水利工程信息与BIM 技术的应用研究

李文斌

（福建省水利规划院， 福建 福州 350001）

0 引言

近年来，我国科学技术水平有了显著的提升，各种先进的科学技术被广泛应用到各行各业中，尤其是对水利工程建设施工而言，行业整体信息化程度有了明显的进步，为水利工程发展注入了新的动力，提优化水利工程产业结构的同时提高了核心发展力。分析水利工程施工现状，施工周期长、投资比例大、应用技术范围广仍然是现阶段水利工程项目建设的主要特点，因此，在实际施工过程中，水利工程项目施工需要多个部门共同参与、多个专业共同合作才能达到良好的施工效果。分析我国水利工程施工现状，可以发现目前大部分施工项目存在着施工标准不同、沟通不及时、项目设计变更快以及信息共享不准确等问题，严重影响了水利工程施工效率。所以，必须提高水利工程信息化程度，积极利用BIM 等先进的技术手段，转变原本的施工技术理，推动水利工程向着现代化方向发展。

1 水利工程信息化及应用

现如今，水利工程的建设已经逐渐向信息化发展，合理的运用现代化信息技术手段来实现水利工程各个信息资源间的通用共享，在充分发挥出信息优势的前提下，推动了水利工程建设的整体发展。同时，随着信息化技术的推新应用，不仅实现了水利工程的信息化建设，同时也推动了工程信息资源的有效利用率。

1.1 水利工程信息特点

水利工程信息化的发展充分发挥出了信息资源的优势，将工程建设与科技手段进行完美融合，在推动水利工程信息资源共享的同时，发挥出建设项目智能化的特点。同时也要按照水利工程实际情况，了解水利工程自身的信息特征。首先，水利工程的大量信息资源涉及种类较多，在进行水利工程施工建设的全过程中，不同的施工设计以及建设阶段将会涉及到了多个领域的内容，无论是考察水文地质信息，还是施工设计阶段，甚至是施工结尾的监管环节，项目的每个环节以及多个方面都会产生大量的信息内容，其中包含着合同内容、设计图纸以及施工项目的检测结果等信息。其次，信息资源具有实时动态性。这也是水利工程信息化中较为明显的特征，由于水利工程的地质条件的限制，在进行相应的地质勘探测量作业时，会受到多方面因素的综合影响，整体的地质勘测周期较长且任务量较为繁琐，为地质勘测的结果带来了很多无法掌握的动态因素。因此，在有效的建立的信息系统时，能够更好的接收工程信息资源，并对其加以收集整理，以便在整个水利工程建设过程中能够实时查阅相关信息，大大提升了信息资源共享的实时性。再者，实现智能管理信息资源。水利工程实现信息化管理能够有效的展现出智能化的优势，将工程建设的各个阶段中的有用信息利用信息资源管理软件进行收集存储，并通过分类处理的技术功能对信息进行优化总结，使得信息资源能够按照水利工程的使用需求来进行分类提供，有效的解决了信息量大繁多的弊端，充分发挥出智能化系统的优势特征，让水利工程向现代化智能化的方向进行发展。

1.2 BIM 在水利工程中的应用

将BIM 技术应用在水利工程建设施工中，能够有效的提升工程信息流转效率，弥补管理中的缺陷和不足，对现代化水利工程发展建设具有重要的应用价值。首先，利用BIM 技术可以建立水利工程信息模型，清晰反映出堤防、堰坝、水闸、泵站等水利水工建筑工程位置结构信息，这是将BIM 技术应用在水利水电工程中的关键性步骤。近年来，随着BIM 技术的不断发展成熟，结合现代化水利工程施工特点，BIM 技术在水利工程中有了更为广阔的应用前景。并且相关工作人员通过不懈的努力，对BIM 技术在水利工程中的应用情况进行了分析，总结了相应的应用优势和应用缺点，探究了BIM 技术在水利工程领域中新的发展方向，并以三维设计模型平台为基础，创建了三维可视化建模方法，对水利工程实现可视化动态管理。就我国水利工程信息发展特点来看，目前水利工程管理模式是建立在BIM信息体系结构框架之上，已经建立并应用了HPIM 集成平台，大大提升了水利工程信息流转效率，实现了信息模型共享管理，大幅度提升水利水电工程施工效益，推动国家经济快速发展。也就是说，将BIM 技术应用在水利工程中，可以为水利工程发展提供有力的技术支持，推动水力工程现代化发展建设，对水利工程的长远发展具有重要意义。

2 BIM 技术优势及构建方法

2.1 BIM 技术概念

BIM 技术是现阶段开发出的新型技术之一，为工程集成化的发展不断的进行升级，BIM 技术是集协调性和优化性以及完备性于一身的技术类型。它在整个施工过程中通过数字技术整合相关信息，并建立完整的数据模型。该技术有效地整合了施工过程中造价管理，设计、运营和维护等多个环节，并通过数字视觉技术进行呈现。作为建筑工程实施管理中较为重要的技术，该技术在建筑工程的发展中发挥着越来越重要的作用。

