員沒有進行好的溝通與交流，所以在后續的實際施工建設過程中，會產生一些相互影響的問題。此時，借助BIM技術的協調性這一特性，就可以對這一類型的問題進行有效的解決。應用BIM技術進行項目圖紙設計，將設計方案各部分的信息輸入到軟件中，系統會自動對其進行碰撞檢查。最后，還可以出具協調報告，讓各部分的設計人員可以及時發現問題，從而保證可以實現事先的控制，防止在后續施工過程產生更大的問題，也就大大地節省了施工時間與成本費用，保證工程經濟效益。

1.2.3 模擬性

BIM技術的模擬性特點是指BIM模型可以模擬建筑項目中的各種情況，例如節能模擬、緊急疏散模擬、施工模擬、進度模擬等，為項目提供全面的數據支持，進而更好地制定計劃和決策[2]。項目管理人員可以依據模擬情況進行相應的施工作業，從而可以對施工項目的具體造價成本進行有效地控制。

1.3 BIM技術的價值

將 BIM技術運用到水利工程項目中，可以使水利工程施工過程中的建設與管理工作更加智能化。利用傳統的2D建模方法在進行繪圖，往往不能取得理想的結果，且易造成項目的變更，造成各類資源的大量浪費，而采用3D建模方法可以有效地克服以上問題。BIM技術能夠在保持原有設計不變的前提下，通過3D建模為水利工程的下游區域提供更為真實可靠的數據支持，能夠保障各技術環節相互配合的有效性，并能夠為建設單位提供更多的建筑材料，從而減少人力、物力、財力的浪費，達到降低建設成本的目的。并且，通過構建 BIM數據庫，能夠在任何時間內，迅速獲取基礎項目的信息，并將項目的計劃消耗、資金費用與實際情況進行對比，從而精確地知道工程建設是否超出了預算、超出了標準，進而對項目的成本風險進行有效的管理和控制。此外， BIM技術最為直接的特點就是三維可視化。在整個水利工程的施工過程中，能夠及時地找到 BIM技術在工程中應用中存在的缺陷，降低在水利工程施工過程中產生的錯誤損失或返工的可能性，進而確保對項目的最優化，強化整體工程的施工質量。

2 BIM技術在水利工程建設管理中的應用研究

2.1 在水利工程項目決策階段的應用

在水利建設項目的具體實施過程中，需要進行項目的初步規劃和可行性分析等工作，而BIM技術在其中起著舉足輕重的作用。在進行水利工程的初期規劃工作的時候，業主要對工程項目的功能定位、投入定位等進行初步的確認。與此同時，要確保項目部門與財務部門、設計部門、工程部門之間能夠進行足夠的、及時的溝通。在此期間，若有某個部門的數據發生變化，將會影響到其它部門的工作，此時，一個暢通的交流平臺就成為了確定項目決策工作的關鍵所在。BIM技術在這個階段的應用，可以實現工程信息的共享，保證各部門之間的信息一致性，讓各部門可以最快的掌握工程的第一手數據，并作出決策。在進行工程的可行性研究時，要對水利建設的規模、規劃方案等進行詳細的闡述，并對水利建設的具體效益進行分析。但是，由于沒有準確的設計圖作為參照，預算、核對等工作普遍具有很大的難度。而在該工作中應用BIM技術，可以對項目周邊環境、施工用料等有更好的認識，從而使成本估算、收益判斷更加準確。

2.2 在水利工程項目設計階段的應用

對于水利建設項目，最重要的一個環節就是水利工程的規劃設計，它直接關系到工程項目的工期控制、成本投入以及質量管理。以往的水利項目規劃設計工作中，普遍以CAD為主導，對于工程的設計問題，以工程規劃作業專家為主要參與者，以平面CAD繪制的工程圖紙為主體。BIM技術在水利項目的規劃設計階段的應用，能夠對其進行快速的建模，因此能夠讓業主對水利工程規劃設計的總體狀況有一個全面的認識，這對于實現對水利工程規劃設計的優化和精確定位都是非常有利的[3]。在水利項目的規劃設計過程中，很容易出現錯、漏、碰、缺等問題，這往往是因為設計的溝通平臺不同，造成的設計人員的溝通和交流不夠及時、不夠充分，從而給水利工程的建設工作造成了一定的安全風險。然而，在這一階段應用BIM技術，能夠利用三維的優勢來對規劃成果進行展示，從而能夠及時地找到并改正規劃設計中存在的問題，對消除在規劃設計階段所產生的風險隱患有所幫助。

2.3 在水利工程造價中的應用

在具體的水利工程中，施工企業在進行建設過程中，會牽扯到很多方面的專業知識，因此，對施工人員的職業技能要求很高，其次，由于水利工程項目的總體建設面積很大，而且其內部的構造也比較復雜，因此如果僅僅依靠二維建模來進行建筑方案的設計，不僅不能達到預期的效果，還可能會影響到項目的總體設計效果。對于以上問題，有效的應用3D模型可以有效的解決這些問題，而且BIM技術也可以在確保施工質量的前提下，通過3D模型為水利工程下游區域提供所需的信息，從而推動各種技術的充分應用。由于水利工程的特殊性，所以在進行水利工程的各項建設工作時，必須要對施工技術進行全方位的控制，從而不斷地提升施工的總體效率和效果，保證項目的總體質量，盡量降低項目的總體費用。

