王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010）

我國(guó)水利工程中 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀及障礙研究

Application of BIM in China Water Project and its Obstacles

王明明，姚 勇，陳代果（西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010）

伴隨全球制造業(yè)邁向工業(yè)4.0的步伐，建筑信息模型（BIM）正引領(lǐng)著建設(shè)行業(yè)的第二次革命，然而工程技術(shù)人員對(duì)BIM在水利工程中的應(yīng)用情況及現(xiàn)存障礙尚認(rèn)識(shí)不足。結(jié)合BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)水利工程中的應(yīng)用情況，對(duì)阿海水電站、南水北調(diào)中線工程等典型工程BIM應(yīng)用情況進(jìn)行比較分析，并對(duì)國(guó)內(nèi)水利工程中應(yīng)用的主流BIM軟件進(jìn)行分析，探討B(tài)IM在國(guó)內(nèi)水利工程中的主要應(yīng)用障礙，從政策環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、行業(yè)環(huán)境 3 個(gè)面為BIM的推廣應(yīng)用提出，相關(guān)對(duì)策與建議。

水利工程；BIM；應(yīng)用現(xiàn)狀；應(yīng)用障礙

水利工程是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。其在防洪、減災(zāi)等方面對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)，同時(shí)在發(fā)電、灌溉、生態(tài)等方面發(fā)揮著巨大作用。水利工程項(xiàng)目規(guī)模大、難度高、周期長(zhǎng)，且大部分項(xiàng)目位于深山峽谷之中，地形地質(zhì)條件復(fù)雜、空間有限；同時(shí)，項(xiàng)目施工作業(yè)涉及多專業(yè)、多環(huán)節(jié)、多利益方。這些都給項(xiàng)目的施工組織管理和施工過程的動(dòng)態(tài)控制，帶來了極大的挑戰(zhàn)。據(jù)國(guó)家發(fā)改委報(bào)道，2016 年我國(guó)在建的重大水利工程投資規(guī)模保持在 8 000 億元以上。然而目前傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段的運(yùn)作流程及管理模式存在缺陷，使水利工程行業(yè)生產(chǎn)效率的提高受到了很大的限制。另外，水利工程在全生命周期內(nèi)設(shè)計(jì)效率低、各階段信息流失嚴(yán)重、信息共享管理水平低等問題，已使傳統(tǒng)管理模式無法適應(yīng)客戶及行業(yè)需求，新技術(shù)的引入、模式的改革勢(shì)在必行。

BIM(Building Information Modeling) 是建設(shè)行業(yè)一種新的理念和技術(shù)。其思想源于 20 世紀(jì) 70 年代，由美國(guó)佐治亞理工大學(xué)教授 Chuck Eastman 教授提出。美國(guó)國(guó)家 BIM 標(biāo)準(zhǔn)將 BIM 定義為：“設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)”[1]。自 2002 年 BIM 概念進(jìn)入中國(guó)以來，對(duì) BIM 的應(yīng)用及研究得到了快速發(fā)展，除了在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM 技術(shù)也已應(yīng)用于公路、橋梁、地鐵、水利等工程項(xiàng)目中。BIM 技術(shù)應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域后，被業(yè)內(nèi)稱為水利工程信息模型 (Hydro BIM) 或水利水電工程圖形信息模型(HPIM，Hydropower Project Information Modeling)。我國(guó) BIM 技術(shù)的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在水利工程中的推廣程度更是不夠?；诖耍疚膶?duì) BIM 技術(shù)在我國(guó)水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及障礙進(jìn)行了調(diào)查研究，并提出了應(yīng)對(duì)建議[2]。

1 我國(guó)水利工程領(lǐng)域 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 是一項(xiàng)全新的理念和技術(shù)，必將成為全球建設(shè)行業(yè)未來的潮流。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，應(yīng)用 BIM 項(xiàng)目的數(shù)量已經(jīng)超過傳統(tǒng)項(xiàng)目的數(shù)量。而我國(guó)起步較晚，當(dāng)前的 BIM應(yīng)用率尚不高。我國(guó)水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)的應(yīng)用以設(shè)計(jì)階段為主，而在施工階段的應(yīng)用鮮有報(bào)道，在運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)用BIM 技術(shù)更是無從談起。所以，BIM 技術(shù)在水利工程中的研究和探索勢(shì)在必行且任重道遠(yuǎn)。

