范群杰

（上海市長(zhǎng)寧區(qū)河道管理所，上海市 200335）

0 引言

水利工程是關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其主要負(fù)擔(dān)水資源供給、防洪減災(zāi)、進(jìn)行水量調(diào)節(jié)與分配的功能，以滿(mǎn)足人民正常生活和生產(chǎn)對(duì)水資源的需要。相比于常規(guī)工程，水利工程往往具有規(guī)模體量大、覆蓋和影響地域廣、投資大、工程技術(shù)復(fù)雜、對(duì)人類(lèi)活動(dòng)能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響等特點(diǎn)。受制于實(shí)際功能需求和工程條件，所建立的水利工程往往側(cè)重點(diǎn)和工程技術(shù)難度各不相同。上述因素都會(huì)給項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、組織管理和運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，2016年度全國(guó)在建的水利工程的總投資規(guī)模達(dá)到了8 000億元以上。隨著“一路一帶”的推動(dòng)，日后必將會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模對(duì)沿線(xiàn)國(guó)家進(jìn)行水利工程建設(shè)的局面。然而受傳統(tǒng)水利工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的流程及管理模式的制約，水利工程常常會(huì)出現(xiàn)在生命周期內(nèi)設(shè)計(jì)與交互效率低、各環(huán)節(jié)信息缺失、信息化水平低造成管理成本上升等問(wèn)題。這使以往的傳統(tǒng)模式無(wú)法適應(yīng)行業(yè)的新需要，因此建立新理念、引入新技術(shù)和改革舊模式便勢(shì)在必行。

近幾年隨著水利工程信息化進(jìn)程的加快，BIM技術(shù)也被應(yīng)用到水利行業(yè)并受到了廣泛的重視。BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)施工管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息。在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員面對(duì)各種工程信息時(shí)能做出正確的理解和高效的應(yīng)對(duì)。自21世紀(jì)初期BIM技術(shù)被引入中國(guó)以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，BIM不僅在常規(guī)建筑工程領(lǐng)域得到應(yīng)用，還在公路、橋隧、水利等大型基礎(chǔ)工程中獲得了充分的重視。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)BIM技術(shù)的應(yīng)用仍處于初級(jí)探索階段[1]，特別是在水利工程中的應(yīng)用領(lǐng)域尚存在較大的發(fā)展空間[2]。本文以BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)維中的應(yīng)用研究為出發(fā)點(diǎn)，探討了BIM在水利工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀并提出了應(yīng)對(duì)建議。

1 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)不僅為水利工程的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一項(xiàng)新技術(shù)，更帶來(lái)了一種新的思維方式，即強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目整體和全周期的信息化，實(shí)現(xiàn)了將設(shè)計(jì)施工技術(shù)與管理運(yùn)行維護(hù)的有機(jī)組合。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 設(shè)計(jì)理念的更新

水利工程的BIM化可以輕松地實(shí)現(xiàn)水工建筑模型的實(shí)時(shí)仿真模擬，從而表現(xiàn)出整個(gè)工程的風(fēng)貌，并具有“隨時(shí)修改、改后可見(jiàn)、實(shí)時(shí)反映”的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的信息化與可視化。從以往的二維圖紙躍遷至三維模型中來(lái)，降低了工程技術(shù)人員的理解與交流的難度和門(mén)檻。同時(shí)使設(shè)計(jì)（包括竣工后）的模型項(xiàng)目直白地展示出來(lái)，可以在尚未施工時(shí)就獲得項(xiàng)目的最終形態(tài)。