2.4 在水利工程施工中的應用

2.4.1 工地現況建模

將 BIM技術應用于水利工程的現場施工作業之中，根據各個方面的具體情況建立三維模擬模型，并全面考慮生態系統的維保工作。將前期準備工作做好，才能有效提高水利項目的總體建設質量與效率，同時也能根據具體的情況，對項目的設計進行適時的調整、優化。要從根本上保證水利工程建設的質量，最重要的就是要施工人員運用有關的信息數據和專業技術，建立起工程項目的3D立體模型，為后續的各項施工工作奠定堅實的基礎。由于3D模型的獨特之處，它可以確保所有的建設工作都能夠井然有序的進行，有效的避免建設中出現的各種不利狀況，提高建設的品質與效率。將3D模型和2D模型相比較，可以看出3D模型有著很好的優勢，但是由于2D模型本身有著很多的問題，因此在進行復雜設計的過程中，還會受到一些專業技術的制約，因此不能有效地實現各個作業環節的實際目的。然而，單純的使用3D模型進行施工工地的開挖建設工作，并不能夠得到最精確的資料，此時就必須將兩者進行有效的結合，使其最大限度的發揮出各自的效果，從而提高整個施工計劃的質量水平，提高整體工作的效率。

2.4.2 三維碰撞檢查

以往的水利工程設計一般都是采用平面圖，在完成了各個部分的獨立設計后，必須把有關的設計圖紙綜合起來，交給工程總工程師來完成整體的調整，然后依靠人力去查找設計圖中的不一致之處，這樣不但會浪費工程設計師很多的精力和時間，而且很難保證圖紙的整體有效性。而BIM技術擁有一個非常完善的3D碰撞檢測功能，并且可以使用Navisworks和魯班虛擬碰撞軟件來實現直接應用，借助該系統的可視化技術，讓建筑設計人員能夠在真正的項目建設開始前，對項目的工藝設備、土建結構和管道等進行全方位的碰撞檢測，在這種檢測過程中，可以有效地排除各種軟碰撞和硬碰撞問題，從而達到對項目的最優設計，防止在建設過程中因為設計錯誤而造成的返工和措施性的損耗，也可以實現空間的最優化，保證管道布置的科學性和合理性[4]。施工人員在對三維管線方案進行了碰撞優化后，能夠根據有關方案進行施工模擬以及施工交底工作，從而全面提升施工質量與效率，加強施工方與業主的深度溝通。

2.4.3 土方量計算

通過應用BIM技術，同樣能夠實現對土方量的計算，在具體的操作過程中，工作人員只要設置了一個目標量，BIM技術就能夠自己進行計算，具有非常顯著的應用價值。其次，BIM技術在土方計算環節中也存在著很大的動態性。在進行水利工程項目建設工作的過程中，土方量和土方計算對項目建設有著很大的影響，同時也是項目預算、施工工作的開展的一個重要的參考依據，能夠為保障施工現場的秩序發揮積極的影響作用。從目前的現實狀況來看，在進行土方測量時，所使用到的軟件一般是AutoCAD和GIS遙感。應用BIM技術進行土方精確測量時，主要是根據建設現場的具體條件建立BIM模型，技術人員根據所獲取的資料，對水利建設現場的地理環境條件進行全面的分析，建立特定的地理環境模型，將各種空間三維曲線有效連接起來，最后得出的交線即為工程的原始地表與建設曲線之間的相交線。利用BIM技術，將曲線計算進行動態的鏈接，在制訂施工方案時，應該在最快的速度對施工土方進行挖掘，并將全部的信息數據進行整理，然后根據施工現場的各種情況，來制訂出一個完整的施工計劃[5]。通過3D模型，能夠實現大范圍的水利項目數據的統計，進而為各種施工技術的應用提供規范化的指導。

2.5 在水利工程項目運營維護的應用

一方面，利用BIM建模，可以參考與機械設備有關的，如設備的使用年限，使用情況等資料，基本上通過BIM建模中，可以得到全部的重要資料。通過這種方式，運營商能預先了解機械設備的狀況，并能及早采取措施，做好各項準備工作。同時，該技術還能對虛擬建筑物內的相關設備進行定位，并能及時了解設備的運行狀況。BIM的物業管理系統能夠對大型、復雜的設備和隱蔽工程展開管理。在使用這一技術的時候，可以直觀地看到彼此的位置關系，這在日常維護和設備更換方面有著巨大的優勢。在此基礎上，還可利用BIM技術對發生的緊急情況進行仿真，并提出相應的對策。另一方面，就水利項目的運行管理工作來說，最重要的就是泄洪閘、水電站的運行管理以及船閘的通航安全管控等。這些工作都是相對獨立的，但是又有著密切的聯系，要想做好這些運行管理工作，就必須而應用BIM技術弄清楚各個工作之間的相互關系，并對其進行有效維護和管理，才能避免出現無法彌補的質量問題和損失。在水利建設中，BIM技術是一種非常有效的手段，它使得水利建設管理工作更為便捷，信息獲取更為及時。

3 結束語

總之，BIM技術是當下信息科學技術發展的一個重要成果，它可以借助計算機技術，將三維模型高效地運用到各種工程項目尤其是水利事業相關工程項目的設計、施工以及管理工作之中，可以有效地提升工程施工建設的質量和效率，因此，相關企業要積極地應用BIM技術，推動我國水利事業的進步與發展。