1.1 BIM 在國(guó)內(nèi)水利工程典型項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

McGraw-Hill 公司將 BIM 定義為：“創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)管理的過程”。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決建設(shè)項(xiàng)目各階段及階段之間信息傳遞損失、溝通不暢等問題。我國(guó)對(duì)于 BIM 的研究及應(yīng)用起步較晚，尚處于起步階段，可查的水利工程 BIM 應(yīng)用項(xiàng)目較少?，F(xiàn)將近年來水利工程中應(yīng)用 BIM 技術(shù)的典型案例匯總，如表1所示[3]。水利工程具有體型大、周期長(zhǎng)、參與方眾多、多專業(yè)協(xié)作、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多地下工程等特點(diǎn)，BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用可以發(fā)揮其最大價(jià)值和效益，解決周期長(zhǎng)及參與方眾多造成的信息傳遞損失、參與方多帶來的協(xié)調(diào)工作量大等問題。BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用已初見成效，在施工過程的動(dòng)態(tài)演示及信息查詢方面也有所進(jìn)展，同時(shí)也存在諸多問題[4,5]。

表1 我國(guó)近年典型水利工程 BIM 應(yīng)用案例

1.2 BIM 在水利工程中的應(yīng)用軟件分析

理論和技術(shù)的應(yīng)用都需要依賴于一定的工具。軟件正是保證 BIM 技術(shù)得到推廣應(yīng)用的不可或缺的工具。BIM 在水利工程中的應(yīng)用涉及不同的參與方、不同的專業(yè)和不同的階段，會(huì)涉及眾多的軟件，絕不是一個(gè)或一類軟件可以解決的。美國(guó) Building SMART 聯(lián)盟主席 Dana K. Smitnz斷言：“依靠一個(gè)軟件解決所有問題的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了”[6]。當(dāng)前，BIM 軟件以國(guó)外開發(fā)的軟件為主流，國(guó)產(chǎn) BIM 軟件非常稀少，國(guó)內(nèi)工程也主要應(yīng)用國(guó)外的 BIM 軟件。但是，國(guó)外軟件不能完全符合中國(guó)的國(guó)情、使用習(xí)慣及規(guī)范，同時(shí)也給信息安全帶來了隱患。下面分析國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上較有影響力的 BIM 軟件，并介紹其在水利工程領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，從而更深層次地了解 BIM 在水利工程中的應(yīng)用。

(1) Autodesk 系列。2002 年，Autodesk 公司收購(gòu)Revit 公司后，提出了 Building Information Modeling (建筑信息模型)這一術(shù)語，旨在實(shí)現(xiàn)全方位"建筑工程生命周期管理"。Autodesk 公司的 Autodesk CAD 軟件在過去 30余年中，已被建筑工程技術(shù)人員接受并應(yīng)用于工程實(shí)踐中，其 BIM 解決方案所包含的軟件符合 CAD 的使用習(xí)慣，易被工程人員接受。

圖1 為 Autodesk 產(chǎn)品在水利工程設(shè)計(jì)階段的使用及其對(duì)應(yīng)專業(yè)。設(shè)計(jì)階段的水力參數(shù)、結(jié)構(gòu)計(jì)算由其他專業(yè)軟件輔助完成，施工進(jìn)度管理中常配合 P3、Microsoft Project 實(shí)現(xiàn)。中國(guó)水電顧問集團(tuán)下屬的北京院和昆明院均引進(jìn)了 Autodesk 的 BIM 產(chǎn)品。

圖1 水利工程設(shè)計(jì)階段所用BIM軟件

(2) Bentley 系列。Bentley 產(chǎn)品在工廠設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有無可爭(zhēng)辯的優(yōu)勢(shì)。中國(guó)電建集團(tuán)華東設(shè)計(jì)院自2004 年已引入 Bentley 產(chǎn)品，已在 30 余項(xiàng)大型工程中全面使用。

