BIM技术在水利工程运维管理中的应用分析

温 玲

河北省大清河河务中心

1 BIM概述

1.1 BIM简介

信息建筑模型BIM（Building Information Modeling，Building Information Model）是以工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，即建筑信息模型的建立。BIM技术应用于建筑工程项目的全生命周期内，以信息为突破口，对其物理和功能属性进行数字化表达，打破设计、施工、运行、管理各个阶段之间的屏障，使设计、施工、运维中各种过程和结果信息始终整合于一个三维模型数据库中[1]，帮助实现建筑信息的集成，减少各种项目问题，避免无端浪费及争议，实现工程建筑信息透明化和准确性，实现实时共享，便于各环节、各参与方之间信息地传递，并且不断在更新、丰富和充实。

1.2 BIM的发展历程

1975年，乔治亚理工大学教授、“BIM之父”Chuck Eastman提出未来可以对建筑体以计算机系统仿真，并命名为“Building Description System”系统，BIM这一概念首次被提出[2]。20世纪80年代后，芬兰学者提出“Product Information Model”系统，1986年，美国学者Robert Aish提出“Building Modeling”。2002年由Au⁃todesk公司提出建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）,这是对建筑设计的创新，是计算机辅助设计新的重大突破，但尚停留在学术研究领域，缺乏实践案例，无法得到广泛的应用。进入21世纪，随着计算机软硬件水平的高速发展，采用64位引擎GPU的专业绘图芯片同多核处理器协同作用，可执行类并行计算机运算，BIM研究和应用得到突破性进展，全球三大建筑软件开发商，都推出了自己的BIM软件，BIM逐渐成为产业中解决实际问题的生产力工具。

2004年正式进入中国。此后很长时间内，BIM经历一个很缓慢的发展阶段，随着我国大型项目的增多、国内外合作更加密切，近十年迎来了我国BIM技术的较快发展，业内对BIM的认可度逐步提高，应用范围日渐扩展，同时也面临着技术人才短缺的问题。

1.3 BIM的技术特点

BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大基本特点[3]。

（1）可视化：“所见即所得”，建筑物得到更加直观的清晰表现，构件之间形成互动性和反馈性，呈现效果图，便于在项目设计、建造、运营过程中进行沟通、讨论、决策。（2）协调性：在项目施工前期，综合各个专业的设计图纸自动检查，进行碰撞检测，系统识别出存在的问题，对各专业的碰撞问题进行协调[4]，并生成报告，将问题解决在设计阶段，避免在施工阶段发生冲突，协同施工进度计划、便于物业化管理。（3）模拟性：在方案和施工阶段可以进行各种模拟，除了三维模型外，还包括4D模拟（3D+发展时间）、5D模拟（4D+造价），如模拟组织施工，节能模拟、进度模拟、造价模拟、紧急疏散模拟、消防人员疏散模拟、地震逃生模拟等[5]。（4）优化性：工程项目的复杂程度较高时，现代建筑物的复杂性大多超过了参与人员本身的能力极限，参与人员的能力无法掌握所有的信息[6]，必须借助一定的科学技术和设备的帮助，BIM技术即具备这样的优势。（5）可出图性：可快速需要的各种生成平、立、剖图纸，生成明细表，及体积、面积等数据，并且“一处更改，处处更新”，避免传统2D绘图由于疏忽带来的遗漏，造成实施中不必要的损失。

2 我国水利工程运维管理中存在的问题

2.1 传统管理手段存在局限性

我国中小型水利工程分布广泛、数量众多，受到地理环境的影响，多集中在较为偏僻的地区，管理水平相对落后。目前水利工程管理仍以传统的纸质资料和CAD图形作为信息载体，对工程资料进行保存、归档、调用，来保存信息进行设备管理，这存在很多问题。诸如六七十年代所建的众多闸涵，很多是纸质手绘图纸，并且由于年代久、易丢失、材质脆、难储存、字迹辨识困难，其中很多工程只能找到部分图纸，这些资料很难完整表达工程的具体情况。

随着计算机技术、网络技术和信息技术的飞速发展，近年来一些中小型水利工程管理单位也在逐步完善电子图表影像资料和推进数字档案工作，可是水利工程的管理模式还是以相对静态的、独立的传统粗犷形手段为主，信息独立，难以关联、整合，很难将工程管理工作系统化、动态化，影响了工程工程运行管理和维养作业的效率及质量，传统的水利工程管理模式存在的局限性日益凸显。

2.2 运维过程中存在技术障碍

一般水利工程建筑生命周期从规划、设计到施工，可能只需要0.5~3年时间，但交付使用后，运行、维护、改善和更新的时间将长达20~100年。工程的维护运营阶段占有工程全生命周期的绝大部分，工程运维涉及工程管理方、水利勘察设计院、工程施工建设单位等多个专业或团队，多方之间很难对工程做到及时有效地协同管理，工作内容烦琐、效率较差，如在传统的物业管理中采用指派联络员填写表格、参照工程现场照片示意、情况说明等自成体系的独立管理模式，信息相对孤立，各个专业之间沟通不顺畅，信息流动性差，存在一定的技术对接障碍。

