文｜高英 白勇

BIM 技術(shù)自2004年引入中國(guó)，憑借其直觀形象、集成度高、協(xié)作充分等諸多優(yōu)點(diǎn)，在建筑、鐵路、公路、市政等工程基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域取得了快速發(fā)展，呈現(xiàn)出中國(guó)尊、京雄城際鐵路、港珠澳大橋等一批BIM 應(yīng)用優(yōu)秀案例。與此同時(shí)，水利行業(yè)經(jīng)過(guò)十多年的BIM 應(yīng)用實(shí)踐，也已經(jīng)從最初的單專業(yè)、單階段、企業(yè)級(jí)應(yīng)用，逐步擴(kuò)展到多專業(yè)、多階段、多參與方應(yīng)用，并先后涌現(xiàn)出諸多優(yōu)秀的BIM 應(yīng)用案例。但將BIM 技術(shù)貫穿于工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命期，將BIM 與無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合應(yīng)用，形成集成化、平臺(tái)化的信息化管理系統(tǒng)的項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)水利行業(yè)仍然較為鮮見(jiàn)。基于此，本文依托出山店水庫(kù)工程，總結(jié)了水庫(kù)工程全生命期BIM 應(yīng)用和信息化管理解決方案，可為相關(guān)從業(yè)者和類似工程提供參考。

設(shè)計(jì)階段BIM 應(yīng)用

出山店水庫(kù)是國(guó)務(wù)院確定的172 項(xiàng)重大水利項(xiàng)目之一，位于河南省信陽(yáng)市境內(nèi)，壩址在京廣鐵路以西14km 的出山店村附近，距信陽(yáng)市約15km。作為《淮河流域防洪規(guī)劃》確定的以防洪為主的大型控制性工程，出山店水庫(kù)是歷次治淮規(guī)劃中在淮河干流上游修建的唯一一座大（1）型水庫(kù)。出山店水庫(kù)工程以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。工程主要建筑物包括土壩段、混凝土壩段（包括溢流壩段、泄流底孔壩段、電站壩段、非溢流壩段）、南灌溉洞、北灌溉洞、電站廠房。

協(xié)同設(shè)計(jì)。出山店水庫(kù)工程基于ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái)（見(jiàn)圖1），在同一環(huán)境、同一標(biāo)準(zhǔn)、同一流程下并行完成各專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，項(xiàng)目資源與信息得到了實(shí)時(shí)共享和更新，錯(cuò)、漏、碰等設(shè)計(jì)缺陷得到有效避免，規(guī)范了工作流程、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)，制定了文件命名規(guī)定、BIM 建模規(guī)定、模型交付標(biāo)準(zhǔn)等一系列標(biāo)準(zhǔn)，為項(xiàng)目文檔的有效管理、文檔的有序引用（參考）、提供高質(zhì)量設(shè)計(jì)成果等方面奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖1 ProjectWise 協(xié)同管理平臺(tái)

模型創(chuàng)建。為快速有效地創(chuàng)建工程各專業(yè)模型以及整體模型，設(shè)計(jì)人員基于同一平臺(tái)、同一模型、同一環(huán)境的理念，制定了模型創(chuàng)建和組裝的規(guī)則次序，即首先利用BIM 建模系列專業(yè)軟件完成各自專業(yè)的信息模型，然后進(jìn)行專業(yè)模型組裝，隨后將單項(xiàng)工程的模型進(jìn)行組裝，最后把所有模型進(jìn)行總裝，形成工程的完整BIM 模型（見(jiàn)圖2）。

圖2 各專業(yè)BIM 模型

仿真分析。利用BIM 軟件建?？焖佟⒎奖?、精確的特點(diǎn)，將溢流壩段三維模型導(dǎo)入三維數(shù)值計(jì)算軟件，進(jìn)行材料屬性賦予、三維有限元網(wǎng)格剖分、物理邊界條件界定義及計(jì)算分析，充分發(fā)揮兩種軟件各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，對(duì)出山店水庫(kù)溢流壩段進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)溢流壩段斷面進(jìn)行了合理優(yōu)化。

碰撞檢測(cè)。利用導(dǎo)出的iModel 輕量化模型進(jìn)行三維校審，通過(guò)Navigator 軟件對(duì)電站總裝模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)（見(jiàn)圖3），共發(fā)現(xiàn)、修復(fù)碰撞點(diǎn)50 余處，有效減少了項(xiàng)目后期變更。