(3) Dassault 系列。達(dá)索公司為建筑行業(yè)提供了全流程 BIM 解決方案，涵蓋建筑行業(yè)所涉及的項(xiàng)目全生命周期，可滿足用戶在各個(gè)階段對(duì) BIM 數(shù)據(jù)的處理需求。如：CATIA 軟件提供智能化的樹結(jié)構(gòu)，對(duì)于實(shí)體或曲面對(duì)象，都可以采用變量和參數(shù)混合進(jìn)行建模[7]。其應(yīng)用到建設(shè)行業(yè)，無論是建模能力、表現(xiàn)能力和信息管理能力都比傳統(tǒng)的建筑類軟件有明顯優(yōu)勢(shì)，但是與工程建設(shè)行業(yè)的項(xiàng)目特點(diǎn)和人員特點(diǎn)的對(duì)接問題則是其不足之處。中國(guó)水電顧問集團(tuán)下屬的成勘院及西北院均引入達(dá)索系列產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

(4) Nemetschek 系列。Nemetschek 公司自 2007年收購(gòu) Graphisoft 之后，ArchiCAD/AllPLAN/Vector Works 三個(gè)產(chǎn)品都被歸到同一公司旗下。ArchiCAD 早已被國(guó)內(nèi)工程設(shè)計(jì)人員熟悉，但其僅限用于建筑專業(yè)；AllPLAN 主要市場(chǎng)在德語區(qū)，VectorWorks 是其在美國(guó)市場(chǎng)使用的產(chǎn)品名稱。目前尚無報(bào)道國(guó)內(nèi)的水利工程中應(yīng)用該系列產(chǎn)品。

綜上所述，BIM 軟件眾多，但適用于國(guó)內(nèi)水利工程領(lǐng)域的 BIM 軟件尚不完善，亦不系統(tǒng)，國(guó)外軟件的本地化程度較低，不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)行業(yè)規(guī)范及工程人員的使用習(xí)慣。水利工程中的應(yīng)用僅處于設(shè)計(jì)階段，尚未實(shí)現(xiàn)水利工程信息化的全階段貫通；在設(shè)計(jì)階段“計(jì)算分析”、“規(guī)范檢查”環(huán)節(jié)仍出現(xiàn)了“信息孤島”現(xiàn)象。所以，如何統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)BIM 在水利工程各階段、各專業(yè)間的協(xié)同應(yīng)用，是未來研究的重點(diǎn)[8]。

2 BIM 在國(guó)內(nèi)水利工程中應(yīng)用障礙分析

結(jié)合水利工程項(xiàng)目案例和已用 BIM 軟件的分析，BIM在水利工程行業(yè)的應(yīng)用主要存在以下障礙。

(1) 水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用的政策環(huán)境不成熟。從都江堰工程 2 000 多年的歷史可見，水利工程是歷史悠久的傳統(tǒng)工程領(lǐng)域，水利工程領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展、更新較慢。尤其是在施工階段，施工工藝傳統(tǒng)、工程技術(shù)人員習(xí)慣于傳統(tǒng)思維、施工效率低。我國(guó)水利工程行業(yè)體制不統(tǒng)一，缺乏完善的 BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用模式、規(guī)范等；BIM應(yīng)用缺乏相關(guān)的法律、法規(guī)及爭(zhēng)議解決方案；水利工程行業(yè)從業(yè)工程技術(shù)人員及部分企業(yè)管理人員過于依賴傳統(tǒng)建造方式，思維模式禁錮，尚不能接受 BIM 技術(shù)這樣的新事物[9]。以上因素導(dǎo)致我國(guó)水利工程行業(yè) BIM 推廣并應(yīng)用的政策環(huán)境不成熟。

(2) 水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)環(huán)境不成熟。水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)的應(yīng)用涉及不同單位、不同階段，采用多種軟件協(xié)同作業(yè)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)采用的 BIM 軟件都是國(guó)外產(chǎn)品，存在信息安全級(jí)別低、本地化程度不夠、與計(jì)算分析軟件的模型交互能力差、軟件升級(jí)費(fèi)用高等問題；水利工程通常規(guī)模巨大，運(yùn)用 BIM 建模對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求極高，當(dāng)前尚無通用的、可行的方式來解決此問題；水利工程行業(yè)應(yīng)用 BIM 技術(shù)的合同模式、索賠模式尚不完善等因素導(dǎo)致水利工程行業(yè) BIM 推廣并應(yīng)用的技術(shù)環(huán)境不成熟[10-11]。