1.2 設(shè)計(jì)效率的提高

BIM技術(shù)提升了設(shè)計(jì)效率。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工序一般是對(duì)模型的平立剖面和工藝流程進(jìn)行二維圖紙繪制，再將二維圖形建立空間三維模型，流程煩瑣，且容易出現(xiàn)對(duì)圖紙理解偏差和不同專(zhuān)業(yè)出現(xiàn)空間沖突的現(xiàn)象。若使用BIM建立模型，則可以通過(guò)所建立的模型直接表達(dá)任意空間位置上的圖紙，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。還可以協(xié)助施工人員更好、更快地對(duì)工程信息進(jìn)行解讀，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，從而對(duì)圖紙中的錯(cuò)誤提前糾正，對(duì)不合理的工序進(jìn)行優(yōu)化。利用模型進(jìn)行的“預(yù)先施工”可以事先避免空間碰撞，很大程度上消除日后施工中所出現(xiàn)的不確定性和不可預(yù)見(jiàn)性問(wèn)題，指導(dǎo)施工有效有序地進(jìn)行。

1.3 施工管理手段的增加

利用深化設(shè)計(jì)成果和模型預(yù)先施工的推演，利用BIM技術(shù)可建立起一套可操作性的施工組織設(shè)計(jì)。同時(shí)依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)可以生成反映施工進(jìn)度的三維模擬動(dòng)畫(huà)，以此對(duì)施工人員進(jìn)行直觀生動(dòng)的技術(shù)交底，同時(shí)使施工人員對(duì)流程作業(yè)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、場(chǎng)地危險(xiǎn)源等現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行提前預(yù)判并建立針對(duì)性的解決方案。

1.4 材料核算與運(yùn)維管理的優(yōu)化

施工進(jìn)程完善的BIM項(xiàng)目可以對(duì)工程各個(gè)環(huán)節(jié)與節(jié)點(diǎn)使用的材料施工過(guò)程管理進(jìn)行全部信息化管理集成，最終所形成的數(shù)字化產(chǎn)品在工程的運(yùn)行維護(hù)階段可以起到至關(guān)重要的作用。將其交付給運(yùn)營(yíng)單位可將數(shù)字流與物質(zhì)流進(jìn)行整合與組織，從而推動(dòng)精益化和全生命周期管理。

2 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用限制

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)水利工程行業(yè)的BIM技術(shù)主要集中在設(shè)計(jì)階段，施工階段已實(shí)現(xiàn)了部分介入，管理和運(yùn)營(yíng)階段的BIM技術(shù)普及度極低。受我國(guó)水利工程建設(shè)領(lǐng)域BIM技術(shù)應(yīng)用起步較晚制約，可查詢(xún)的BIM在水利工程中的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目還不普遍。近年來(lái)部分水利工程中應(yīng)用BIM技術(shù)項(xiàng)目見(jiàn)表1。表中可看出BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用已初見(jiàn)成效，在施工過(guò)程中也已開(kāi)始逐步拓展。實(shí)際上，水利工程所具有的體型大、施工周期長(zhǎng)、全生命周期長(zhǎng)、參與方多且多專(zhuān)業(yè)協(xié)同等特點(diǎn)，正是BIM技術(shù)可以予以解決和發(fā)揮其最大價(jià)值之處，例如基于共享平臺(tái)的參數(shù)化建模、全生命周期視角下的進(jìn)度和管理、多參與方的協(xié)調(diào)。

2.2 應(yīng)用限制

2.2.1 缺乏成熟的政策與環(huán)境氛圍支持

盡管BIM應(yīng)用于水利工程的趨勢(shì)逐步加強(qiáng)，但相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用水平卻較為落后。掌握BIM技術(shù)成本較高、對(duì)傳統(tǒng)施工工藝過(guò)度依賴(lài)嚴(yán)重制約著B(niǎo)IM技術(shù)在水利工程中的推廣。雖然BIM技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上為項(xiàng)目的施工提供了更加先進(jìn)的施工手段和科學(xué)的施工工序調(diào)整，但由于我國(guó)在BIM技術(shù)使用上缺乏創(chuàng)新、新舊模式轉(zhuǎn)變困難和缺乏成熟的法律法規(guī)保障，導(dǎo)致水利行業(yè)人士在工程技術(shù)管理諸多環(huán)節(jié)仍舊難以接受利用BIM思維來(lái)替換傳統(tǒng)的思維。配套政策與宏觀環(huán)境的不成熟導(dǎo)致了BIM技術(shù)在水利項(xiàng)目的推廣過(guò)程中受到了較大的阻礙。

