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 621010）

我國水利工程中 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀及障礙研究

Application of BIM in China Water Conservancy Project and its Obstacle

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 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BIM在水利工程中的應(yīng)用情況及現(xiàn)存障礙尚認識不足。結(jié)合BIM技術(shù)在國內(nèi)水利工程中的應(yīng)用情況，對阿海水電站、南水北調(diào)中線工程等典型工程BIM應(yīng)用情況進行比較分析，并對國內(nèi)水利工程中應(yīng)用的主流BIM軟件進行分析，探討B(tài)IM在國內(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個方面為BIM的推廣應(yīng)用提出相關(guān)對策與建議。

水利工程；BIM；應(yīng)用現(xiàn)狀；應(yīng)用障礙

建筑信息模型(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 70年代，由美國佐治亞理工大學(xué)教授 Chuck Eastman 提出。美國將 BIM 定義為“設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字化表達”[1]。自 2002 年 BIM 概念進入中國以來，對 BIM 的應(yīng)用及研究得到快速發(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 BIM技術(shù)的發(fā)展仍處于初級階段，在水利工程中的推廣程度更是不夠?；诖?，本文對 BIM 技術(shù)在我國水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及障礙進行了調(diào)查研究，并提出了應(yīng)對建議[2]。

1 我國水利工程領(lǐng)域BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM 是一項全新的理念和技術(shù)，必將成為全球建設(shè)行業(yè)未來的潮流。在歐美等發(fā)達國家，應(yīng)用 BIM 的項目數(shù)量已經(jīng)超過傳統(tǒng)項目數(shù)量，而我國起步較晚，當前的 BIM 應(yīng)用率尚不高。我國水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)的應(yīng)用以設(shè)計階段為主，施工階段的應(yīng)用鮮有報道，運營階段更是無從談起，所以 BIM 技術(shù)在水利工程中的研究和探索勢在必行且任重道遠。

1.1 BIM在國內(nèi)水利工程典型項目中的應(yīng)用分析

Mc Graw-Hill 公司將 BIM 定義為“創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項目進行設(shè)計、建造及運營管理的過程”。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決建設(shè)項目各階段內(nèi)及階段間信息傳遞損失、溝通不暢等問題。我國對于 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)用項目較少，將近年水利工程中應(yīng)用 BIM 技術(shù)的典型案例匯總?cè)绫?所示[3]。水利工程具有體型大、周期長、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，BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用可發(fā)揮其最大價值和效益，解決了周期長及參與方眾多造成的信息傳遞損失、協(xié)調(diào)工作量大等問題。BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計階段的應(yīng)用已初見成效，在施工過程的動態(tài)演示及信息查詢方面也有所進展，同時也存在著諸多問題[4-5]。

表 1 我國近年典型水利工程 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)推廣應(yīng)用不可或缺的工具。BIM 在水利工程中的應(yīng)用涉及不同參與方、不同專業(yè)、不同階段，所以涉及眾多軟件，絕不是一個或一類軟件可以解決的。美國Building SMART 聯(lián)盟主席 Dana K. Smitnz 論斷“依靠一個軟件解決所有問題的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了”[6]。當前，BIM 軟件以國外開發(fā)的軟件為主流，國產(chǎn) BIM 軟件非常稀少，國內(nèi)工程也主要應(yīng)用國外的 BIM 軟件，但國外軟件不能完全符合中國國情、使用習(xí)慣及規(guī)范，同時也給信息安全帶來了隱患。下面分析國內(nèi)市場上較有影響力的 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Revit 公司后，提出了 Building Information Modeling (建筑信息模型)這一術(shù)語，旨在實現(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)用于工程實踐中，其 BIM 解決方案所包含軟件符合 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)計階段的使用及其對應(yīng)專業(yè)，設(shè)計階段的水力參數(shù)、結(jié)構(gòu)計算由其他專業(yè)軟件輔助完成，施工進度管理中常配合 P3、Microsoft Project 實現(xiàn)[7]。中國水電顧問集團下屬的北京院和昆明院均引進了 Autodesk 的 BIM 產(chǎn)品。