(3) 水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用的行業(yè)環(huán)境不成熟。當(dāng)前國(guó)內(nèi)已有部分水利設(shè)計(jì)院采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，但大多處于初始和探索階段，技術(shù)熟練度不高、項(xiàng)目數(shù)量有限，致使 BIM 技術(shù)應(yīng)用的投資收益得不到準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)；且行業(yè)內(nèi)對(duì) BIM 的應(yīng)用價(jià)值尚無準(zhǔn)確評(píng)估。當(dāng)前，水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)主要用于設(shè)計(jì)階段，施工階段的 BIM 應(yīng)用較少，且缺乏施工階段 BIM 技術(shù)的應(yīng)用模式；BIM 技術(shù)初期投入費(fèi)用高、人才短缺、培訓(xùn)難度大、應(yīng)用前期工作效率低，制約了 BIM 技術(shù)在水利工程行業(yè)的推廣及應(yīng)用[12]。因此，水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用的行業(yè)環(huán)境尚不成熟。

3 BIM 在水利工程中推廣應(yīng)用的建議

自 2002 年 BIM 引入我國(guó)以來，盡管國(guó)內(nèi) BIM 技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在水利工程領(lǐng)域也有了較好的推廣和實(shí)踐，但 BIM 技術(shù)的全面推廣和應(yīng)用還存在著諸多的困難和挑戰(zhàn)。為了推廣 BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，針對(duì)水利工程行業(yè) BIM 應(yīng)用中所凸顯出的政策環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、行業(yè)環(huán)境三方面問題，提出如下建議。

(1) 政策環(huán)境方面。BIM 屬于新生事物，它的推廣應(yīng)用首先需要工程人員摒棄傳統(tǒng)思維、認(rèn)識(shí) BIM 的價(jià)值，從而接受 BIM 理念。政府可結(jié)合國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家 BIM 標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)建筑工程方面的 BIM 項(xiàng)目案例、水利工程的已有案例，來制定水利工程行業(yè)的 BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、模型交付標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；可試點(diǎn)研究適合國(guó)內(nèi)水利工程行業(yè)的 BIM 技術(shù)應(yīng)用模式；可結(jié)合國(guó)內(nèi)水利工程行業(yè)特點(diǎn)和習(xí)慣，制定相關(guān)法律、法規(guī)及爭(zhēng)議解決方案；可在部分水利工程項(xiàng)目中試點(diǎn)全程應(yīng)用 BIM 技術(shù)，并強(qiáng)制要求在限定日期和限定項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 技術(shù)，迫使行業(yè)從業(yè)人員了解 BIM、接受 BIM、學(xué)習(xí)并應(yīng)用 BIM。

(2) 技術(shù)環(huán)境方面。政府和行業(yè)協(xié)會(huì)可鼓勵(lì)企業(yè)、高校、科研院所對(duì)目前使用的 BIM 軟件進(jìn)行二次開發(fā)，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)水利行業(yè)的規(guī)范及工程技術(shù)人員的使用習(xí)慣，并鼓勵(lì)研發(fā)我國(guó)自主品牌的 BIM 軟硬件產(chǎn)品；可借鑒國(guó)外將模型“化整為零”的思路，探索將水利工程模型“化整為零”的技術(shù)路線，以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求。水利主管部門可督促企業(yè)、協(xié)會(huì)、高校探索適合國(guó)內(nèi)水利工程領(lǐng)域 BIM 應(yīng)用的合同模式及索賠方案等。

