BIM技术在涔天河智慧水库建设中的应用及意义

郭晓宁

（湖南涔天河工程建设投资有限责任公司，湖南 永州425500）

1 引言

水利现代化是国家治理体系和治理能力现代化的重要环节，而智慧水利建设是推动水治理体系和治理能力现代化的一项重要措施。智慧水利建设的构建思路将水利工作与互联网、大数据、人工智能等高新技术深入结合，加强水利创新的推进，促进水利事业深化改革和发展，带动水利现代化。

2 背景和意义

2.1 项目背景

湖南省涔天河水库扩建工程是国务院确定的172项重大水利工程之一，是湖南省一号水利工程。涔天河水库位于湖南省江华瑶族自治县境内的湘江干流潇水上游，系潇水流域开发的第一个梯级水利枢纽工程。该水库属于I等大（1）型水利工程，主要功能有防洪、灌溉、发电、下游补水并兼顾航运等，具有巨大的社会和经济效益。扩建后的水库最大坝高114 m，坝长328 m，正常蓄水位313 m，总库容15.1亿m3，水库水面面积38.4 km2，装机容量20万kW；枢纽建筑物主要包括大坝、泄洪洞、灌溉渠首建筑物和引水发电站等。

涔天河水库扩建工程2013年11月主体工程大坝项目开工，2015年11月28日完成坝体的填筑任务。2017年9月23日首台机组并网发电，2018年6月底4台机组全部实现并网发电。目前，工程建设进入扫尾阶段，即将进行工程竣工验收。

2.2 BIM技术应用背景及意义

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是在引入“工业4.0”、“互联网+”技术和概念的基础上，形成具备智能化、全流程以及大数据等特征的多维信息模型，能够有效推进智慧水利工程的发展，是智慧水利工程建设的一个重要手段和方法。这一技术可以为建设方、设计方、施工方以及运维单位等建立一个交流沟通以及知识管理平台，在该平台的推动下，协同的工作模式效率更高，另外可视化的模型以及共享的数据信息等都有利于工程实现数字化与智慧化。在工程项目设计、施工、运营的所有阶段管理过程中应用BIM技术，能有效提升其精准性，降低各种风险，推动工程建设领域产业协同转型发展，促进工程建造与信息化深度融合，对提升工程管理现代化水平有着积极的作用。

在涔天河水库重大水利工程中推广BIM技术，对工程规划、建造、运维实现精细化全生命周期管理，将湖南省的一号水利工程打造成湖南省智慧水库标杆工程，创建先进、一流的品质工程与国家创优创新工程。涔天河智慧水库工程建设，将促进湖南省水利工程BIM技术的深化应用，对推动智慧水利建设与水利现代化建设具有积极的示范意义。

3 BIM应用目标

BIM技术作为“智慧水利”的重要组成部分，是水利行业规划设计、工程建设、运行管理一体化、信息化的最佳解决方案。将BIM技术部分应用到涔天河水库枢纽工程中，总体目标是为涔天河水库建设管理方提供三维可视化、标准化、信息化的工程建设成果管理服务，打造水利数字工程，为今后建设智慧水库，开展智慧运营管理、打造品质工程与国家创优创新工程打下坚实的基础。

涔天河水库智慧工程是在工程全面数字化基础之上建立的可视化和可量测的智能化工程管理与运营，包括工程的信息数据基础设施以及在此基础上建立网络化的工程信息管理平台与综合决策支撑平台，为项目业主及工程各参与方提供智能数据库和虛拟体验式的可视化工程管理。

由于涔天河水库枢纽工程前期设计、施工和管理采用的是常规传统的工作方式，打造智慧水利、数字水利上存在短板，水利信息化建设总体投入不够、发展不均衡，物联网、云计算、移动应用和大数据等新技术在涔天河水库工程中的应用程度不高，BIM等新技术未得到应用和推广，离创建智慧水利工程还有一定的距离。目前，随着涔天河公司对智慧水利工程建设的认识和重视程度的提高，围绕后续的工程建设和运行管理，依托BIM技术、数字交付技术，涔天河水库智慧水利工程建设的首要目标是要创建枢纽区工程三维精细化BIM模型、三维实景模型，定制开发基于BIM+GIS的数字枢纽工程云交付平台。长远目标是以此数字枢纽工程云平台为基础，将水文测报、灌区配水和调度管理、大坝闸门调度、库区管理、电站运行监控、安全监测等自动化监控系统加入到平台，最终形成涔天河水库智慧运维管理系统，实现工程建设管理更加规范化、设备维护标准化、人员培训高效化、工程调度科学化，提升工程管理水平、提高工程效益。现在，涔天河水库枢纽工程常规设计、施工已基本结束，各类设计、施工资料齐全，为开展以BIM技术为核心的涔天河智慧水库建设，实现各项应用目标奠定了基础。

