呂家樹，徐 浩，廖銘新，吳 浩

（1．寧波市河道管理中心，浙江 寧波 315000；2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 寧波 315000）

隨著信息科技的快速發(fā)展，工程建設(shè)已邁入數(shù)字化、智能化時代。BIM 作為信息技術(shù)在建筑行業(yè)已有較長的應(yīng)用歷史，但與發(fā)達國家相比，我國BIM 技術(shù)的應(yīng)用仍處于“初級探索階段”，在水利行業(yè)中仍存在較大的發(fā)展空間。

1 工程基本情況

2019 年10 月21 日，寧波市發(fā)展和改革委員會復(fù)函同意海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程——屠家沿翻水站初步設(shè)計（甬發(fā)改審批〔2019〕443 號），概算投資4407.78 萬元，工程項目主體包括屠家沿翻水泵站與廟后河節(jié)制閘2 部分。該工程的主要任務(wù)為通過增加生態(tài)引水、澇水外排和工程集中控制，達到改善城區(qū)內(nèi)河水體質(zhì)量、增強排澇能力和美化河道景觀的目的。工程主要內(nèi)容包括改擴建屠家沿泵站（雙向翻水5 m3/s）及新建臨時泵站（1.5 m3/s）；新建廟后河閘凈寬20 m；此外，新建泵房和海曙調(diào)控調(diào)度中心，總建筑面積為818 m2，其中調(diào)控中心建筑面積為336 m2，泵房建筑面積為482 m2。

本工程涉及專業(yè)較多，施工地點位于中心城區(qū)，場地狹小，地下管線密集，周邊設(shè)施產(chǎn)權(quán)復(fù)雜，且與其他工程存在交叉，因此管理對象眾多，數(shù)據(jù)量龐大，綜合管理難度較大?；诖?，有必要通過信息技術(shù)加強工程項目管理提升水利工程項目虛擬建造及精細化管控水平，實現(xiàn)各參建方在工程項目全生命周期中的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同配合。

2 BIM 的基本概念及應(yīng)用實施模式

2.1 BIM 的定義

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，是指建設(shè)工程的物理特征和功能特性等信息的數(shù)字化集成，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造和管理的數(shù)據(jù)化工具，具有可視化、參數(shù)化、仿真性和信息完備性等優(yōu)勢[1]。BIM 作為一個共享的知識資源，可以共享某一設(shè)施的信息，為該設(shè)施從規(guī)劃到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程[2]。通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在工程規(guī)劃、建設(shè)和運維的過程中，工程技術(shù)人員可以快速獲取各種建筑的信息并作出有效應(yīng)對，為各參建主體提供協(xié)同工作平臺，在提高生產(chǎn)效率和成本工期優(yōu)化等方面發(fā)揮重要作用[3]。

2.2 BIM 的應(yīng)用實施模式

BIM 實施模式主要分為建設(shè)單位BIM 實施模式和承包商BIM 實施模式2 種。建設(shè)單位BIM 實施模式是指由建設(shè)單位設(shè)立內(nèi)部專業(yè)的BIM 實施團隊并主導(dǎo)BIM 應(yīng)用實施，推進各方協(xié)同采用BIM 技術(shù)，實現(xiàn)項目的BIM 技術(shù)應(yīng)用；承包商BIM 實施模式是指通過建設(shè)單位委托第三方單位開展BIM 技術(shù)應(yīng)用，以輔助項目建設(shè)與管理。

2 種BIM 實施模式優(yōu)缺點見表1。

表1 實施架構(gòu)對比表

海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程建設(shè)單位為寧波市河道管理中心，建設(shè)管理人員少、任務(wù)重，無條件成立專職團隊，同時參與單位包括設(shè)計院、施工單位、安裝、監(jiān)理和審計，由于各單位暫無完善且統(tǒng)一的BIM 應(yīng)用標準，且應(yīng)用水平參差不齊，為便于BIM 應(yīng)用協(xié)調(diào)，本項目采用承包商BIM 實施模式。典型承包商BIM 實施模式的架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 典型承包商BIM 實施模式的架構(gòu)圖

3 BIM 技術(shù)在工程中的應(yīng)用情況

3.1 BIM 應(yīng)用項目選擇

本項目BIM 應(yīng)用階段包括施工圖設(shè)計階段、施工階段和運維階段，通過與各參建方交流討論，結(jié)合本水利工程的項目特點，選定具有工程管理意義的應(yīng)用點開展BIM 技術(shù)應(yīng)用，如預(yù)制構(gòu)件加工、施工放樣、面積統(tǒng)計和施工漫游等并增加了施工場地航拍VR 全景展示。本項目已實現(xiàn)的BIM 應(yīng)用項目見表2。

