李文斌

（福建省水利規(guī)劃院， 福建 福州 350001）

0 引言

近年來，我國科學(xué)技術(shù)水平有了顯著的提升，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，尤其是對(duì)水利工程建設(shè)施工而言，行業(yè)整體信息化程度有了明顯的進(jìn)步，為水利工程發(fā)展注入了新的動(dòng)力，提優(yōu)化水利工程產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高了核心發(fā)展力。分析水利工程施工現(xiàn)狀，施工周期長(zhǎng)、投資比例大、應(yīng)用技術(shù)范圍廣仍然是現(xiàn)階段水利工程項(xiàng)目建設(shè)的主要特點(diǎn)，因此，在實(shí)際施工過程中，水利工程項(xiàng)目施工需要多個(gè)部門共同參與、多個(gè)專業(yè)共同合作才能達(dá)到良好的施工效果。分析我國水利工程施工現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)目前大部分施工項(xiàng)目存在著施工標(biāo)準(zhǔn)不同、溝通不及時(shí)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)變更快以及信息共享不準(zhǔn)確等問題，嚴(yán)重影響了水利工程施工效率。所以，必須提高水利工程信息化程度，積極利用BIM 等先進(jìn)的技術(shù)手段，轉(zhuǎn)變?cè)镜氖┕ぜ夹g(shù)理，推動(dòng)水利工程向著現(xiàn)代化方向發(fā)展。

1 水利工程信息化及應(yīng)用

現(xiàn)如今，水利工程的建設(shè)已經(jīng)逐漸向信息化發(fā)展，合理的運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)水利工程各個(gè)信息資源間的通用共享，在充分發(fā)揮出信息優(yōu)勢(shì)的前提下，推動(dòng)了水利工程建設(shè)的整體發(fā)展。同時(shí)，隨著信息化技術(shù)的推新應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了水利工程的信息化建設(shè)，同時(shí)也推動(dòng)了工程信息資源的有效利用率。

1.1 水利工程信息特點(diǎn)

水利工程信息化的發(fā)展充分發(fā)揮出了信息資源的優(yōu)勢(shì)，將工程建設(shè)與科技手段進(jìn)行完美融合，在推動(dòng)水利工程信息資源共享的同時(shí)，發(fā)揮出建設(shè)項(xiàng)目智能化的特點(diǎn)。同時(shí)也要按照水利工程實(shí)際情況，了解水利工程自身的信息特征。首先，水利工程的大量信息資源涉及種類較多，在進(jìn)行水利工程施工建設(shè)的全過程中，不同的施工設(shè)計(jì)以及建設(shè)階段將會(huì)涉及到了多個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容，無論是考察水文地質(zhì)信息，還是施工設(shè)計(jì)階段，甚至是施工結(jié)尾的監(jiān)管環(huán)節(jié)，項(xiàng)目的每個(gè)環(huán)節(jié)以及多個(gè)方面都會(huì)產(chǎn)生大量的信息內(nèi)容，其中包含著合同內(nèi)容、設(shè)計(jì)圖紙以及施工項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果等信息。其次，信息資源具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性。這也是水利工程信息化中較為明顯的特征，由于水利工程的地質(zhì)條件的限制，在進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)勘探測(cè)量作業(yè)時(shí)，會(huì)受到多方面因素的綜合影響，整體的地質(zhì)勘測(cè)周期較長(zhǎng)且任務(wù)量較為繁瑣，為地質(zhì)勘測(cè)的結(jié)果帶來了很多無法掌握的動(dòng)態(tài)因素。因此，在有效的建立的信息系統(tǒng)時(shí)，能夠更好的接收工程信息資源，并對(duì)其加以收集整理，以便在整個(gè)水利工程建設(shè)過程中能夠?qū)崟r(shí)查閱相關(guān)信息，大大提升了信息資源共享的實(shí)時(shí)性。再者，實(shí)現(xiàn)智能管理信息資源。水利工程實(shí)現(xiàn)信息化管理能夠有效的展現(xiàn)出智能化的優(yōu)勢(shì)，將工程建設(shè)的各個(gè)階段中的有用信息利用信息資源管理軟件進(jìn)行收集存儲(chǔ)，并通過分類處理的技術(shù)功能對(duì)信息進(jìn)行優(yōu)化總結(jié)，使得信息資源能夠按照水利工程的使用需求來進(jìn)行分類提供，有效的解決了信息量大繁多的弊端，充分發(fā)揮出智能化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特征，讓水利工程向現(xiàn)代化智能化的方向進(jìn)行發(fā)展。

