BIM技术在水利工程中的应用研究

许哲峰

(深圳市东江水源工程管理处松子坑水库管理所，广东 深圳 518122)

0 引 言

BIM技术是基于计算机软件，通过三维建模、数据接入措施，将工程建设管理的各项信息借助计算机信息管理平台进行呈现，并基于这个建设项目的信息管理平台，对水利工程建设项目进行信息化管理，挖掘并利用其中的有价值信息，为项目建设所涉及的设计方案、项目施工、辅助工程决策等提供参考，实现建设项目提质增效的目的。与传统建设项目相比，水利工程建设项目受到地质条件、施工环境等影响，项目建设难度较大，且牵涉到基建、涵洞、坝体等子项目的建设，各个建设环节协调难度大。因此，在水利工程项目建设实施过程中引入BIM技术不仅能够提升建设项目的管理质量，还有助于建设项目后期的运营维护，对发挥水利工程效益具有重要的作用。

1 BIM技术的应用优势

1)可视化。可视化可以说是BIM技术应用于建设项目中最突出的优势，构建了建设工程可视化4D施工信息模型，具有更直观、更精确的特点，能够对建设施工项目施工图进行精准地还原。基于此模型，还可以对施工信息进行拓展，将与建设项目相关的信息纳入其中，使得建设项目的参建人员可以实时地对各类施工信息进行查询，方便了水利工程各参建单位以更加直观便捷的形式对项目建设过程进行全方位了解，提升建设项目施工管理与信息交流效率。

2)模拟性。BIM技术的核心在于其能够对建设项目实施过程中所涉及的材料、设备、工序、成本等因素进行前瞻性把控，并对建设项目施工的各环节进行优化处理，最终产生一个最优的实施方案。通过热量模拟等对建设项目的实施全过程进行模拟，从设计角度对建设项目的基础施工内容进行模拟，并以模拟的结果为施工提供更加科学合理的方案，此外，也可以在BIM的基础上对建设项目进行5D模拟，实现对建设项目有效成本的控制。

3)协调性。因为水利项目建设涉及的参建单位较多，各层级的沟通协调复杂，BIM模型的应用使得在水利工程项目建设实施前就能协调好各环节、各专业之间容易发生的碰撞问题，并将这些协调信息储存在BIM数据库中。

4)集成化。BIM模型将建设项目的信息进行了集成化处理，并以集成化信息管理平台为基础，对建设项目的施工进度、成本、安全、质量等信息进行集成化管理，将建设项目各环节的信息进行记录，便于建设项目参建人员进行检查。

2 BIM技术在水利工程中的应用

2.1 项目应用背景

松子坑水库位于深圳市龙岗区，工程区原状为三座紧邻的小(1)型水库，分别是松子坑水库、獭湖水库和三角楼水库，相互之间仅为山梁分隔。根据《深圳市供水水源修编规划》和《深圳市水务发展十一五规划》(2006)，为满足深圳市用水调蓄要求，提出对松子坑水库进行扩建。松子坑水库扩建分两期实施。一期项目建设内容主要是把松子坑水库、獭湖水库进行合并，一期建设项目已于1996年实施完成。二期项目建设内容主要是将三角楼水库纳入一期建设项目，一期扩建后，松子坑水库正常蓄水位66.00m，死水位为50.00m，兴利库容2324万m3。二期扩建后，水库蓄水位与死水位未发生变化，水库集雨面积4.96km2，兴利库容3303.7万m3。

松子坑水库在整个东部供水水源工程中，扮演着重要的角色，提高水库的管理水平，实现水库运行管理信息化、数字化和智能化，对保障东部的供水安全，有着重要的意义。

2.2 BIM在项目中的应用

2.2.1 应用内容

1)构建实时 BIM 模型。使用激光扫描或摄影测量技术，对建设项目现场的组件信息等进行收集，并基于处理系统将组件参数信息等与模拟BIM施工模型信息进行比对，并基于比对结果，对模型进行优化调整，确保得出的模型组件为实时状态，并最终计算得出建设项目的BIM模型。

2)辅助进度管理。基于建设完成的三维模型，对项目的建设进度进行实时的掌控，利用BIM模型中的工程量统计比对模型对应工程量，进而实现对项目建设进度的控制，为项目之后的建设进度调整提供预测。

