1、研究背景

现阶段，中国在BIM技术的研究和实际应用方面取得了可喜的成果，不再是停留在翻模阶段了，如何利用模型的信息成为了大家关注的焦点；一方面BIM技术已被行业内普遍认可，另一方面BIM深入应用的需求正在不断加剧。水利发展“十三五”规划思路中提出：“以信息化、数字化、自动化和智能化现代技术为支撑，加快完善水利信息基础设施，提高水资源调控和水利管理的信息化水平。”水利工程管理信息化是国家信息化发展的重要组成部分，是实现水利现代化的基础和重要标志。水利工程建设项目管理系统的建设，是顺应国家信息化发展的潮流，运用现代科学理论和新兴技术，对水利工程建设实行科学管理，从而提高水利管理和工程运行的信息化水平，BIM技术在水利水电工程建设方面应用仍处于初级阶段，但也有学者将BIM技术运用于水利行业的施工模拟、安全预警和方案优化等方面的研究与应用[1,2,3,4]。张少楠等[5]将BIM技术应用在水利工程地形处理研究中，将水库地形可视化，为精准测量库区容量提供精准算力，袁占全等[6]将BIM技术与GIS技术结合，运用于航道的三维漫游于模拟，仲青等[7]将BIM技术运用于水利工程施工现场的安全信息模拟，实现了施工现场的可视化、信息自动化的安全监控，李国杰等[8]针对航道整治工程BIM技术应用问题，研究航道整治工程全生命期的BIM技术路线和关键技术；董思远等[9]依托山东某内河航道工程探索BIM技术在设计中的应用，取得了较好的工程效果。与建筑行业相比，水利行业BIM技术的运用研究缺少相对完善成熟的构建族库，且需按照设计对建筑物进行多层切割，关联时间轴，实施施工进度模拟，技术要求较高。党中央、国务院提出了“推动信息化和工业化深度融合”“促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的中国特色社会主义现代化建设新要求。2015年，《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和《国务院关于印发促进大数据发展行动纲要的通知》的连续出台，强调了要推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等新技术与经济社会各领域发展的深度融合，“互联网+”是成为经济社会创新发展的重要驱动力量。

大藤峡水利枢纽工程位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峡出口处弩滩上[10],是以防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的大型水利枢纽工程。国家和水利部党组对大藤峡水利枢纽工程提出了很高的要求并给予了极高的期望，力争将大藤峡工程建成国家重大基础设施的精品工程、阳光工程、廉洁工程和水利行业的标志性工程。工程项目管理平台实施主要存在的难点是大藤峡水利枢纽工程规模宏大，建设的信息化管理系统平台结构复杂、技术要求高，且水利行业缺少完善成熟的族库。因此，需要引入BIM技术提升对大藤峡工程的管理效率，为推动工程全生命周期数字化管理提供强有力的技术支持。

2、系统结构

采用BIM技术，开展项目规划、勘察、设计、施工、质量管理等方面的技术应用，结合BIM建模，实现工程建设的成本和进度、质量、安全控制等方面的可视化、虚拟化的协同管理。BIM管理可以使项目参建各方，包括设计、施工总承包、代建方、监理单位以及专业分包等都在BIM平台上进行管理共享，并且建立与工程、项目管理密切相关的基础数据支撑和技术支撑，大大提升项目协同管理效率。同时，在项目建造过程中不断维护、完善的BIM模型，在项目建成后，可以形成物业运维模型，为项目的运行维护平台提供数据支撑。

BIM项目协同管理平台，是通过项目管理为主线，设计产品为核心，面向工程项目全生命周期的集成化网络生产环境，改善与业主、设计院、总包、监理、供应商、合作伙伴等干系人之间的数据共享和协同；BIM协同、可视化，监督管理文档文件的整个生命周期，控制工程项目设计、施工过程各类文件，管理及追踪数个文件版本，并记录文件历史；利用BIM技术，综合应用4D、5D、过程模拟及施工优化理论和技术，实现设计、施工的协同应用和动态管理；有利于建设、设计和施工等单位沟通，优化方案，减少设计错误、提高建筑性能和设计质量(图1)。

图1 BIM系统平台功能结构 

大藤峡BIM协同应用子系统主要由BIM管理应用，系统管理、个人工作台、设计管理四部分组成。BIM管理应用中包含了BIM构建管理、质量管理、安全管理等；系统管理则由组织架构、人员档案、系统角色、基础数据管理组成；个人工作台主要展示个人待办、已办、我的提醒；设计管理主要展示设计计划、交付、变更、成果等模块内容。

3、BIM建模

通过BIM建模，实现工程三维枢纽方案布置以及立体施工规划，快速直观的建模和分析功能，可轻松、快速帮助布设施工场地规划，有效传递设计意图，并进行多方案比选。BIM三维建模的类型包括测绘BIM设计模型、枢纽BIM设计模型、工厂进度BIM设计模型、水电BIM施工模型和水电BIM运维模型。