2.2.2 缺乏成熟的技術(shù)應(yīng)用環(huán)境

BIM技術(shù)的使用是建立在多專(zhuān)業(yè)、多單位共同協(xié)調(diào)并行的基礎(chǔ)之上，而我國(guó)目前所使用的BIM軟件多從外國(guó)引入，例如水利工程領(lǐng)域主流的BIM軟件基本出自Autodesk或Bentley旗下。這在標(biāo)準(zhǔn)本地化、適用性和信息交互安全方面均存在著很大的弊端。而且國(guó)外軟件的引進(jìn)成本和學(xué)習(xí)使用成本過(guò)高，往往會(huì)出現(xiàn)軟件閑置、利用率低、不同專(zhuān)業(yè)模型的交互能力不足等缺點(diǎn)。這些不足直接影響B(tài)IM技術(shù)在水利工程項(xiàng)目中的應(yīng)用情況。同時(shí)，水利工程項(xiàng)目規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)會(huì)造成與BIM軟件匹配的計(jì)算機(jī)硬件要求較高，使用中增加了很多的無(wú)形成本。因此技術(shù)應(yīng)用環(huán)境的不成熟也直接導(dǎo)致了BIM技術(shù)在我國(guó)水利水電工程中應(yīng)用不暢。

表1 我國(guó)部分水利工程BIM應(yīng)用案例

2.2.3 水利行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用環(huán)境不成熟

BIM技術(shù)在水利工程的具體實(shí)施中帶來(lái)以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）BIM軟件操作不熟練，先進(jìn)技術(shù)無(wú)法快速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

（2）建立的模型在適用范圍與深度上不能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

（3）BIM技術(shù)的投資回報(bào)率并不高，無(wú)法短期內(nèi)產(chǎn)生明顯效益。

因此行業(yè)環(huán)境的不成熟也直接影響了BIM技術(shù)在水利工程項(xiàng)目中的推廣。

2.2.4 重設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)而忽略管理環(huán)節(jié)

受傳統(tǒng)思維影響，BIM應(yīng)用于水利工程行業(yè)偏重于對(duì)三維模型的建立和利用模型進(jìn)行修改、比選和模擬等工作，但往往忽略了多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同、參與方的交流、生命周期管理等方面，使得BIM軟件最后淪為繪圖工具。

BIM技術(shù)在管理和協(xié)同方面的使用具有重要意義，例如基于BIM技術(shù)的信息管理平臺(tái)可保證項(xiàng)目信息的完整性、準(zhǔn)確性和可追溯性，為日后預(yù)防、警報(bào)、維護(hù)提供有效的信息。此外，BIM的協(xié)調(diào)同步可以使設(shè)計(jì)總包、工程總包和工程監(jiān)理等參與方實(shí)時(shí)獲取設(shè)計(jì)、進(jìn)度、質(zhì)量等精確信息和管控要點(diǎn)，達(dá)到全過(guò)程量化管理。

3 BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

結(jié)合上述，筆者認(rèn)為在水利工程行業(yè)BIM的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)貫穿于設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段的全過(guò)程。不同階段的側(cè)重點(diǎn)有所不同，具體如下所示。

3.1 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

3.1.1 可視化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)具有可視化建模的思路，使傳統(tǒng)二維圖紙以三維空間模型的方式呈現(xiàn)出來(lái)。過(guò)去的水利工程三維動(dòng)畫(huà)或工程效果圖往往通過(guò)精美的畫(huà)面來(lái)起到宣傳展示作用，并沒(méi)有對(duì)工程的實(shí)際設(shè)計(jì)施工起到效果。BIM軟件所建立的三維模型從項(xiàng)目的規(guī)劃到設(shè)計(jì)，再由施工到運(yùn)維，自始至終都圍繞工程不同階段所需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)服務(wù)。在設(shè)計(jì)階段，可視化設(shè)計(jì)的側(cè)重在于精確地完成三維模型的建立，模型是BIM技術(shù)的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確的模型才能對(duì)后續(xù)的施工與管理起到有效的支撐。

