基于BIM的水利工程全生命周期管理分析

单伟宏

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南 长沙 410000）

1 全生命周期管理价值与关键技术

1.1 全生命周期管理价值

全生命周期管理是一种集成的、信息驱动的管理方法，考虑我国水利行业发展现状，全生命周期管理应将重点放在设计、采购、施工、运行阶段。水利工程具有投资大、实施过程复杂、资源投入密集等特点，面临着诸多方面的风险与压力，通过全生命周期管理方法的运用，可有效保障工程开发进度、质量，使投资始终处于可控、受控状态，保障水利工程的社会效益和经济效益。

1.2 全生命周期管理关键技术

水利工程全生命周期管理中，在一定程度上依赖集成信息化的计算机软件系统。建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技术的运用（见图1），可全面反映水利建筑物物理几何特性，在三维空间展现工程外观、位置以及环境信息等，同时集成建筑物各类工程信息，包括进度、材料信息以及造价信息等。BIM模型中，所有信息由统一的数据源提供，工程信息互相独立、逻辑相关且连续一致。

图1 基于BIM的水利工程全生命周期管理

2 基于BIM的水利工程全生命周期管理需求与架构分析

2.1 各参建方对BIM的需求

与一般民用建筑物项目相比，水利工程更为复杂，涉及多专业，各参建方对BIM有不同的需求，具体如下。

（1）业主方。在水利工程建设管理中，业主发挥着主导作用。在项目决策期间，需确定水利工程建设意义、采用何种建筑形式及其对周边的影响，还需研究如何控制建设成本、提高管理水平。基于上述需求，业主方需充分利用BIM技术中多专业信息交换与数据共享功能。项目决策期间，利用BIM技术建模，明确工程直观设计方案、成本预算，为业主决策提供依据。项目实施期间，通过BIM信息模型业主可实时查询工程实际进展，及时发现问题，增强业主方对建设项目的控制力。

（2）设计方。设计方是水利工程设计方案的提供者，根据水利工程实际情况，设计方需要指导施工方作业，并不断优化设计方案。设计单位对BIM技术的运用主要体现在全面自动工程质量控制、工程三维建模、碰撞检测以及模拟施工分析上，极大地提高了设计方案优化效率与水平。基于BIM技术的应用，可加强不同专业设计人员的交流，减少设计问题；同时，业主也可随时发现设计中的不足，并提出修改意见，防止在水利施工中出现反复修改的情况，减少不必要的资源浪费。

（3）施工与设备供应方。施工方、设备供应方在水利工程建设中承担着最重要的责任，施工单位需严格按设计方案推进项目，但是由于施工环境较为复杂，往往也存在诸多不确定性。通过BIM技术的运用可为施工与设备供应方工作的开展提供诸多便利，具体包括以下几方面：①基于BIM模型，施工单位可及时发现设计不合理、施工困难之处，并与设计单位协商，在施工前完成设计方案的调整工作。②利用BIM技术可模拟施工过程，从而合理安排施工顺序、排查施工隐患、优化施工方案。③设备供应商可通过查询BIM模型，及时掌握施工进展、材料设备消耗情况，为项目稳步落实提供保障。

（4）监理方。水利工程项目重要且复杂，监理方肩负着重要的监督工作职责，通过BIM模型的运用，可提高监理方与其他参与各方的沟通效率，全面提高工程建设透明度。此外，BIM模型可提供各种标准提示，以便及时发现水利工程设计、施工、材料设备是否满足国家强制性标准规范。

（5）运营管理方。水利工程建设完成后，交由运营管理方负责水利工程设施的保护与运用。基于BIM技术的运用，运营管理方可直接继承BIM模型，并将其与生产运行相结合，实现全面、科学管理。此外，若是水利工程后期需进行改扩建，可通过BIM技术将工程相关信息直接提供给改扩建设计方，方便快捷且信息资料全面。

2.2 BIM标准框架构建

基于水利工程全生命周期管理要求，BIM技术框架的制订需做到分类科学、层次分明、架构合理，并具有一定的可扩展性。BIM标准框架见图2。

图2 BIM标准框架

3 工程实例

3.1 工程概况

文章以某水利工程全生命后期管理为例展开详细分析。此水库工程总库容为4.48亿m3，面板堆石坝高度为214m，泵站设计扬程为221m，输水线路长度为115.85km。此工程为区域提供应急备用水源，并为水景观打造提供可靠支撑。

3.2 全生命周期管理系统

该项目建设工期紧，从规划至建成不到6年，设计、施工工期紧张，且存在技术攻关的问题。在水利工程实施中，各参建方面临着海量数据采集、集成计算、协同分析的难题，为更好地指导设计、规范施工、辅助管理决策，构建了全生命周期管理系统。

该系统以BIM技术为核心，构建三维设计模型，辅助开展质量、安全、进度、投资可视化管理；根据水利实施情况，更新竣工面貌三维模型，支持后续运维管理。

3.3 基于BIM的水利工程全生命周期管理情况

该项目基于BIM的全生命周期管理系统逻辑架构见图3。工程统一设计、分期施工，落实全过程信息数据跟踪分析与重点部位、关键关节施工管控，为工程顺利实施提供助力。

图3 系统架构

（1）水库大坝施工管理。该项目面板堆石坝施工管控中，系统运用流程为施工信息采集→传输→整编→加载固化→按管理需求运用，具体见图4。

图4 水库大坝施工管理情况

（2）泵站泵组制作安装过程管理。该项目泵站泵组制作安装管理难度较大，水泵扬程、功率均较大，生产制造与现场安装、调试难度均较大，对此应以系统为核心落实动态管控工作，覆盖泵组设备出产、进场报验以及安调试等阶段。所有管理信息在系统内存储、共享，为成套机组的运行维护、技术改造提供服务。

（3）联合调度自动化系统运用。该项目投产运行后，系统框架内已配置安全监测、库区水情、水质自动化监测、现地工程运行监测、监控系统等，能为支持水利工程后期运行管理、规划建设远程调度中心，为区域防洪调度科学决策与应急处置提供可靠支撑。

4 结束语

综上所述，水利工程是重要的基础设施，在保障国家水安全方面发挥着重要作用。为充分发挥水利工程应有的效益，应重视全生命周期管理理念的落实，积极推进BIM技术的运用，构建完善的管理系统，为项目设计、施工、运营管理等提供可靠支撑，切实保证工程顺利完工、正常运营，发挥相应的发电及水资源协调等功能。