(3) 行業(yè)環(huán)境方面。行業(yè)協(xié)會(huì)可收集較為完整的水利工程 BIM 案例，評(píng)估 BIM 應(yīng)用價(jià)值，通過政府、行業(yè)協(xié)會(huì)、高校、科研院所在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行宣傳、推廣，以消除工程人員的顧慮并激發(fā)他們對(duì) BIM 的興趣，讓更多的從業(yè)人員認(rèn)識(shí)并接受 BIM 技術(shù)；高?？山梃b國(guó)外 BIM 課程，結(jié)合國(guó)內(nèi)項(xiàng)目案例，開設(shè) BIM 相關(guān)課程，為行業(yè)儲(chǔ)備后續(xù) BIM 人才；水利工程的建設(shè)單位可在招標(biāo)中強(qiáng)制要求施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，以促使施工單位人員學(xué)習(xí) BIM 技術(shù)，促進(jìn) BIM 技術(shù)在水利工程施工階段的應(yīng)用。

4 結(jié) 語

近年，BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了快速發(fā)展，建筑業(yè)相關(guān)人員及企業(yè)、高校、科研院所對(duì) BIM 都做了大量的研究和探索。但是，BIM 技術(shù)的應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，尤其在水利工程領(lǐng)域，有大量需要解決的技術(shù)和管理問題。Randy Deutsch 曾經(jīng)說“BIM 是 10% 的技術(shù)問題加上90% 的社會(huì)文化問題”。目前大量的研究集中在技術(shù)問題層面，因此在后面的研究中，除了技術(shù)層面的研究外，更應(yīng)該結(jié)合中國(guó)的文化習(xí)俗，對(duì) BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用模式、合同模式等工程管理學(xué)方面的問題進(jìn)行研究和探索。BIM 技術(shù)在大型復(fù)雜項(xiàng)目、地下空間項(xiàng)目、體型奇異項(xiàng)目中的應(yīng)用更能發(fā)揮其潛在價(jià)值，而水利工程項(xiàng)目正符合這類特征；且水利工程運(yùn)行周期通常達(dá)百年，能夠體現(xiàn) BIM在運(yùn)營(yíng)階段的價(jià)值，所以，BIM 技術(shù)在水利工程領(lǐng)域的推廣、應(yīng)用將帶來巨大的價(jià)值，市場(chǎng)前景廣闊。

[1] National Institute of Building Sciences. National Building Information Modeling Standard[EB/OL].2007.

[2] 趙繼偉,魏群,張國(guó)新,等.水利水電工程的圖形信息模型研究[J].中國(guó)水利水電科學(xué)院學(xué)報(bào), 2016,14(2):155-159．

[3] 林偉,路佳欣,程雷梓,等.BIM在小南海水電站施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].水電與新能源，2013,32(6):32-37．

[4] 苗倩．BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué), 2012,30(10): 139-142．

[5] 張俊,劉飛鵬,邱勇,等.泄流建筑物異型挑流鼻坎三維設(shè)計(jì)研究[J].水電能源科學(xué),2015,33(7): 97-100．

[6] 楊娟,張星.建設(shè)項(xiàng)目信息集成模型與支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[J].施工技術(shù),2009,10(10):109-112．

[7] 鐘登華,石志超,杜榮祥,等.基于CATIA的心墻堆石壩三維可視化交互系統(tǒng)[J].水利水電技術(shù),2015, 46(6):16-20．

[8] 何清華,錢麗麗,段遠(yuǎn)峰,等.BIM在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012,26(1):12-16．

[9] 王仁超,李寧.基于BIM與IFC的混凝土壩施工仿真建模方法[J].水電能源科學(xué),2013,31(6):131-134．

[10] 張連營(yíng),李彥偉,高源,等.BIM技術(shù)的應(yīng)用障礙及對(duì)策分析[J].土木工程與管理學(xué)報(bào),2013,30(3): 65-69．

[11] 王仁超,曹永雷.BIM在混凝土壩工程施工信息管理中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江科學(xué)院報(bào),2013,30(12):118-121．

[12] 許炳,朱海龍.我國(guó)建筑業(yè)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及影響機(jī)理研究[J].建筑經(jīng)濟(jì),2015,36(3):10-14．

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2016-09-11

王明明，西南科技大學(xué)碩士研究生，主要從事土木工程信息技術(shù)、項(xiàng)目管理信息化方面的研究。作者通信地址：四川省綿陽(yáng)市西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院。郵編：621010。