BIM技术在水利EPC总承包项目中应用初探

林 旭 王 丽 郭 瑞

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223005)

BIM(Building Information Modeling)——建筑信息模型，是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行信息共享和传递，由建筑产业链各个环节共同参与来对建筑物数据进行不断的插入、完整、丰富，并供各相关方提取使用，达到绿色低碳化设计、绿色施工、成本管控、方便运营维护等目的。在整个系统的运行过程中，要求业主、设计方、监理方、总包方、分包方、供应方多渠道和多方位的协调，通过网上文件管理协同平台进行日常维护和管理。

EPC(Engineering Procurement Construction)是指公司受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包。通常公司在总价合同条件下，对其所承包工程的质量、安全、费用和进度负责。

结合BIM和EPC模式特点，总承包商以设计单位为主体，将设计阶段和施工阶段有机结合，制定BIM标准，实现BIM技术在各阶段的应用，发挥EPC模式的优势。本文将基于无为泵站工程介绍BIM在水利工程总承包项目的应用，发掘BIM技术在水利工程EPC项目中的潜力与价值，探索BIM技术在水利工程总承包项目中应用的解决方案。

1 工程概况

无为泵站位于长江大堤处，其主要功能是一般年份排除圩区涝水，特殊年份抽排流域洪水。依据规划分析，设计排涝面积 61.7km2，设计排涝标准 10～20 年一遇，设计排涝流量为 85m3/s。本次工程建设内容主要包括引水渠、拦污闸、前池及进水池、泵房、排涝出水涵、出水池，副厂房和管理房等。

2 BIM技术路线及标准

2.1 技术路线

工程应用BIM技术过程中，以总承包单位为主，对项目不同阶段的工作职责进行分配和管理，建立BIM技术流程，见图1。

图1 BIM技术流程

2.2 模型标准

根据总承包项目特点，要求BIM在实施过程中具有信息传递性，通过统一的标准可以使BIM模型信息在设计、施工、运维等阶段进行无障碍信息传递。

总承包项目BIM建模与交付标准可由总承包单位牵头，负责标准整体框架的把控，设计单位对标准汇总的数据、模型、资料和建模要求等作统一规定和说明；施工单位对施工阶段模型的编码、拆分进行确定。BIM模型标准的建立，将为各参建单位开展BIM应用及信息共享建立基础。

3 设计阶段BIM应用

3.1 各专业协作建立模型

3.1.1 各专业设计协同

本项目为泵站工程，其涉及专业多，各专业协同难度大；电气、水机、金结等设备繁多，敷设过程中容易错、漏、碰、缺，模型建立精细化要求高。在服务端部署BIM工作平台，基于平台进行BIM人员组织与权限分配(项目部组织架构见图2)，并按公司质量管理体系和项目管理体系建立工程项目文件管理结构。同时管理人员通过完善模型，可视化监控施工图模型深化进度。

图2 BIM项目部组织架构

3.1.2 各专业模型创建

项目主要包括泵站、拦污闸、清污机、上下游翼墙等构筑物，涉及水工结构、水力机械、电气及自动化、金属结构、房屋建筑等专业，工程构筑物多涉及专业广，模型建立工作量大。工程应用Revit、Inventor参数化设计、精细化建模、可视化出图等功能对工程各构件进行设计(模型见图3)，将输出成果从传统的二维平面图转化为三维设计模型与二维平面图相结合的模式，方便检查、校核，确保设计合理、精确。

图3 各专业模型示意

3.1.3 各类工程量统计

根据已建立的BIM，自动生成所需工程量统计清单，包括根据建筑专业模型、水工专业模型生成的各类构筑物材料统计表，根据场地单位模型生成的挖填方统计表等报表。由于BIM模型包含丰富的属性信息，因此可以非常客观精确地根据模型属性进行分类统计，极大提高了工程概算的精度和速度。

3.1.4 各专业模型检查

各专业模型建立整合后，利用NavisWorks对施工阶段的构件与管线、建筑与结构、结构与管线等进行碰撞检查、施工模拟等优化设计，尽早发现未来将会面对的问题及矛盾，寻找出设计过程中不合理的地方并及时进行调整，或者商讨出最佳方案与解决办法，降低传统二维模式的错、漏、碰、缺等现象出现的概率。