3.1建模依据

大藤峡BIM协同应用子系统建模是在确保产品质量标准和使用价值的前提下，采用动态控制方法，按照合同约定时间提交三维设计模型[11]、施工进度模型，并完成信息录入工作。参照建筑信息模型应用统一标准及大藤峡工程建模技术要求，依据Project Wise协同平台，采用Autodesk Revit 2016软件，模拟Navisworks Manage 2016施工情况进行建立了大藤峡工程船闸、泄水闸、厂房等三维模型。Revit建模方式分为3种方式：常规模型族(family)、体量族、内嵌体量族。它们各有优势，常规模型族环境下建立模型应用程度高、投入使用后管理方便，但其建模规定多与体量族及内嵌体量族，后两者纯建模速度较快。为便于施工模型后续操作及接入平台运行管理，项目组统一要求采用常规模型族环境下工作。

录入大藤峡水利枢纽工程施工图纸及施工进度文件作为建模基础库，施工图纸设计详细、模型复杂、体量大，按照LOD300精度要求船闸、泄水闸、厂房等工程建模组成部件具有确定的尺寸和可识别的通用类型形状特征，包括专业接口(或连接件)、尺寸位置和色彩，反映关键性的设计需求或施工，土建类(坝工、引水、施工、交通、厂房、建筑)混凝土建筑物应能准确体现外形轮廓、结构分缝、材料分区，主要预埋件可示意。根据要求，展示了船闸、左岸厂房、泄水闸部分建模深度要求，明确了船闸的上下游导航墙、上下闸首、闸室、泄水箱涵；左岸厂房的副厂房、尾水渠；泄水闸的上下游铺盖、闸室段等工程对象的几何信息和非几何信息的模型内容。根据建模类型划分：土建结构包括进行泄水闸、大坝、厂房、船闸三维体型建模，实现坝体参数化设计，协同施工组织实现总体方案布置；施工导流包括导流建筑物如围堰、导流隧洞及闸阀设施等及相关布置按照规定进行三维建模设计；建模精度与内容包括①根据建设部建模标准，模型精度要求为LOD 300;②三维模型应满足工程的施工和运维的使用要求；③全专业全信息三维模型；④三维模型须包含模型内容、结构、描述和构件信息；⑤提供所有涉及的构件；⑥建立各类模型之间的装配关系；⑦三维模型应包全专业各类型构件/设备的功能属性信息、各类主数据的逻辑关系、各类文档与主数据之间的关系；⑧电站三维模型采用KKS编码。

3.2建模信息录入与规则

BIM协同应用系统建模[12]需要采用数据工程开发的信息录入工具，将属性信息批量录入构件中，录入信息表格要对特定的构件进行编码命名，遵照编码命名规则(项目代码-建筑物-分段-专业-构建代码-文件序号)的原则对录入构件进行命名。同时，根据实际情况，设计了模型信息内容规则，见表1,该表包含系统设计方案的关键设计指标数据、工程单元对象类型信息、空间编码、主要技术经济指标以及工程对象构件主要技术参数和设计编码信息，能反映关键性的设计需求或施工要求。按构件或分层分区块体作为信息赋予单元，信息内容包括：标高、构件名称、构件编号、构件部位、构件类型、构件尺寸、顶高程、底高程、混凝土标号、体块编码、关联图纸信息等。为区分构件、便于平台识别管理，经与委托方协商，构件(块体)颜色采用冷色系如蓝、绿、蓝绿、青等色系。按照国际标准色卡颜色取色，并赋予相应材质颜色。

表1模型信息内容规则 导出到EXCEL

通过指定的构件部位建立了特定的模型，还需要对其进行保存，项目文件命名规定为：项目名称-建筑物-类型(区域)-建筑物.rvt。通过特定区域的命名，可以在系统中快速找到对应的模型作为项目施工进度的软件模拟。

4、施工进度模拟

施工进度模型严格按照水利工程地形[13]施工进度计划文件对大藤峡水电站三维模型进行设计，施工进度模型需要对设计信息模型进行切分，同时将切分后的模型与施工[14]进度文件中的任务逐一挂接，保证切分后的构件分块与施工进度计划中任务一一对应。对校审查后的信息模型，按照施工计划进行切分后，由Navisworks对切分后模型进行挂接。左岸厂房施工和泄水闸施工模型的建立，切分颗粒较细基本按照1.5 m左右为控制尺寸进行分段，挂接工作量十分繁重，且项目软件经常出现卡顿，经查找原因，分析对策，对Navisworks软件改造升级，对项目成员工作施工和进程进行约束，最终完成了左岸和泄水闸施工模型和制作。左岸施工模型、泄水闸模型见图2、3。

图2左岸3号安装间施工进度模拟

图3泄水闸施工进度模拟  

根据收集到的左岸3号安装间施工图纸，在协同平台Project Wise上创建了设计模型，由施工单位在P6平台上编制的施工计划，通过施工任务编制颗粒度及建模相关规定，利用Revict创建施工进度颗粒度模型，由Navisworks对创建的模型进行挂接，最后组合成3号安装间施工进度模拟的3D模型，直观显示施工进度。