圖 1 水利工程設(shè)計階段所用 BIM 軟件

(2) Bentley 系列。Bentley 產(chǎn)品在工廠設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有無可爭辯的優(yōu)勢。中國電建集團華東設(shè)計院自2004 年引入 Bentley 產(chǎn)品，已在 30 余項大型工程中全面使用。

(3) Dassault 系列。達索公司為建筑行業(yè)提供了全流程 BIM 解決方案，涵蓋建筑行業(yè)所涉及的項目全生命周期，可滿足用戶在各個階段對 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)，對于實體或曲面對象，都可以采用變量和參數(shù)混合進行建模[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，而與工程建設(shè)行業(yè)的項目特點和人員特點的對接問題則是其不足之處。中國水電顧問集團下屬的成勘院及西北院均引入 Dassault 系列產(chǎn)品來實現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計。

(4) Nemetschek 系列。Nemetschek 公司自2007 年收購 Graphisoft 之后，ArchiCAD/AllPLAN/VectorWorks 3 個產(chǎn)品都被歸到同一公司旗下。ArchiCAD 早已被國內(nèi)工程設(shè)計人員熟悉，但其僅限用于建筑專業(yè)；AllPLAN 主要市場在德語區(qū)，VectorWorks 是其在美國市場使用的產(chǎn)品名稱。目前尚無國內(nèi)水利工程應(yīng)用該系列產(chǎn)品的報道。

綜上所述，BIM 軟件眾多，但適用于國內(nèi)水利工程領(lǐng)域的BIM軟件尚不完善，亦不系統(tǒng)；國外軟件的本地化程度較低，不能適應(yīng)國內(nèi)行業(yè)規(guī)范及工程人員使用習(xí)慣。水利工程中的應(yīng)用僅處于設(shè)計階段，尚未實現(xiàn)水利工程信息化的全階段貫通；在設(shè)計階段“計算分析”、“規(guī)范檢查”環(huán)節(jié)仍出現(xiàn)了“信息孤島”現(xiàn)象。如何統(tǒng)籌管理，實現(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[8]。

2 BIM 在國內(nèi)水利工程中應(yīng)用障礙分析

結(jié)合水利工程項目案例和已用 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。從都江堰工程兩千多年的歷史可見，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)發(fā)展更新較慢，尤其是在施工階段，工程技術(shù)人員施工工藝傳統(tǒng)思維嚴重、施工效率低。我國水利工程行業(yè)體制不統(tǒng)一，缺乏完善的 BIM 應(yīng)用標準、交付標準、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)致我國水利工程行業(yè) BIM 推廣應(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)。當前國內(nèi)采用的 BIM 軟件都是國外產(chǎn)品，存在信息安全級別低、本地化程度不夠、與計算分析軟件的模型交互能力差、軟件升級費用高等問題；水利工程通常規(guī)模巨大，運用BIM建模對計算機硬件要求極高，當前尚無通用的、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致使水利工程行業(yè) BIM 推廣應(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。當前國內(nèi)已有部分水利設(shè)計院采用 BIM 技術(shù)進行項目設(shè)計，但大多處于初始、探索階段，由于技術(shù)熟練度不高、項目數(shù)量有限，致使 BIM 技術(shù)應(yīng)用的投資收益無準確的統(tǒng)計，且行業(yè)內(nèi)對 BIM 的應(yīng)用價值尚無準確評估。當前，水利工程行業(yè) BIM 技術(shù)主要用于設(shè)計段，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)初期投入費用高、人才短缺、培訓(xùn)難度大、應(yīng)用前期工作效率低制約著 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 引入我國以來，國內(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踐，但BIM 技術(shù)的全面推廣應(yīng)用還存在諸多困難和挑戰(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 3 個方面問題，提出如下建議：