4 技术路线

涔天河智慧水库建设在BIM技术应用的基础上，基于工程全生命周期管理思想，应用物联网技术、GIS技术以及“互联网+”技术，通过应用BIM技术构建水库枢纽工程与灌区工程的BIM设计模型，使BIM模型向着更加精准数字化的方向发展，同时还可以有效扩大BIM模型应用范围。从BIM模型出发，通过分步实施设计施工一体化数字交付系统、智慧工程建设管理云平台、智慧水库运行管理平台，在工程建设期及运营维护期广泛进行BIM技术应用和工程建设与管理信息化服务，构建全方位数字化与智慧化工程。

5 主要建设内容

5.1 创建枢纽区工程三维精细化BIM模型

采用基础设施领域国际领先的Bentley系列BIM软件，创建涔天河水库枢纽工程三维精细化BIM模型，包含有枢纽电站厂房、混凝土面板堆石坝、引水发电洞、1号泄洪洞、2号泄洪洞、放空洞、右岸灌溉引水洞、右岸渠首电站、右岸雾江滑坡体交通洞、左岸灌溉引水洞、左岸渠首电站、左岸跌水电站、左岸交通洞等建筑物，涉及水工、地质、金结、机电多专业三维模型。模型深度达到施工图阶段要求。

5.2 枢纽工程三维实景模型、效果图及动画视频

通过无人机航拍倾斜摄影和三维实景建模技术，采集枢纽工程区航拍影像资料，并利用Bentley Context Capture软件创建枢纽工程区的高清、真实的三维实景模型。

在航拍影像、三维设计BIM模型、三维地面模型、三维实景模型的基础上，利用LumenRT、3DMAX、Premiere等软件进行成果渲染和多媒体制作，形成高清、逼真、生动的媒体漫游视频。为涔天河工程管理单位在办公楼LED大屏，以及有关交流，会议提供形象宣传素材。

5.3 基于BIM模型的数字枢纽工程交付平台

在涔天河水库枢纽工程BIM三维精细化模型的基础上，定制开发基于GIS+BIM的云交付平台，云交付平台上整合枢纽工程区、水库库区DEM模型，以及枢纽工程地形、地质、土建、机电等全部三维精细化设计模型，按照工程建筑物类别、构件以及设备的分类，编录和完善BIM三维模型属性，同时录入BIM各建筑物的结构、机电设计图纸及相关的建设采购、施工信息（包括工作联系单、照片、影像等），并与BIM模型中相应的构件一一对应挂接，形成完整的、三维可视化的枢纽工程设计与建设交付的信息平台，为涔天河水库打造数字枢纽工程打下基础。

数字交付平台提供全方位、从外至内、从宏观全局到局部细节的三维可视化的枢纽工程交互性漫游、模型与属性展示，以及枢纽工程设计图档与有关的建设信息的查询、调用、汇总等功能，数字交付平台提供PC端、智能终端等跨平台的查询应用。随着涔天河水库智慧营运管理和BIM技术应用深化，后期还可增加投入将平台扩展至涔天河灌区工程的BIM模型以及数字交付管理，最终形成涔天河工程完整的工程建设信息交付管理与工程展示平台。

数字交付平台基于云架构，可为其他的管理系统提供接口，今后可加大投入扩展为基于BIM的工程运营维护管理的综合性平台。将水文测报、灌区配水和调度管理、大坝闸门调度、库区管理、电站运行监控、安全监测等自动化监控系统加入到平台，有效结合动态信息和数字模型。这种基于工程BIM模型的平台能实现较为全面的功能，包括技术培训、决策分析、水情预报、设备运行监控、工程漫游、综合调度以及工程巡检等，最终形成涔天河水库智慧运维管理系统，为涔天河枢纽和灌区管理提供智能、智慧的工程管理与决策支持。将湖南省的一号水利工程打造成湖南省智慧水库标杆工程，并为创建先进、一流的品质工程与国家创优创新工程创造新的条件。涔天河智慧水库构建示意图见图1。

6 结语

图1 涔天河智慧水库构建示意图

在水利水电工程项目全生命周期中，运营和维护阶段的时间最长。传统的运营和维护管理模式效率低下，在运营维护管理的过程中需要充分使用BIM技术，提供一个更加高效、更加便捷且能够服务于各专业人员的管理平台。

BIM带来的标准化的数据格式，使得信息得以在项目全生命周期的各个阶段顺利传递、累积。BIM的空间信息也对运营维护的管理方式带来了变革，能使用更多可视化的工具来增加效率。

以BIM为基础建立的运营维护管理平台对于提高工程运行管理有一定的效果，然而目前还不够完善，系统还存在一定的不足，为了进一步提高工程运行管理的稳定性与效率，应当对“互联网+”、大数据的应用等技术进行更深入的研究。