圖3 碰撞檢測(cè)

工程算量。借助Bentley 軟件算量模塊，設(shè)計(jì)人員快速、精確的提取了主要工程量（見(jiàn)圖4），尤其是復(fù)雜大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖，開(kāi)挖方量精度達(dá)到了分米級(jí)，有效解決了水庫(kù)工程土石方量計(jì)算精度低的問(wèn)題。

模型出圖。依托該工程開(kāi)發(fā)了一套圖紙標(biāo)注工具集，標(biāo)注工具集基于Bentley 軟件應(yīng)用VBA 語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將一些常見(jiàn)的視圖符號(hào)、折斷線、指北針、水流符號(hào)、連接符號(hào)、對(duì)稱符號(hào)、標(biāo)高符號(hào)、坡度符號(hào)、引線標(biāo)注、剖切符號(hào)，按照《水利水電工程制圖標(biāo)準(zhǔn) 基礎(chǔ)制圖》要求集成到ABD 軟件中。標(biāo)注工具集縮短圖紙標(biāo)注時(shí)間約30%，同時(shí)也使整個(gè)工程的圖紙標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一。

施工階段BIM 應(yīng)用

出山店水庫(kù)工程在施工階段應(yīng)用BIM、GIS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)編程等技術(shù)，開(kāi)發(fā)了出山店水庫(kù)建設(shè)期綜合管理平臺(tái)（見(jiàn)圖5）。該平臺(tái)集成了BIM 模型管理、質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、施工模擬等功能模塊，提升了出山店水庫(kù)工程的施工階段信息化管理水平，助力“建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，打造美麗出山店”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

圖5 建設(shè)綜合管理平臺(tái)

模型管理。將輕量化BIM 模型發(fā)布到管理平臺(tái)，項(xiàng)目參建各方能夠在線瀏覽工程全貌，可以方便查詢各建筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)，增加對(duì)工程各關(guān)鍵部位功能理解認(rèn)識(shí)。同時(shí)將設(shè)計(jì)圖紙和BIM 模型掛接，可方便的查看模型所對(duì)應(yīng)的圖紙。模型管理見(jiàn)圖6。

圖6 模型管理

質(zhì)量管理。質(zhì)量管理模塊主要由質(zhì)量體系、質(zhì)量評(píng)定、質(zhì)量管理活動(dòng)等組成。質(zhì)量體系包括質(zhì)量領(lǐng)導(dǎo)小組成立文件、人員組成、機(jī)構(gòu)設(shè)置、規(guī)章制度等；質(zhì)量評(píng)定可在線填寫(xiě)單元工程、分部工程、單元工程質(zhì)量評(píng)定表，并根據(jù)評(píng)定結(jié)果可統(tǒng)計(jì)各分部工程、單元工程合格率及優(yōu)良率，還可對(duì)參加質(zhì)量評(píng)定人員進(jìn)行追溯；質(zhì)量管理活動(dòng)主要對(duì)重要質(zhì)量會(huì)議紀(jì)要、質(zhì)量抽檢記錄等內(nèi)容進(jìn)行在線管理。質(zhì)量管理見(jiàn)圖7。

圖7 質(zhì)量管理

安全管理。安全管理模塊主要包括建設(shè)期間對(duì)施工場(chǎng)區(qū)的安全巡視、隱患排查、專項(xiàng)檢查、安全活動(dòng)、危險(xiǎn)源清單、應(yīng)急演練、應(yīng)急預(yù)案文明工地等方面的在線管理。安全管理見(jiàn)圖8。

圖8 安全管理

進(jìn)度管理。將單位時(shí)間跨度內(nèi)完成的工程量上傳，綜合管理平臺(tái)可自動(dòng)對(duì)工程量和投資進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以橫道圖、餅狀圖、柱狀圖等形式顯示，能夠使工程各參建單位直觀了解、管控整個(gè)工程的進(jìn)度投資情況。進(jìn)度投資管理見(jiàn)圖9。