2.2 BIM 技术优势

在水利工程中引入BIM 技术，具有以下几方面的应用优势，首先，就是利用BIM 技术可以实现图纸从二维到三维的转化，提升各个参与部门的信息沟通效率，避免在施工过程中出现信息孤岛等问题。其次，就是利用水利工程立体模型可以对施工节点进行深化设计，并通过三维技术手段升级并优化施工流程，提高水利工程设计效率。再次，BM 技术还可以帮助施工人员合理推算出水利工程动态施工进程，通过建立动态模拟施工动画，对工程项目进行虚拟施工，从而实现项目的多维化施工管理，并结合虚拟施工中的各种情况对实际施工进行科学的预测，对可能发生的问题进行合理预估，并提出相应的预防措施，保证水利工程施工顺利进行。最后，通过对水利工程施工材料的全方位统计，实现材料的信息化管理，避免材料浪费，节约施工成本，提高施工效率。

2.3 信息模型构建

为了使BIM 技术在水利工程中达到良好的应用效果，就要建立一个完善的水利工程信息模型。

a 水利工程动态施工进度信息模型建立

动态施工进度信息模型在建立的过程中，需要展现出动态的施工进度信息，需要与可视化的施工面貌建立映射关系。信息模型建立方法，主要分为以下几种：第一，网格单元映射法。该方法主要运用在工程三维可视化施工面貌中，能够展现出工程建筑物的施工面貌，将施工中的信息转化为动态的安全数值，能够实现对数据的仿真计算。依据当前的施工进度情况，实现对施工信息的采集，运用动态修整预测方法，来预测后期施工进度。第二，实体映射法。通常会适用在可视化信息模型中，无法实现对施工过程的细致展示，也不能直接用于结构数值仿真计算中，但是能够实现对施工面貌的动态展示。在施工过程中，能够对施工进度状态和施工进度信息的采集，对后期的施工进度进行预测，需要按照工程项目活动的内容，来开展施工工作。

b 水利工程动态安全监测信息模型建立

模拟水利工程动态安全监测信息模型建立，需要对施工中的动态信息进行掌握，建立在模拟计划施工状态的动态数值中，需要对实际的施工进度和施工过程进行预测，实现对施工状态的及时更新，结合实际的施工情况制定出合理的施工模型。实际施工进度状态中的数值仿真信息模型映射方法需要通过“网格单元映射法”来实现。施工结构安全状态受迁移时间施工状态的影响较为严重，应该结合具体的施工情况，制定出合理的动态数值仿真模型。

3 工程实例应用

以某碾压混凝士重力坝工程为例。该碾压混凝土重力坝坝底高程1166.00m,坝顶高程1334.00m， 最大坝高168m，共分为23 个坝段，全尺度数值仿真模型共包含326174 个节点，302576 个单元，如图1 所示(从左至右分别为1#至23#坝段)，典型坝段混凝士分区如图2 所示。

图1 碾压混凝土重力坝映射施工进度状态的数值仿真模型单元划分

图2 典型坝段混凝上分区图

大坝浇筑计划从第一年9 月12#-14#溢 流坝段浇筑开始，第二年10 月第一-次蓄水至高程1290.00m,到第三年2 月所有坝段浇筑完毕，计划工期535 天。坝体垫层及其他常态混凝土浇筑层厚为1.5m,间歇期为5 天;强约束区范围内,每铺层碾压压实厚度0.30m，连续碾压5 层(计1.5m 层厚)后间歇5 天;强约束区范围以外，每铺层碾压压实厚度0.30m,连续碾压5 层(计1.5m 层厚) -10 层(计3.0m 层厚)后间歇5 天-7 天，具体施工组合方案计划如表1 所示。

表1 大坝施工组合方案

工程实例应用表明，该系统能够方便地实现碾压混凝土重力坝拟定施工方案下三维全尺度结构安全与进度耦合动态仿真，坝段群全过程结构安全和进度状态、信息的交互式、连续、动态查看，以及安全控制指标信息全过程可视化跟踪分析，为决策者全面把控碾压混凝士重力坝坝段群施工过程结构安全和进度,确定施工方案提供了一套有效的辅助工具。

4 结语

综上所述，将BIM 技术应用在水利工程施工中，能够充分发挥出其优秀的三维建模优势，结合水利工程施工特点，对对施工周期进行全方位的管理和控制，提高信息共享效率，为现代化水利工程发展提供有力支持。因此，在实际工作中，相关人员要对水利工程进行全面的分析，跟按照不同专业和建筑类型进行合理的划分，明确组成水利工程总模型中的各个子模型，保证水利工程信息模型科学、完整。除此之外，还要以水利工程信息模型为基础，分析确定模型的标高跟轴网，确定子模型的类型和放置装配。同时还要根据实际工程信息确定相应构件的特征参数，并合理安排建模顺序，科学利用各种拉伸、放样等操作进行信息模型构建，最后再将构件进行严谨的组装，构建形成子模型。对于实际工作中非参数化的子模型，相关人员要加大构建力度，设计更为复杂的建模过程。严格按照轴网标高进行放置，根据水利工程实际需要建立完整的三维信息模型。