1.2 BIM 在水利工程中的應(yīng)用

將BIM 技術(shù)應(yīng)用在水利工程建設(shè)施工中，能夠有效的提升工程信息流轉(zhuǎn)效率，彌補(bǔ)管理中的缺陷和不足，對(duì)現(xiàn)代化水利工程發(fā)展建設(shè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。首先，利用BIM 技術(shù)可以建立水利工程信息模型，清晰反映出堤防、堰壩、水閘、泵站等水利水工建筑工程位置結(jié)構(gòu)信息，這是將BIM 技術(shù)應(yīng)用在水利水電工程中的關(guān)鍵性步驟。近年來，隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，結(jié)合現(xiàn)代化水利工程施工特點(diǎn)，BIM 技術(shù)在水利工程中有了更為廣闊的應(yīng)用前景。并且相關(guān)工作人員通過不懈的努力，對(duì)BIM 技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，總結(jié)了相應(yīng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用缺點(diǎn)，探究了BIM 技術(shù)在水利工程領(lǐng)域中新的發(fā)展方向，并以三維設(shè)計(jì)模型平臺(tái)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了三維可視化建模方法，對(duì)水利工程實(shí)現(xiàn)可視化動(dòng)態(tài)管理。就我國水利工程信息發(fā)展特點(diǎn)來看，目前水利工程管理模式是建立在BIM信息體系結(jié)構(gòu)框架之上，已經(jīng)建立并應(yīng)用了HPIM 集成平臺(tái)，大大提升了水利工程信息流轉(zhuǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了信息模型共享管理，大幅度提升水利水電工程施工效益，推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。也就是說，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在水利工程中，可以為水利工程發(fā)展提供有力的技術(shù)支持，推動(dòng)水力工程現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)，對(duì)水利工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

2 BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及構(gòu)建方法

2.1 BIM 技術(shù)概念

BIM 技術(shù)是現(xiàn)階段開發(fā)出的新型技術(shù)之一，為工程集成化的發(fā)展不斷的進(jìn)行升級(jí)，BIM 技術(shù)是集協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性以及完備性于一身的技術(shù)類型。它在整個(gè)施工過程中通過數(shù)字技術(shù)整合相關(guān)信息，并建立完整的數(shù)據(jù)模型。該技術(shù)有效地整合了施工過程中造價(jià)管理，設(shè)計(jì)、運(yùn)營和維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，并通過數(shù)字視覺技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)。作為建筑工程實(shí)施管理中較為重要的技術(shù)，該技術(shù)在建筑工程的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.2 BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在水利工程中引入BIM 技術(shù)，具有以下幾方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，首先，就是利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖紙從二維到三維的轉(zhuǎn)化，提升各個(gè)參與部門的信息溝通效率，避免在施工過程中出現(xiàn)信息孤島等問題。其次，就是利用水利工程立體模型可以對(duì)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并通過三維技術(shù)手段升級(jí)并優(yōu)化施工流程，提高水利工程設(shè)計(jì)效率。再次，BM 技術(shù)還可以幫助施工人員合理推算出水利工程動(dòng)態(tài)施工進(jìn)程，通過建立動(dòng)態(tài)模擬施工動(dòng)畫，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行虛擬施工，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的多維化施工管理，并結(jié)合虛擬施工中的各種情況對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的問題進(jìn)行合理預(yù)估，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，保證水利工程施工順利進(jìn)行。最后，通過對(duì)水利工程施工材料的全方位統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)材料的信息化管理，避免材料浪費(fèi)，節(jié)約施工成本，提高施工效率。

2.3 信息模型構(gòu)建

為了使BIM 技術(shù)在水利工程中達(dá)到良好的應(yīng)用效果，就要建立一個(gè)完善的水利工程信息模型。

a 水利工程動(dòng)態(tài)施工進(jìn)度信息模型建立

動(dòng)態(tài)施工進(jìn)度信息模型在建立的過程中，需要展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的施工進(jìn)度信息，需要與可視化的施工面貌建立映射關(guān)系。信息模型建立方法，主要分為以下幾種：第一，網(wǎng)格單元映射法。該方法主要運(yùn)用在工程三維可視化施工面貌中，能夠展現(xiàn)出工程建筑物的施工面貌，將施工中的信息轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的安全數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的仿真計(jì)算。依據(jù)當(dāng)前的施工進(jìn)度情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工信息的采集，運(yùn)用動(dòng)態(tài)修整預(yù)測(cè)方法，來預(yù)測(cè)后期施工進(jìn)度。第二，實(shí)體映射法。通常會(huì)適用在可視化信息模型中，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的細(xì)致展示，也不能直接用于結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真計(jì)算中，但是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)施工面貌的動(dòng)態(tài)展示。在施工過程中，能夠?qū)κ┕みM(jìn)度狀態(tài)和施工進(jìn)度信息的采集，對(duì)后期的施工進(jìn)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要按照工程項(xiàng)目活動(dòng)的內(nèi)容，來開展施工工作。