在对图2左岸3号安装间施工进度和图3泄水闸施工进度进行模拟过程中，发现船闸施工进度文件数据存在施工顺序倒排现像、泄水闸施工进度文件中没有说明每个坝段中3个区分的位置，按照人为计划的施工进度无法按时完成施工情况。最终反馈给设计院与业主，经过沟通，决定对泄水闸闸室部分按坝段进行整体的施工进度模拟，并把上游铺盖施工进度时间全部归纳至PAI-PA32中整体进行模拟，为工程项目施工按时完工提供了技术支撑。根据创建的模型和业主提供的施工计划，实现了左岸3号安装间和泄水闸施工模型的构件预览、属性查询、模型功能区域的划分、施工任务对应施工范围、施工任务对应完成主体、施工4D模拟。

5、设计成果管理

利用BIM多维度可视化的特点，对重要施工方案进行模拟。项目各方可利用BIM模型进行讨论，调整方案，快速调整相应BIM模型，最终确定最优的施工方案。通过BIM5D模拟，展示模型的进度模拟情况及资金、工时、工程量等消耗情况，并且与已经实际完成的部分进行对比分析。

a)能够监督管理文档文件的整个生命周期，控制工程项目设计、施工过程中各类文件的建立、编辑、审查、修改、归档及保存，分析进度计划模拟的计划工时以及已经完成进度计划的实际工时，支持以折线图等直观方式展现。

b)可以产生、管理及追踪数个文件版本，并记录文件的历史。可以建立各种检索、查询标准，方便快捷的重新组织文件，分析进度计划模拟的各月份的资金需求量，支持以折线图等直观方式展现。

c)对于工程项目，工程图纸及过程文档是信息的主要表现形式，非结构化、数据量庞大是这类信息的重要特征，优秀的管理策略，是高效应用的前提保证。分析进度计划模拟的各月份的人材机需求量。

d)不需要安装客户端和各种专业软件的前提下预览、审批、批注；主要包括：目录结构、目录信息、文档列表、文档属性信息等。按照月、周、天等维度分析工时损耗率(工时损耗率=计划工时/实际工时),支持以折线图等直观方式展现。

6、结束语

基于BIM的大藤峡水利枢纽工程施工进度模型可有效减少设计变更，降低建设风险。配合施工进度模拟，还能精确控制工程施工进度，优化施工组织方案。因此建议尽快将本项目BIM成果应用到大藤峡水利枢纽工程的施工及管理过程中，充分体现其经济效益和管理效益，并最终实现工程全生命周期数字化管理。

大藤峡水利枢纽工程的左岸厂房、船闸、泄水闸等建筑物均已开工建设。在本项目BIM服务过程中，建模人员陆续发现了一些与设计图纸、施工组织管理相关的问题，并反馈给设计院，得到妥善解决。考虑管综、机电金结等专业设备设施以及右岸建筑物尚未开工建设，有必要提前启动该部分的BIM咨询服务，查找可能存在的技术问题，将风险化解在萌芽状态，降低了建设风险，提升了大藤峡工程的管理效率。

参考文献:

[1]张丽媛,郝有新,蒋荣清,等, BIM+GIS+倾斜摄影融合技术在双桥枢纽工程中的应用|J.水运工程, 2022(21):192-197.

[2]周毅,李啸,华懿三维协同设计在葛岙水库移民安置规划中的应用研究[J].水利发电, 2021,47(9):31-36.

[3]汪海英.BIMI具选择系统框架研究[D].武汉:华中科技大学, 2015.

[4]张小宁,基于BIM的装配式冷水机房安装技术[C]/2020年全国土木工程施工技术交流会论文集, 2021:12-17.

[5]张少楠,张瑞,于景波,等,倾斜摄影技术与BIM技术结合在水利工程地形处理中的研究[J]中州大学学报, 2018,35(6):106-111,133.

[6]袁占全,李明益,基于BIM+ GIS的航道三维漫游系统设计与实现[J].水运工程, 2021(38)-153-158.

[7]仲青,苏振民,王先华基于RFID与BIM的集成施工现场安全监控关键技术研究[J]建筑科学, 2015.,31(4):123-128,147.

[8]李国杰,刘松,郭涛,等BIM技术在航道整治工程全生命期的应用[J].2018(8)118-122.134.

[9]董思远,范海文,张金刚BIM技术在内河航道工程中的应用[J].2019(11):127-132.

[10]黄鹏嘉,广铭,丘仕能.大藤峡工程项目管理系统的设计与实现[J].水利信息化, 2020(5):63-67.72.

[11]文勇,焦柯,童慧波,等.BIM建筑结构设计过程的研究与实现[J]建筑结构, 2013,43(S1):825-828.

[12]裴彦飞,苏芮,苏谦基于BIM的中低速磁浮土建构件管理平台开发[J]铁道标准设计, 2022 66(1).37-40.48.

[13]王雪青,任远,杨秋波, BIM的国际发展态势基于网站内容分析[J].工程管理学报, 2012(4):6-11.

[14]满庆鹏,李晓东,基于普适计算和BIM的协同施工方法研究[J.土木工程学报, 2012(S2):311-315.

文章来源:丘仕能,黄鹏嘉.基于BIM的大藤峡水利枢纽工程施工进度管理[J].人民珠江,2023,44(S1):42-46+57.