3.1.2 圖紙的輸出與審查

BIM空間模型建立好以后能在任意斷面輸出二維圖紙，省略了以往平面圖紙的繪制步驟。設(shè)計(jì)初期通過(guò)模型建立直接完善和生成圖紙，特別是對(duì)關(guān)鍵階段的圖紙進(jìn)行深度細(xì)化。此外對(duì)圖紙的核對(duì)審查也是水利工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)，對(duì)圖紙的校閱能預(yù)先發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，更好地服務(wù)于設(shè)計(jì)人員。

3.2 施工階段的應(yīng)用

3.2.1 可視化施工

BIM的可視化不僅可以應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，同時(shí)也可應(yīng)用于施工領(lǐng)域[3]。通過(guò)可視化技術(shù)，可以使施工人員及時(shí)了解水利工程的整個(gè)面貌、結(jié)構(gòu)形式和采用的施工工藝、協(xié)調(diào)工程進(jìn)度等。例如可視化技術(shù)能提前處理施工中常遇到的碰撞問(wèn)題[4]。BIM能對(duì)項(xiàng)目建設(shè)前期對(duì)各專(zhuān)業(yè)的施工碰撞問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，以此進(jìn)行資源分配和時(shí)序調(diào)節(jié)，減少施工中不必要的資源浪費(fèi)和工期損失。

3.2.2 施工進(jìn)度模擬

BIM技術(shù)可以通過(guò)虛擬施工進(jìn)度提前發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，大大減少返工與整改造成的損失。利用Navisworks軟件關(guān)聯(lián)由Revit建立的建筑、結(jié)構(gòu)以及機(jī)電設(shè)備的BIM模型和施工進(jìn)度計(jì)劃Project文件，不僅可以動(dòng)態(tài)地演示施工過(guò)程與進(jìn)度，還可以展現(xiàn)施工場(chǎng)地布置情況，為項(xiàng)目管理人員合理規(guī)劃物料進(jìn)出場(chǎng)、工序的銜接提供重要參考。

3.2.3 施工安全管理

水利工程中的施工安全管理是重中之重。這是由于水利工程的施工地區(qū)一般集中在水域或高危的峽谷地區(qū)，施工人員所處平臺(tái)空間小，人員密集，建設(shè)期間面臨不少安全隱患。常規(guī)安全管理模式以現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和監(jiān)督為主，管理起來(lái)難度較大。借助BIM技術(shù)，施工人員可以通過(guò)BIM的施工進(jìn)度流程進(jìn)行施工安全管理。同時(shí)建立起識(shí)別危險(xiǎn)因素→劃分危險(xiǎn)區(qū)域→施工安全監(jiān)控的立體安全監(jiān)控管理體系。

3.3 運(yùn)維階段的應(yīng)用

BIM模型不僅是空間化的三維模型，其中每個(gè)模型圖元內(nèi)還蘊(yùn)含有尺寸、位置、安裝工序、生產(chǎn)廠家、價(jià)格等信息。施工完成后，通過(guò)BIM技術(shù)可以及時(shí)了解構(gòu)件和設(shè)備的運(yùn)行情況并進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，后期出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可調(diào)出BIM模型，展現(xiàn)問(wèn)題所在的數(shù)據(jù)和信息，以方便于維修與管理。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)具有強(qiáng)大的三維建模和信息管理統(tǒng)籌功能。根據(jù)水利工程具有規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、涉及專(zhuān)業(yè)與參與方多的特點(diǎn)，BIM技術(shù)能有效提高設(shè)計(jì)施工的效率和水平，在實(shí)施期間提前減少錯(cuò)誤，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量安全控制，加強(qiáng)信息化交流與管控。隨著B(niǎo)IM技術(shù)在水利工程領(lǐng)域的加速推廣與應(yīng)用，市場(chǎng)前景日漸廣闊，可以為水利行業(yè)帶來(lái)巨大的應(yīng)用價(jià)值。