基于BIM的水电工程工法管理系统应用研究

文｜中国电建集团北京华科软科技有限公司 李东风 何佳 陈乐

1.引言

中国电力建设股份有限公司（简称：中国电建）是全球清洁低碳能源、水资源与环境建设领域的引领者，全球基础设施互联互通的骨干力量，服务“一带一路”建设的龙头企业，为海内外客户提供投资融资、规划设计、施工承包、装备制造、管理运营全产业链一体化集成服务、一揽子整体解决方案的工程建设投资发展商。近年来，为建立科学、合理、完善的中国电建水利水电工法体系，开展了水利水电工法的总结、申报、研究等相关工作，形成了中电建集团水利水电工程工法体系，而传统工法存在的验证难、培训难、传承难普遍问题尚未得到解决，为弥补中国电建集团工艺工法三维可视化的技术短板，提升集团三维工艺工法应用能力，推动集团水电工程工艺工法建设领域科技进步，结合中电建集团水利水电工程工法体系，按照工法设计的相关标准开展基础共性关键技术、算法的应用研究，选定的设计工具进行工法模拟的三维可视化设计，实现工法可视化演示、先验证实施、数字化培训交底，进一步提高施工人员的学习能力、提升施工效率，降低施工成本，最终为项目和企业带来良好的经济效益和社会效益。

2.主要应用内容

基于BIM的水电工程工法管理系统应用涉及企业认证、成果移交、工艺工法库、资源查阅下载和数据应用等内容。本系统是在拥有自主知识产权的基础平台上采用标准的B/S架构使用JAVA语言进行开发，有完备的配置体系、接口体系和插件体系，支持各种部署模式、各种操作系统、各种数据库和中间件，具有较强扩展性。

2.1 企业认证

通过企业认证建立了一套用户信息管理使用体系，实现统一身份认证、统一用户管理、统一登录管理、系统权限管理。用户在系统实名认证后，进行操作权限、数据、服务分配，帮助企业创建用户和信息登录，验证用户注册信息重复性、完整性，关联已有用户信息，进行企业化登录集成，实现第三方登录，解决系统集成中的企业认证和用户登录验证问题，提高信息系统的安全性和便利性。

企业管理员对所有访问系统的本企业用户进行统计和分析，针对访问量、异常情况、地区分类、操作系统类型、浏览器类型等统计类别进行详细统计与图形展现，实现集团内企业对系统访问的统计结果汇总分析。

2.2 成果移交

一是工法目录。在系统中，按照水电工艺工法体系，将收录到工法知识库的内容名称按照目录结构分类，生成的工法目录在成果移交模块中对需要移交的可视化成果进行分类和整理，使其满足审批要求。按照可视化成果不同类型进行分级组织，对需要移交的文档资料进行分类和整理，使其满足审核要求。

二是成果审核。作为数据采集的一个方向，各企业存在大量工法的可视化资源，在互联网上也有符合水电工程工法相关要求的素材资源，通过有效的数据筛选后，保障了数据来源，完善了工法库。

三是资源入库。根据提交的工法资源，按照审批条件和要求，进行资源审查和管理，通过专家审核后进入资源库，根据权限开放给用户。

2.3 工艺工法库

一是资源管理。在工法管理应用系统上，按照系统的分类标准与资源分类架构，系统底层架构丰富，工法库包括模型库、可视化成果库、工法信息库等，模型包含于可视化成果，可视化成果库从属于工法信息库。专业设计工具生成的模型（包含专项施工方案和关键展示三维模型）集成到工法模型库，模型库支持对不同格式数据的解析和轻量化展现。

二是资源检索查阅。在工法管理应用系统上，实现用户在浏览成果同时，可根据需要检索、查阅模型或可视化成果具体的详细信息。通过在三维可视化场景中，选择要查询成果属性，系统以界面形式展示出当前模型或可视化成果的业务属性信息。

三是资源播放下载。在工法管理应用系统上，按照标题、关键字、查看共享者等标题排列信息，实现有权限的用户对可视化成果进行在线播放（包含暂停视频、调节声音、全屏播放）、下载，用户每点击查看和下载按钮系统会自动累积次数。

四是工法交互式模拟。系统中选取了具有代表性、先进性和普适性的工法建造交互式模拟的可视化成果，对工法施工重要环节进行三维可视化模拟，展示工法原理，进一步拓展了工法培训和交底的方式，提高了学习教育的效率和质量。

2.4 数据应用

基于BIM的水电工程工法管理系统通过数据存储、数据分析、可视化展示等技术实现对于水电工程各阶段工艺工法数据集中管控，提供了标准化数据服务，保证了工艺工法数据的准确、完整、一致，构建了工艺工法标准体全面的数据管理与服务框架，为各企业提供了标准应用服务，实现了数据的互转互通和信息共享，为水电工程工艺工法的深入应用和工程数据在全生命周期的服务延伸提供了支撑。

3.主要的创新点

基于BIM的水电工程工法管理系统的研究，按照工艺工法业务脚本，融合BIM技术、移动联网技术、虚拟现实技术、交互式模拟、施工仿真技术、云服务技术等多格式技术，实现水电工程工法管理的信息化管理与展示。

3.1 在工法应用方面

系统融合BIM技术，通过BIM的直观性、可分析性、可共享性及可管理性等特性，实现了工艺工法在PC端、Web端、移动端、VR端等轻量化呈现，实现了工艺工法三维可视化演示、工艺工法培训、交底等场景，为工艺工法的业务内容提供准确直观的可视化数据与技术分析，为后续的信息应用和工艺工法优化验证做数据支撑。

3.2 在工法学习方面

系统采用严肃游戏的交互式设计，通过程序控制工艺工法模型与业务的交互，将不同输入、触发做成统一的控件接受处理，来控制虚拟空间的互动。实现了用户和游戏进行信息交流互动，游戏良好的交互式设计，使得用户在过程中有舒适的体验，提高了学习的主动性，增强了工艺工法相关知识的学习能力。

3.3 在技术选型方面

系统采用轻量化引擎，保障了系统正常运行，减少了渲染数据的加载量，提高了渲染效率，完成面向数据的格式转换，集成处理海量的多源数据，有效解决普通配置机器上快速打开大量的BIM数据问题；轻量化引擎是基于Web的插件版本和全新的无插件版本，可在普通硬件载体上展示、处理、存储、编辑、动态特效呈现、服务发布、二次开发全生命周期的管理工具集，兼容OGC标准、IFC扩展标准，以灵活的工具插件方式进行产品功能管理。

3.4 在技术成果方面

系统通过技术应用与创新，满足了从设计、招投标、项目虚拟验证、施工交底、竣工移交等节点的工艺工法多业务场景需求，实现了三维可视化工艺工法的设计、展现、管理与应用；通过自上而下的三维可视化建设，有效解决了工艺工法成果数据的共享和互通互联，推动了集团水电工艺工法信息化推广应用。

4.结论

基于BIM的水电工程工法管理应用系统应用与研究，以数据驱动为核心，以三维可视化为手段，融会移动互联网、交互和虚拟现实等技术，开发具有管理、培训、交底等协同功能的基于BIM的水电工法管理应用系统，促进了企业科技进步与管理创新，加快了科技成果转化为生产力，实现了工程建设科技含量高、资源消耗低、环境污染小，经济效益好的目标，提升了中国电建集团水电行业核心技术水平和管理能力，为同行业其他央企提供具有借鉴价值的工法信息化建设经验。