表2 BIM 應(yīng)用統(tǒng)計表

3.2 設(shè)計階段的應(yīng)用

過去的水利工程三維動畫或工程效果圖往往通過精美的畫面達到宣傳展示作用，缺少在工程設(shè)計上的應(yīng)用[4]。而BIM 技術(shù)可以使傳統(tǒng)二維圖紙以三維模型的方式呈現(xiàn)出來，極大地加深了施工人員對于圖紙的理解。在本工程設(shè)計階段，通過BIM 技術(shù)中的模型構(gòu)件碰撞檢查及三維管線綜合、豎向凈空優(yōu)化和虛擬仿真漫游等功能輔助施工圖設(shè)計及審查，收效顯著。設(shè)計人員將各專業(yè)的模型整合至同一項目文件中，通過剖切生成平面、立面和剖面等二維圖紙。通過核對各專業(yè)模型構(gòu)件在平面、立面和剖面的位置，設(shè)計人員可以判斷設(shè)計是否存在誤差，從而消除不同專業(yè)分工設(shè)計中容易出現(xiàn)的不統(tǒng)一和碰撞等錯誤。屠家沿BIM 模型如圖2 所示。

圖2 屠家沿BIM 模型

本項目實現(xiàn)了“機電+水工”“建筑+結(jié)構(gòu)”“機電+結(jié)構(gòu)”和“水工與結(jié)構(gòu)”4 組模型碰撞分析，根據(jù)碰撞結(jié)果對設(shè)計專業(yè)配合程度進行了判斷和分析，在剔除筆誤及非關(guān)鍵性錯誤后，發(fā)現(xiàn)屠家沿翻水泵站設(shè)計存在8處碰撞，廟后閘存在4 處碰撞，室外管線BIM 模型如圖3 所示。通過對各專業(yè)圖紙進行統(tǒng)一校核后發(fā)現(xiàn)了諸如橫梁結(jié)構(gòu)平剖面之間不配套、樁長與設(shè)計說明不統(tǒng)一等問題，并根據(jù)審查結(jié)果提出優(yōu)化建議，形成《海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程BIM 技術(shù)咨詢報告》，根據(jù)報告修改調(diào)整了相關(guān)圖紙，截至目前項目主體已基本施工完成，施工階段未發(fā)生因設(shè)計錯誤而導(dǎo)致不必要的設(shè)計變更。

圖3 屠家沿室外管線BIM 模型

3.3 施工階段的應(yīng)用

3.3.1 施工組織優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)可以使施工人員了解在建工程全貌、結(jié)構(gòu)形式和采用的施工工藝、工程進度等?；贐IM 的施工模擬可以展現(xiàn)施工場地布置情況，為項目管理人員規(guī)劃組織物料進出場順序和施工工序銜接提供重要參考。本工程在施工組織方案編制階段，運用BIM 模型進行施工總平面布置，從而優(yōu)化機械進出場線路及材料堆場定位，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的碰撞問題。在項目建設(shè)前期協(xié)調(diào)不同專業(yè)的施工沖突問題，以此進行資源配置和時序調(diào)節(jié)，減少施工中不必要的資源浪費和工期損失。

本工程在施工前期利用BIM 模型，進行了施工進度模擬，針對本工程中的重難點即廟后河閘基坑施工方案，進行了施工工序模擬，將傳統(tǒng)的施工進度計劃與三維BIM 模型進行融合形成BIM4D 模型，以4D 施工仿真模擬的形式直觀地體現(xiàn)施工過程，使管理人員可以清晰地了解整個工程進度安排，為參建各方提供了施工計劃的討論平臺。此外，基于BIM 的施工進度模擬可以使施工人員及時找出每個施工環(huán)節(jié)的重點和難點，從而制訂出合理可行的進度計劃，保證整個工程實施過程中人力、物力和機械安全的合理性[5]。此方式相較于傳統(tǒng)橫道圖、進度計劃表，更全面和直觀地反應(yīng)項目的施工工序的先后關(guān)系，但受限于BIM 應(yīng)用軟件，現(xiàn)階段僅實現(xiàn)了對于施工過程的展示，難以結(jié)合施工布置融入理論計算，無法實現(xiàn)模擬過程中對模擬內(nèi)容進行計算復(fù)核，如施工模板施工空間是否充足、施工機械布置是否沖突，均無法通過BIM 軟件直接分析，致使施工計劃模擬的效果過于依賴BIM 實施人員的自身施工經(jīng)驗及對項目的了解程度。在工程建設(shè)過程中，本項目開發(fā)了一種針對施工荷載及機械的三維模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計要求設(shè)置荷載及施工道路，通過對施工機械運動模式的模擬，驗證施工方案的合理性。

3.3.2 施工安全管理

海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程位于城市中心，施工人員所處的平臺空間有限、人員密集，建設(shè)期間面臨諸多安全隱患。常規(guī)的安全管理以現(xiàn)場培訓(xùn)和監(jiān)督為主，管理起來難度較大，為便于參建各方查詢使用BIM 咨詢成果，本工程推出了模型輕量化展示平臺，主要包含BIM 模型加載、三維空間測量等核心功能模塊，使用者只需掃碼登陸即可在網(wǎng)頁端、移動端查看模型及工程信息。

