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水利工程施工中BIM技术的应用
摘要：随着信息技术的飞速发展,水利行业正在经历一场BIM技术研究和应用的热潮,BIM技术在水利工程中的应用已由设计阶段渗透到施工阶段。文章通过梳理BIM技术近几年在水利工程施工中的应用进展,总结了BIM技术在水利工程施工中的技术优势及存在的问题,展望了BIM技术在水利工程施工领域的发展前景。
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建筑信息模型(BIM)是以三维数字技术为基础，在建设工程及设施全生命期内，集成建筑工程项目几何特征、物理特征、功能特性及管理要素等各种相关信息的工程数据模型，以解决项目规划、设计、施工、维护管理各阶段及应用系统之间的信息断层问题。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等5大特点[1]。
BIM技术最早应用于建筑行业并取得了普遍认可，在水利行业中的应用起步较晚，但发展速度很快，应用前景广阔。在水利行业，BIM技术的应用已不局限于设计阶段，在施工阶段亦已崭露头角。在施工阶段应用BIM技术，有助于提高施工的信息化、智能化水平，从而全面提升施工管理水平和工程质量。
目前所查阅到的文献中，BIM技术在水利工程施工阶段的应用尚处萌芽阶段[2,3,4],相比设计阶段明显不足。本文主要针对BIM在水利工程施工中的应用进行了探讨，并对其前景进行了展望。
1、应用场景
在水利工程施工中，BIM技术可广泛应用于施工区域总体布置、设备与材料管理、进度管理、质量管理、造价管理等方面。对BIM技术的有效应用，可促进施工中每项环节合理高效地完成，提升施工质量。相比建筑、市政、交通等行业，水利工程施工具有其特殊性，使得BIM技术在水利工程施工中的应用也颇具特点。
1.1 施工区域总体布置
传统的水利工程施工场地布置首先由施工人员根据经验在施工现场总平面图上初步确定布置位置，然后按照布置图在实际施工场地布置。这种布置方式由于不够直观，经常需要在实际布置施工场地时对布置情况反复调整，易造成施工场地内材料、设备二次搬运，运输成本高，施工作业效率低。而利用BIM技术及其三维可视化特点，通过对水工建筑物、场地、施工设备及机械等进行精细化建模，能更加容易地提前发现冲突，优化施工现场布置，方便施工，节省物料，节约用地，提高施工效率，提前避免安全事故的发生。
金沙江向家坝水电站利用BIM技术，在四维时空场景下系统分析设备防碰撞等安全问题，帮助工程师科学、高效地制定了建塔安装运行的实施方案，有效缩短了设备租赁使用周期，为大坝节点目标的顺利实现和大型设备安全运行提供了重要保障[5]。某输水箱涵建造工程利用Revit软件进行3D建模，选用Navisworks软件进行漫游、碰撞检测和仿真模拟，实行了施工区域布置优化[6]。
1.2 施工导流
利用BIM技术进行水利工程施工导流设计，可以采用Civil3D软件。利用该软件进行汇水分析、流域分析、高程分析、坡度分析、容量曲线的计算等，配合使用(SSA)进行初步水文分析，包括降雨过程分析、洪水过程分析等，最后结合当地水文情况，可帮助导截流设计人员建立准确的导流设计方案，确定导流建筑物的布置。并且，在施工期可随时引入数据，分析导流能力，辅助导流变更以及信息化实时预警。
1.3 设备与材料管理
BIM具备多种信息，将信息整理导出，可以获得详细的材料表。在施工准备阶段能提供详细的成本估算，便于施工材料、施工设备的购买和配备。项目管理者可根据施工计划，将材料与设备信息分阶段归类整理，确定清晰的材料设备进场计划，根据现有储备情况，及时纠偏，避免维护、急缺、浪费的情况。例如，电站水轮机金属蜗壳钢结构制造阶段，可采用Dynamo进行建模，将模型导入advancesteel生成对应的钢结构，导出数控机床数据与图纸，精准确定实际工程量，便于材料加工与采购。
1.4 进度管理
BIM信息管理系统可充分考虑计划与模型的匹配要求，附加时间维度构成4D模拟动画，检查施工内容是否有缺项，工序安排是否科学，设备安装及拆除时间是否合理等问题，基于此进行合理优化，最终形成可执行性强的施工进度计划。
山西中部引黄工程桥头渡槽利用BIM技术模拟渡槽三维形象进度，使渡槽施工更加直观准确，施工资源周转更加合理，场地布置更加科学[7]。王天兴等[8]开展了基于BIM技术的水工隧洞施工进度仿真理论与施工进度4D化技术的研究，实现了水工隧洞施工过程的动态显示以及施工信息的可视化查询。
1.5 施工质量管理
应用BIM技术对水利工程进行质量控制，可有效提高质量管理的效率。黑河黄藏寺水利枢纽BIM综合应用中根据质量评定单元划分和施工进度计划，利用自主开发的分块程序对设计模型进行划分，并基于BIM信息数据库和模型文件数据库的施工管理平台整合外部信息数据库，实现施工过程中的质量、安全、进度和成本的全过程记录，形成基于质量验评单元的施工管理模型[9]。浙江省水利水电勘测设计院在扩大杭嘉湖南排八堡排水泵站工程、姚江上游西排梁湖枢纽等工程中开发了BIM协同管理系统，集成了施工质量管理模块，通过该模块可进行质量评定信息录入、分析及查询。
1.6 工程造价