(1) 政策環(huán)境方面。BIM 屬于新生事物，推廣應(yīng)用首先需要工程人員摒棄傳統(tǒng)思維、認識 BIM 的價值，從而接受BIM 理念。政府可結(jié)合發(fā)達國家 BIM 標準、國內(nèi)建筑工程方面的 BIM 項目案例、水利工程的已有案例來制定水利工程行業(yè)的 BIM 應(yīng)用標準、模型交付標準及規(guī)范；可試點研究適合國內(nèi)水利工程行業(yè)的 BIM 技術(shù)應(yīng)用模式；可結(jié)合國內(nèi)水利工程行業(yè)特點及習(xí)慣，制定相關(guān)法律、法規(guī)及爭議解決方案；可在部分水利工程項目中試點全程應(yīng)用 BIM 技術(shù)，并強制要求在限定日期限定項目中應(yīng)用 BIM 技術(shù)，促使行業(yè)從業(yè)人員了解、接受、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)會可鼓勵企業(yè)、高校、科研院所對現(xiàn)用BIM軟件進行二次開發(fā)，以適應(yīng)國內(nèi)水利行業(yè)的規(guī)范及工程技術(shù)人員的使用習(xí)慣，并鼓勵研發(fā)我國自主品牌的 BIM 軟硬件產(chǎn)品；可借鑒國外將模型“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，以降低對計算機硬件的要求；水利主管部門可督促企業(yè)、協(xié)會、高校探索適合國內(nèi)水利工程領(lǐng)域 BIM 應(yīng)用的合同模式、索賠方案等。

(3) 行業(yè)環(huán)境方面。行業(yè)協(xié)會可收集較為完整的水利工程 BIM 案例，評估 BIM 應(yīng)用價值，通過政府、行業(yè)協(xié)會、高校、科研院所在行業(yè)內(nèi)進行宣傳、推廣，以消除工程人員的顧慮并激發(fā)他們對 BIM 的興趣，讓更多的從業(yè)人員認識并接受 BIM 技術(shù)；高?？山梃b國外 BIM 課程，結(jié)合國內(nèi)項目案例，開設(shè) BIM 相關(guān)課程，為行業(yè)儲備后續(xù) BIM 人才；水利工程的建設(shè)單位可在招標中強制要求施工階段應(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 BIM 技術(shù)在水利工程施工階段的應(yīng)用。

4 結(jié) 語

近年來，BIM 技術(shù)在國內(nèi)以核爆般的速度快速發(fā)展，建筑業(yè)相關(guān)人員、企業(yè)、高校及科研院所對 BIM 都做了大量研究及探索，但 BIM 技術(shù)的應(yīng)用仍然處于初級階段，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 指出“BIM 是 10% 的技術(shù)問題加上90% 的社會文化問題”，而目前大量研究集中在技術(shù)問題層面。因此，在以后的研究中除了技術(shù)層面研究外，更應(yīng)該結(jié)合中國的文化習(xí)俗對 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)方面的問題進行研究和探索。BIM 技術(shù)在大型復(fù)雜項目、地下空間項目、體型奇異項目中的應(yīng)用更能發(fā)揮其潛在價值，而水利工程項目正符合這類特征，且水利工程運行周期通常達到近百年，能夠體現(xiàn)BIM 在運營階段的價值。因此BIM 技術(shù)在水利工程領(lǐng)域的推廣、應(yīng)用將帶來巨大價值，市場前景廣闊。

[1] National Institute of Building Sciences. National Building Information Modeling Standard[S].2007.

[2] 趙繼偉,魏群,張國新,等.水利水電工程的圖形信息模型研究[J].中國水利水電科學(xué)院學(xué)報[J]，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)計研究[J].水電能源科學(xué),2015,33(7): 97-100．

[6] 楊娟,張星.建設(shè)項目信息集成模型與支撐技術(shù)標準[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,等.BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報,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,李彥偉,高偉等.BIM技術(shù)的應(yīng)用障礙及對策分析[J].土木工程與管理學(xué)報,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].長江科學(xué)院報,2013,30(12) :118-121．

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

TU50

A

1674-814X(2017)03-0053-04

2017-01-22

王明明，現(xiàn)就讀于西南科技大學(xué)，主要研究方向為土木工程信息技術(shù)，項目管理信息化。

作者通信地址：四川省綿陽市西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，郵編：621010。