圖9 進(jìn)度管理

4D 施工模擬。將BIM 模型與時(shí)間關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了溢流壩段任意施工節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度查詢，當(dāng)大壩填筑到一定高程時(shí)，點(diǎn)擊暫停按鈕，則顯示當(dāng)前施工節(jié)點(diǎn)的工程量、工期、投資信息，為溢流壩段施工進(jìn)度管控提供了重要參考。溢流壩段4D 施工模擬見(jiàn)圖10。

圖10 4D 施工模擬

運(yùn)維階段BIM 應(yīng)用

運(yùn)維階段，出山店水庫(kù)工程應(yīng)用BIM、GIS、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)了設(shè)備巡查、安全監(jiān)測(cè)、防洪度訊、移民管理等信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了出山店水庫(kù)工程運(yùn)維管理的信息化。

安全監(jiān)測(cè)?；贐IM 的工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖11），包含了位移、應(yīng)變、滲壓等970 多支安全監(jiān)測(cè)儀器模型，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，并對(duì)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警等功能，為工程運(yùn)維階段安全監(jiān)測(cè)提供了有力保障。

在沒(méi)有碾壓成型并冷卻的道路上，壓路機(jī)不得轉(zhuǎn)彎，掉頭或停車。在已經(jīng)成型的路面上行駛時(shí)，震動(dòng)壓路機(jī)的震動(dòng)功能應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)。

圖11 工程安全監(jiān)測(cè)

設(shè)備巡查。結(jié)合出山店水庫(kù)工程設(shè)備巡查維護(hù)要求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了機(jī)電設(shè)備巡查監(jiān)管系統(tǒng)（見(jiàn)圖12），該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了巡查計(jì)劃制定、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、問(wèn)題上報(bào)、問(wèn)題處理等全過(guò)程、全流程的設(shè)備巡視巡查信息化管理。

圖12 移動(dòng)端巡查App

防洪度汛?；贐IM 和GIS 的防洪度汛系統(tǒng)（見(jiàn)圖13），能夠?qū)崟r(shí)獲取庫(kù)區(qū)雨量站、水文站的水雨情信息，并在線計(jì)算、分析、預(yù)報(bào)某一時(shí)間段內(nèi)庫(kù)區(qū)洪峰流量，可視化展示某一時(shí)段內(nèi)洪水推進(jìn)過(guò)程，為工程運(yùn)維階段安全度汛提供決策支持。

圖13 洪水模擬

移民管理。利用無(wú)人機(jī)傾斜航飛，該項(xiàng)目制作了工程16 處移民安置點(diǎn)360 全景（見(jiàn)圖14），全面直觀的展示移民工作的形象風(fēng)貌，對(duì)移民安置管理起到較好的輔助作用。

圖14 移民管理

基于對(duì)BIM 技術(shù)在出山店水庫(kù)工程全生命期各階段的應(yīng)用內(nèi)容和效果進(jìn)行全面的梳理和總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)階段，基于ProjectWise 協(xié)同管理平臺(tái)完成BIM 模型創(chuàng)建，應(yīng)用BIM 模型進(jìn)行仿真分析、碰撞檢測(cè)、工程算量、模型出圖，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低了人力成本。

施工階段依托建設(shè)期綜合管理平臺(tái)，借助BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、安全、進(jìn)度等全要素管理，提升了出山店水庫(kù)工程的施工階段信息化管理水平。

運(yùn)維階段基于BIM 的設(shè)備巡查、安全監(jiān)測(cè)、防洪度汛、移民信息可視化管理、移民管理等，使出山店水庫(kù)工程運(yùn)維信息化、智能管理再上一個(gè)新臺(tái)階。

總結(jié)而言，出山店水庫(kù)工程將BIM 技術(shù)應(yīng)用到工程全生命期，并結(jié)合GIS、無(wú)人機(jī)傾斜攝影、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，提出水庫(kù)工程全生命期BIM 應(yīng)用和信息化管理解決方案。設(shè)計(jì)階段基于BIM 開(kāi)展正向設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；施工和運(yùn)維階段開(kāi)發(fā)建設(shè)期綜合管理平臺(tái)、設(shè)備巡查、安全監(jiān)測(cè)、防洪度訊、移民管理等系統(tǒng)，顯著提高了施工和運(yùn)維階段信息化管理水平。將BIM 技術(shù)貫穿于出山店水庫(kù)工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命期，積累了成套技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益形，形成了行業(yè)示范效果。