BIM技术以准确的地形模型、水工建筑物模型、金属结构及机电模型为前提，开挖工程量、枢纽建筑物工程量、金属机构及机电安装工程量等一目了然，为工程结算提供直观的参考数据。例如，新孟河界牌水利枢纽的BIM系统利用BentleyGEOPAK软件在三维地形上进行开挖设计，获取开挖工程量；实现自动化三维配筋并自动生成钢筋表，快速获得材料、规格、数量以及设备型号等工程量汇总信息[10]。
2、存在的问题
BIM技术在水利工程施工中的应用具有巨大的潜力和价值，但在推进过程中，也遇到了很多问题，主要体现在以下方面：
(1) 主流的BIM商业软件主要面向建筑行业，对水利行业适配度不高，常需要二次开发或多软件协作。
(2) 由于使用对象不同，导致水利工程设计、施工、运行管理等各阶段的BIM技术标准单独建设，无法统一。
(3) 市场上的BIM软件主要应用于建模，具备进度分析、成本控制、协同管理等功能的软件相对匮乏而且深度不够，无法充分发挥BIM应有的优势。
(4) 设计单位的BIM技术应用亦处于起步阶段，尚未真正形成生产力，导致上游BIM产品少、族库不丰富，施工阶段建模工作量巨大。
(5) 施工单位BIM技术人才匮乏，过多依赖设计单位的帮助，但设计人员对施工管理理解程度不深、实践经验不足，严重影响了BIM技术在施工阶段的应用价值。
3、应用前景及展望
2016—2017年，国务院先后出台意见，要求积极应用、大力推广BIM技术。住建部印发的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》在施工类企业的主要目标中明确要求“普及项目管理信息系统，开展施工阶段的BIM基础应用。有条件的企业应研究BIM应用条件下的施工管理模式和协同工作机制，建立基于BIM的项目管理信息系统。”
随着各项BIM技术鼓励政策的出台，目前我国BIM技术应用总体处于上升期，应用案例不断积累。BIM技术在水利工程施工中的应用正逐渐推广到施工管理深度应用阶段，多项技术呈现出“BIM+”的新特点，将对提高施工工效及管理水平起到深远的影响。
(1) 水利施工现代化对施工管理工作的高效协同、项目信息的准确传递要求更高，因此BIM应用将逐步向施工阶段深化延伸，与项目管理集成将成为BIM应用的一个趋势。
(2) BIM技术与三维激光扫描、无人机、VR/AR技术等融合，应用于水利工程施工阶段实测实量、深化设计、方案交底、施工仿真等，大幅提升水利智慧化管理水平。
(3) 从单机应用向基于云端的协同应用转变将是BIM应用的一个趋势。BIM技术与云计算的综合应用可支持水利工程施工现场不同参建者之间的协同和共享，将为施工现场管理带来革命。
(4) BIM技术在施工阶段的应用由大型水利工程向中小型水利工程普及，从标志性项目应用向一般项目应用延伸。
4、结语
随着BIM技术应用的不断推进，BIM技术已在水利工程施工场地布置、设备与材料管理、进度管理、质量管理、造价管理等方面得到了一定程度的应用，并发挥了独特的技术优势。但是，BIM技术在水利工程施工中的应用尚处于引进探索阶段，且存在不少问题，能否妥善解决这些问题将直接影响BIM技术在水利工程施工领域的应用前景。
BIM技术是水利行业的新机遇，为水利工程施工管理提供了一个全新的平台，掌握BIM技术已是施工单位未来发展的必经之路。希望水利施工单位认真钻研BIM技术，促成BIM技术在水利工程施工中的深化应用，全面提升水利工程施工信息化水平。
参考文献:
[1]王斌,杨鸿.BIM技术在公路设计中的应用现状与展望[J].公路,2019,64(10);229-232.
[2]刘懿韬.BIM技术发展及其在水利工程中的应用[J].水利规划与设计,2019(10):64-66.
[3]陶丽佳,冷俊杰.水利工程BIM应用探索与实践[J].浙江水利科技,2018,46(5):49-51.
[4]赵国华,李岩,石菊.BIM建模技术在水利工程施工中的应用[J].中国水利,2019(6);41-43.
[5]林伟,孙华艳,张新宇,等.基于BIM的时空碰撞检查技术在水电工程施工中的应用[J].长江科学院院报,2018,35(5):136-141.
[6]王欣,冯利军.BIM技术在输水箱涵施工阶段的应用研究[J].人民黄河,2019,41(4):135-138.
[7]王天兴,张继勋,任旭华.基于BIM技术的水工隧洞施工进度仿真研究[J].长江科学院院报,2020,37(11):149-155.
[8]王陆,陶玉波,王楠.黑河黄藏寺水利枢纽BIM综合应用[J],水利规划与设计,2018(2):23-27.
[9]何勇,郑囐,吴忠,等.BIM技术在新孟河界牌水利枢纽中的应用[J].人民长江,2019,6(S1):350-353.
文章来源：陈文亮,王良,王成,衡阳.BIM技术在水利工程施工中的应用[J].水利技术监督,2021(06):43-44+70.
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主管单位：广西壮族自治区水利厅
主办单位：广西水利电力勘测设计研究院
出版地方：广西
专业分类：水利
国际刊号：1003-1510
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创刊时间：1972年
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