3 BIM技术在运维管理中的应用分析

随着经济和社会的飞速发展，计算机技术、互联网技术、遥感技术等在各个领域被广泛应用，信息化的发展使得工程的规划设计、施工建设和运行、维养更加智慧、高效。随着BIM应用的越来越多，水利工程的运维管理也在逐渐遇到机遇和挑战，工程运维管理与工程的设计、施工一脉相承，将BIM模式嵌套入工程运维管理之中将是未来发展的必然趋势。

为了提高水利工程运维管理效率，在现行的物业化的维养方式的基础上，将BIM模型与之相结合，对于在设计、施工阶段已装配了BIM系统的水利工程，可以实现BIM技术地直接对接管理，而对于大多数中小型水利工程，可以尝试将BIM模式地工作思维渗透到其运维管理工作之中，根据具体条件，分阶段推进BIM化管理。

3.1 在工程项目维修养护施工前

在工程项目维修养护施工前，利用BIM良好的可视化和协调性特点，能够更形象、准确、全面、快速地掌握和传递工程运维管理信息。现行的水利工程物业化管理模式，在每年维修养护项目开始前，根据工程情况上报维修养护方案，审批后进行公开招标、签订合同、施工单位组织施工、竣工验收。在整个过程中，针对工程情况，管理单位需要与设计院和施工方进行多次接洽，而BIM技术具有“所见即所得”得可视化效果，将岁修养护需求、方案等通过参数化赋予在三维模型的族构建中，工程得到更加直观的清晰表现，形成互动性和反馈性，呈现效果图，利于相关方面进行有效沟通。在维修养护施工前，通过4D模型（三维模拟叠加项目的发展时间）和5D模型（4D模型叠加造价）模拟组织施工，确定合理的施工方案和工序安排来指导施工。这样将技术设施、工艺做法、用料、工程量、资金预算等问题信息打包集成，便于管理方同设计院、施工方等各方精准、高有效对接，利于工程后期管控。

3.2 在工程项目维修养护施工过程中

在工程项目维修养护施工过程中，统筹调度工程的进度、成本、质量与安全管理。在进度管理方面，通过不同颜色来细分标注施工状态，将计划施工进度与实际进度进行对比，生成时间轴，及时调整施工进度并形成记录，提高速度的总体控制。利用BIM技术形成成本控制，通过添加施工日志、工程量月表、项目清单、明细表等信息，实现成本精细化、动态化管理。施工人员、实施时间、新增或更换的配件信息等及时上传到BIM中，形成质量和安全工作的动态记录，提高质量与安全管理时效性、可溯性。基于BIM技术建立的协同工作的平台，有利于各方面人员或团队可协同合作，例如在出现现场变更问题时，一方在授权内做出的变更可同步到其他参与方，具有“一处更改，处处更新”特性，协同施工进度计划，BIM技术模型能够打破CAD时代各专业独自作业、工作流线交错复杂、设计难以更改的壁垒，有效避免了传统2D绘图由于疏忽带来的遗漏，造成实施中不必要的损失，便于物业管理，节约人力、物力、财力，有效提高了管理效率。

3.3 在水利工程运行管理中

水利工程项目建设完成交付使用后，会有很多的文档资料以及数据信息，采用传统的水利工程管理模式，需要占用了大量的资源与时间对信息进行整理、汇总，并且可有效保存的时间也比较短,，还不方便及时调取使用。建立BIM模型，可以将复杂烦琐的图纸、影像资料、坐标参数等数据信息进行整合统一，全面掌控工程各个数据信息之间的相连关系，提升了文档管理工作的效率以及保存时间和调用价值。

由于BIM技术模型包含了水利工程的各种构件的规格大小、安装时间与顺序以及出厂信息、启闭机以及水利工程建筑物等多方面的信息，在工程交付使用后能够有利于后期的运行维护管理工作，能够及时发现问题，并加以解决，最大限度地降低因故障造成的损失。通过导入水文信息、远程监控、遥感技术、地理信息模型等技术手段，综合利用整合平台，进一步强化水利工程运维管理。

另外，有防洪防汛、输水、引水功能的水利工程，还可通过BIM技术进行对闸门开度、流量、洪水过程等任务模拟，以及与安全生产管理相关的消防疏散模拟、地震逃生模拟等，作为紧急预案的模拟演练。

4 总结与展望

通过BIM技术建立的模型，提供了一个可视化、协同作业等多维的信息整合平台，提供了工程项目的系统、全面的完整信息，使管理者更准确、全面、快速地掌握工程运维管理信息，为管理者决策提供可靠依据，使得水利工程运维管理更加协同、高效。将BIM技术应用在水利工程运维阶段，能够进一步强化运维管理效率和水平，这也将是未来的发展的必然趋势。