b 水利工程動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)信息模型建立

模擬水利工程動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)信息模型建立，需要對(duì)施工中的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行掌握，建立在模擬計(jì)劃施工狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)值中，需要對(duì)實(shí)際的施工進(jìn)度和施工過程進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工狀態(tài)的及時(shí)更新，結(jié)合實(shí)際的施工情況制定出合理的施工模型。實(shí)際施工進(jìn)度狀態(tài)中的數(shù)值仿真信息模型映射方法需要通過“網(wǎng)格單元映射法”來實(shí)現(xiàn)。施工結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)受遷移時(shí)間施工狀態(tài)的影響較為嚴(yán)重，應(yīng)該結(jié)合具體的施工情況，制定出合理的動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真模型。

3 工程實(shí)例應(yīng)用

以某碾壓混凝士重力壩工程為例。該碾壓混凝土重力壩壩底高程1166.00m,壩頂高程1334.00m， 最大壩高168m，共分為23 個(gè)壩段，全尺度數(shù)值仿真模型共包含326174 個(gè)節(jié)點(diǎn)，302576 個(gè)單元，如圖1 所示(從左至右分別為1#至23#壩段)，典型壩段混凝士分區(qū)如圖2 所示。

圖1 碾壓混凝土重力壩映射施工進(jìn)度狀態(tài)的數(shù)值仿真模型單元?jiǎng)澐?/p>

圖2 典型壩段混凝上分區(qū)圖

大壩澆筑計(jì)劃從第一年9 月12#-14#溢 流壩段澆筑開始，第二年10 月第一-次蓄水至高程1290.00m,到第三年2 月所有壩段澆筑完畢，計(jì)劃工期535 天。壩體墊層及其他常態(tài)混凝土澆筑層厚為1.5m,間歇期為5 天;強(qiáng)約束區(qū)范圍內(nèi),每鋪層碾壓壓實(shí)厚度0.30m，連續(xù)碾壓5 層(計(jì)1.5m 層厚)后間歇5 天;強(qiáng)約束區(qū)范圍以外，每鋪層碾壓壓實(shí)厚度0.30m,連續(xù)碾壓5 層(計(jì)1.5m 層厚) -10 層(計(jì)3.0m 層厚)后間歇5 天-7 天，具體施工組合方案計(jì)劃如表1 所示。

表1 大壩施工組合方案

工程實(shí)例應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠方便地實(shí)現(xiàn)碾壓混凝土重力壩擬定施工方案下三維全尺度結(jié)構(gòu)安全與進(jìn)度耦合動(dòng)態(tài)仿真，壩段群全過程結(jié)構(gòu)安全和進(jìn)度狀態(tài)、信息的交互式、連續(xù)、動(dòng)態(tài)查看，以及安全控制指標(biāo)信息全過程可視化跟蹤分析，為決策者全面把控碾壓混凝士重力壩壩段群施工過程結(jié)構(gòu)安全和進(jìn)度,確定施工方案提供了一套有效的輔助工具。

4 結(jié)語

綜上所述，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在水利工程施工中，能夠充分發(fā)揮出其優(yōu)秀的三維建模優(yōu)勢(shì)，結(jié)合水利工程施工特點(diǎn)，對(duì)對(duì)施工周期進(jìn)行全方位的管理和控制，提高信息共享效率，為現(xiàn)代化水利工程發(fā)展提供有力支持。因此，在實(shí)際工作中，相關(guān)人員要對(duì)水利工程進(jìn)行全面的分析，跟按照不同專業(yè)和建筑類型進(jìn)行合理的劃分，明確組成水利工程總模型中的各個(gè)子模型，保證水利工程信息模型科學(xué)、完整。除此之外，還要以水利工程信息模型為基礎(chǔ)，分析確定模型的標(biāo)高跟軸網(wǎng)，確定子模型的類型和放置裝配。同時(shí)還要根據(jù)實(shí)際工程信息確定相應(yīng)構(gòu)件的特征參數(shù)，并合理安排建模順序，科學(xué)利用各種拉伸、放樣等操作進(jìn)行信息模型構(gòu)建，最后再將構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕M裝，構(gòu)建形成子模型。對(duì)于實(shí)際工作中非參數(shù)化的子模型，相關(guān)人員要加大構(gòu)建力度，設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的建模過程。嚴(yán)格按照軸網(wǎng)標(biāo)高進(jìn)行放置，根據(jù)水利工程實(shí)際需要建立完整的三維信息模型。