3.1.5 二维施工图出图

依托工程BIM，准确生成平立剖图、综合管线图、综合结构留洞图，减少了传统二维设计中绘制剖面图的工作量，提高了设计工作效率。

3.2 分析软件交互应用

为了确保泵站安全高效运行，项目设计过程中，将进行进、出水流道优化水力设计研究工作，以及对工程主要构筑物进行三维有限元结构分析。利用BIM技术建立的模型与有限元计算软件相互交互，节省分析计算前期建模的时间，提高分析计算的效率；结合分析结果，实现对工程设计优化。

3.2.1 BIM+CFD技术运用，优化流道运行效率

用Inventor建立肘形流道三维模型，将Inventor建立的模型与CFD软件交互，减轻CFD数值计算前期建模的工作量，见图4；同时利用Inventor特有的钣金构件展开功能，对流道外轮廓进行分解，为施工阶段流道浇筑钢制模板提供依据。

图4 Inventor建立流道模型 及CFD数值计算结果

3.2.2 BIM+CAE技术运用，提高结构计算速度

利用Revit模型与有限元软件Midas GTS模型交互导入(技术路线见图5)，提高结构计算的效率，同时根据计算结果优化结构设计，实现BIM三维设计与其他计算软件协同设计，使设计方案更科学高效。

图5 MIDAS有限元结构计算技术路线

3.3 BIM+ GIS +AR+倾斜摄影技术运用

工程建设场地复杂，周边实景模型建立困难。项目通过倾斜摄影建立精确实景模型，直观反映工程与周边环境关系，大幅减少现场踏勘工作量。

BIM+GIS+AR+倾斜摄影技术的应用，立体展示了设计成果，即时与建设方进行方案沟通，通过SuperMap iServer将集成的数据模型进行网页端的发布，建设方还可通过手机、PC端的网页浏览器随时随地查看模型。可视化的表达方式在信息传达方面更加完善全面真实，有效提升了设计效率，缩短了设计周期，加快了工程建设总进度。

3.4 设计阶段应用成果

水利工程是一项复杂的系统工程，涉及专业多、设计周期长、工程量大、环境多变、施工工期长、干扰因数多、施工机械布置困难，同时还要考虑施工导流、度汛等特殊要求。因此，通过BIM技术能够使各专业协作建立全生命周期的模型，优化设计，促进设计质量提升；设计协同，实现设计周期合理管控；预知结果，保证设计目标顺利实现。同时工程设计引用BIM技术后，设计成本显著降低，根据初步测算，设计阶段节省成本约3%。

4 施工阶段BIM应用

4.1 施工方案控制

4.1.1 场地布置

传统的二维施工平面布置局限性较大，难以相对合理地展示出施工生产生活场地、材料堆放和加工场地等布局的具体情况。工程建设初期，项目部BIM团队依据二维场地布置图制作BIM三维场地布置图，见图6，可以通过多视角查看场地布置细节，方便多方案综合对比。

图6 施工场地布置流程

4.1.2 施工方案可视化

泵站站身造型独特，结构部位理解难，通过三维图片或者三维动画进行交底，可使复杂的结构清楚、直观地呈现出来，能有效避免施工过程中的质量问题，见图7。

图7 三维施工交底示意

4.2 施工质量控制

4.2.1 工地智慧云管理平台

通过搭建BIM工地智慧云管理平台，以终端BIM信息为核心，实现施工进度线上管理，质量安全云端信息同步、图纸规范信息云端查询等，使数字化管理深入项目常态化管理。

现场质量、安全管理人员将检查中发现的质量安全信息，通过手机APP上传至云平台，由分管负责人确定处理措施后推送至相关责任人落实整改，完成后，通过云平台进行验收，提高了现场质量安全管理信息传递效率；将主要分部工程过程施工图片、施工信息、质量管理过程及相关成品试验检测数据，添加到系统中生成二维码，后期可通过扫码直接查看构件信息，实现施工过程可追溯；通过对云平台上传数据的收集、整理、分析，确定工程重点巡视部位，制定定点巡视计划。