3)辅助成本管理。在水利工程项目建设实施的过程中，只需要将项目建设资金、资源信息等传输至模型中，就可以利用子信息模型与实际的项目建设进行对比。

4)生成构建模型。项目完成后，将根据项目的具体实施修改实时模型。一方面，它可以确保实时模型反映建筑物的正确信息。另一方面，它删除模型中不必要的信息，并保留建筑设备之类的信息,为以后的操作和维护提供数据支持，然后生成构建模型。竣工模型可以生成竣工最终帐户报告、竣工图纸和其他数据。

2.2.2 关键技术

1)数据层。实时BIM系统主要依靠激光扫描和摄影测量技术来实现数据收集。通过激光扫描收集三维信息，依靠摄影测量技术并在现场拍照以获取几何信息，例如建筑构件的形状和位置，以及非几何信息、材料类型。

2)处理层。处理激光扫描数据和摄影测量数据以与4D BIM模型的仿真进行比较，识别出测量数据并与模型中的数据进行匹配，然后使用仿真模型中的组件生成真实的时间BIM构建模型。

3)应用层。将仿真模型和实时模型的信息进行比较，可以有效地监视和管理施工过程中的进度、资源、成本等。实时BIM模型包含有关施工过程所有维度的信息。此信息适用于管理人员以及参与项目建设的其他人员，他们可以使用信息或进行协调和沟通以提供便捷的服务，当项目完成时，可以处理实时模型以生成完整的模型，为项目后续的操作和维护提供帮助。如图1所示为基于 BIM 的水利工程施工管理平台。

图1 基于 BIM 的水利工程施工管理平台

2.2.3 施工应用流程

1)模拟BIM系统下的实施过程。考虑到项目建设实施设计阶段的建设要求，模拟的BIM系统实施过程的建设包含了项目的设备和材料等信息，因此建设项目设计模型是直接处理获得构造模型。

2)创建4D BIM模型。首先，把设计完成的BIM模型做WBS分解，并将分解完成的建设项目中的每一个子部分进行WBS编码，添加模型中缺少的技术、施工等信息，防止漏掉建设项目的关键信息，确保建设项目模型的完整性。

3)施工过程模拟。在模拟过程中如果发现设计问题，则将它们交付给设计部门进行修改和调整；如果存在不合理施工程序的设置等问题，将相关问题提交工程技术部，进行修改，然后再次进行施工过程仿真试验，直到仿真结果满足施工要求。

4)施工安全管理。通过安全培训来加深工人对施工技术的理解，自动识别和标记等也可以识别施工过程中可能存在潜在安全隐患的部分，并根据此信息准备施工安全管理计划以改善安全管理。如图2所示为基于BIM的水利工程施工应用模式。

图2 基于BIM的水利工程施工应用模式

2.2.4 预期成果

本项目实施后，可以建立一个松子坑水库的数字孪生模型，未来将模型接入到水库管理平台后，成为三维可视化、水库运行调度、日常巡检、资产图档管理等业务数据的载体。模型效果类似如下工程案例：

图3 大坝主体模型

预计可实现的应用场景：

1)工程三维模型浏览：可以通过管理平台，浏览整个工程的三维模型，通过三维模型，量取尺寸、调阅和模型关联的资料，迅速了解整个工程。

2)设备控制：将管理平台与现场设备进行关联后，可以通过平台，选择模型中的特定设备，对其进行开关等操作。

3)信息查阅：将现场的监测设备接入平台后，在模型中选中该设备，即可调出该设备的监测数据。

4)设备维护：在模型中选择某设备，即可派发关于该设备的维修工单，并可调阅关于该设备的所有维修记录、厂家信息、备品备件等。

5)监控设备关联：将现场的监控探头接入平台后，在模型中选中该监控探头，即可调出该探头的监控画面。上面所例举的应用场景，需要在水库管理平台内实现，不包括在本逆向建模工程内，本逆向建模工程只是建立BIM和GIS模型，为三维可视化和运行管理中产生的信息提供载体。

3 结论与展望

将BIM技术引入水利工程，能够根据不同的环节需求进行模型精度的确定，使BIM模型不仅能够满足项目建设各环节的需求，还可以实现建设项目的数字化信息管理，提升管理水平与效率。就现阶段而言，水利行业中已经逐步形成了行业规范化的BIM工作流程，在设计、施工、运营阶段都具有丰富的应用成果。相信在不久的将来，BIM技术必将在水利工程建设项目中发挥更大作用。