針對危險源管控和隱患排查治理，項目部可以通過移動端、網(wǎng)頁端輕量化平臺建立起“識別危險因素→劃分危險區(qū)域→施工安全監(jiān)控”的立體安全監(jiān)控管理體系[4]，項目法人召集各參建方定期召開安全生產(chǎn)例會及安全技術(shù)交底會議中對現(xiàn)場相關(guān)工作進行詳細部署，同時根據(jù)現(xiàn)場管理反饋的問題優(yōu)化模型。

3.3.3 進度投資管理

BIM 技術(shù)在進度投資管理中的應(yīng)用較為成熟，可以綜合相關(guān)的項目進度、成本等，利用三維模型對各個施工階段的材料、勞務(wù)及設(shè)備等需用量進行計算、模擬和優(yōu)化，使建立的各種需求計劃更加科學(xué)、合理，從而形成相應(yīng)的項目成本計劃，讓工程建設(shè)的成本管理和控制更加精細化。

本項目根據(jù)工程實際進度，由管理人員定期更新相關(guān)參數(shù)，在模型中自動計算工程量并及時統(tǒng)計工程施工中的材料消耗、機械結(jié)算等內(nèi)容，分析比較實際成本與預(yù)算成本之間的差異，使成本實現(xiàn)動態(tài)分析與控制，在保證工程施工質(zhì)量和效率的同時，降低工程成本，節(jié)約工程投資[6]。工程量復(fù)核計算的應(yīng)用為項目跟蹤審計提供計算參考，審計人員結(jié)合BIM 模型對照工程現(xiàn)場，快速提取所需要的工程量，便于審計復(fù)核工程完成情況，也提高了項目工程量計算效率。但由于受限于商業(yè)BIM 軟件對于水利工程的支持程度不高，BIM模型計算的工程量無法準確給出與審計完全對應(yīng)的項目造價編碼，導(dǎo)致審計人員需要再提取BIM 模型工程量后進行手動對比分析。

3.4 運維階段的應(yīng)用

水利標準化的要求隨著技術(shù)日益完善而不斷提高，寧波市河道中心在閘泵標準化生產(chǎn)中推進運維制度化、元素化和信息化，BIM 技術(shù)在工程項目建成移交運維的過程中為其提供了有力地支撐。BIM 模型不僅是一個空間模型的三維體現(xiàn)，更是一個數(shù)據(jù)信息的載體，每個模型構(gòu)件蘊含有幾何尺寸、位置信息、安裝工藝、生產(chǎn)廠家和價格等信息。施工完成后，可以通過BIM 模型及時了解構(gòu)件和設(shè)備的運行情況并進行遠程監(jiān)控。當后期出現(xiàn)問題時，可以調(diào)用BIM 模型來顯示問題的數(shù)據(jù)和信息，以便于維護和管理。

4 結(jié)束語

BIM 作為工程信息化、數(shù)字化的表達，擁有三維可視化、管理協(xié)同性、虛擬模擬性和建設(shè)優(yōu)化性等特點。其包含了工程項目建設(shè)全生命周期的所有信息，在設(shè)計階段、施工階段和運維階段發(fā)揮著巨大作用，使決策者提高決策效率，優(yōu)化項目投資，減少建設(shè)工期及成本。通過本次BIM 技術(shù)在海曙區(qū)內(nèi)河水體調(diào)控工程的應(yīng)用，得到如下啟示。

1）參建單位應(yīng)及時抓住BIM 介入項目的最佳時機。BIM 技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：第一，在施工前構(gòu)建BIM 模型可提前發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，從而減少返工及材料浪費。第二，可以將各種工程信息集成到基于BIM 模型的建管平臺中，形成穩(wěn)定的在線管理系統(tǒng)。因此，BIM 技術(shù)應(yīng)用越早，規(guī)則制定越完整，其應(yīng)用價值就越高。如果項目已經(jīng)建成，許多BIM 應(yīng)用將錯過最佳應(yīng)用時機；如果介入遲緩，將導(dǎo)致BIM 的應(yīng)用價值沒有明顯體現(xiàn)，使得項目其他成員對BIM 的應(yīng)用意義產(chǎn)生疑問，影響B(tài)IM 在工程應(yīng)用中的推行。

2）數(shù)據(jù)交流協(xié)同管理是未來水利工程項目建設(shè)的必然要求。協(xié)同管理平臺和多樣化智能化建設(shè)手段的運用，為水利工程建設(shè)和管理帶來更多可能，這將成為現(xiàn)階段乃至未來BIM 工作的重要組成部分，在提高工作效率、節(jié)約時間成本和增強各方聯(lián)動等方面具有顯著效果。

3）BIM 技術(shù)有助于加強信息化交流與管控，極大地提高了施工的效率和水平。通過BIM 技術(shù)在工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計、進度款結(jié)算審計中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)施工組織的優(yōu)化和安全生產(chǎn)管理，但仍需結(jié)合施工企業(yè)的應(yīng)用需求進行深入探索，BIM 在本工程運維階段的研究也將持續(xù)推進。