4.2.2 人工振捣实时数字可视化馈控平台

对于工程主体为大体积混凝土结构，施工质量对于混凝土抗裂具有至关重要的作用。为此，工程运用混凝土施工质量实时馈控系统。该系统分为智能穿戴装备系统和振捣效果远程数字化管理平台两部分。

4.2.2.1 智能穿戴装备系统

通过智能穿戴装备系统，运用GPS定位技术解决了工人现场振捣时的定姿定位问题，见图8。

图8 装备智能系统的工人振捣效果

4.2.2.2 振捣效果远程数字化管理平台

该系统可实现混凝土浇筑振捣质量可视化模拟及数字化控制。确保施工现场振捣信息实时有效导入、动态效果评价与指标精准显示，使混凝土振捣施工质量始终处于受控状态。

系统网络结构见图9，采用C/S(Customer/Server)+ B/S(Browser/Server)架构模式，整个应用系统由混凝土数字化施工工艺实时馈控系统和Web在线馈控系统两大部分组成，建立了施工质量数据与BIM模型的双向链接，实现了施工质量信息的共享和应用。

图9 平台总体架构

4.3 施工进度控制

依托云平台，利用进度计划导入平台与对应模型关联，分析进度计划合理性以及与实际进度进行实时对比，若发现进度偏差，及时对现场人员、材料、机械配置进行调整，以保证节点进度目标，在云平台上传周施工进度计划，通过手机端上传每日实际进度情况和形象进度图片、劳动力统计等，形成数字周报，实现进度计划的动态管理。

4.4 施工成本控制

BIM创建后，可以准确快速计算工程量，提升施工工程量计量的精度与效率。与传统的根据图纸计算工程量相比，BIM在异形构件工程量计量中尤为突出，见图10。

图10 模型统计用量与实际计量对比

4.5 安全控制

4.5.1 隐患排查

对所建BIM，对“四口五临边”等危险性较大的危险源进行分析，生成分析报告，三维动态安全交底，让一线作业人员了解和掌握作业面的安全注意事项，提高生产作业人员的安全意识，保障施工的安全，见图11。

图11 危险源分析

4.5.2 安全教育

使用BIM-VR安全体验系统，通过项目BIM结合虚拟危险源，让体验者走进真实的虚拟现实场景中，通过沉浸式、互动式体验使体验者得到更深刻的安全意识教育，提升全员安全意识水平,见图12。

图12 VR安全体验馆

4.5.3 劳务管理

使用工地劳务管理系统，结合BIM、可穿戴智能安全帽、人员进出口闸道机，建立基于物联网的劳务实名制系统。利用该系统，实时统计工人的出工情况，对施工工人进行实时定位。

4.5.4 数字监控

针对塔吊使用安全要求引进了塔吊监控系统，该系统具有风速报警、防倾斜、禁行区域设置保护、多塔吊的防碰撞、制动控制、塔吊黑匣子等多种功能，对每一台塔吊，系统都对其幅度、高度、附近风速、力矩比、荷载比、转角和倾角进行实时监测，且在BIM平台中实时查看。

4.6 施工阶段应用成果

在施工阶段，利用设计阶段建立的BIM，结合施工进度计划进行4D施工模拟，协调各方优化时间安排，根据模拟结果指导现场施工；并且构建人员、设备与材料管理模型，在施工实施过程中，不断完善模型构件的产品信息及施工、安装信息；最后在施工过程中，在BIM中输入主要工艺、电气设备的必要信息，如设备名称、制造商、型号、用途等，为后续运维管理打下基础。

5 结 语

相较于传统的设计模式，BIM技术能够利用全专业协同、分析软件交互等特点提高设计质量和效率，且直观反映工程信息。结合总承包的特点，利用制定的统一标准，将设计阶段和施工阶段有机结合起来，让施工单位更好地理解设计意图，并对施工进行模拟，加快工程进度，提高施工质量，并为建成后的运维提供数据。

鉴于BIM技术在水利工程EPC项目中具有巨大的潜力与价值，本文介绍了水利工程EPC项目中BIM技术的应用，利用BIM技术整合设计和施工过程，并前后延展，涵盖规划、运维过程，形成一套完整的项目全生命周期解决方案，为同类项目的BIM技术积累了成功经验。