水利工程施工中BIM技术的应用探析

赵鹏

(兰陵县水利建筑安装公司，山东 临沂 277700)

建筑信息模型(BIM)技术实现了建筑设计建设方式从二维向三维数字化转变的革命性变革，将信息化、数字化技术贯穿于建筑建设的全生命周期。随着BIM技术在建筑行业领域不断向纵深发展，水利工程对BIM技术的应用范围进一步扩大。水利工程施工具有难度大、涉及范围广、专业要求高、施工条件恶劣等特点，BIM技术的应用，可以充分借助其可视化、协同性、模拟性等优势特点，优化施工布置，实施施工模拟，强化施工质量、安全、进度、成本等各方面的管控，实现施工各环节的协同高效完成，提升水利工程施工建设综合效益。现阶段，水利工程施工中BIM技术应用实践案例相对较为不足，加强应用探析，对于促进BIM技术在水利工程施工中的应用具有重要意义。

1 水利工程施工特点

1.1 受自然环境影响大

水利工程职能作用的特殊性决定了工程建设地理环境的复杂性，其多位于江河或山谷地带，地质条件特殊，水文气象、地形地貌复杂，自然环境对工程建设产生直接影响，同时增加了施工建设的复杂性和困难度。

1.2 涉及范围广泛

水利工程建设涉及范围非常广泛，包括生态环境、工程技术、城乡规划、社会经济及政治等多个方面，牵涉的部门行业范围广且多，在很大程度上增加了水利工程建设实施的复杂性。

1.3 施工条件恶劣

水利工程中，水工建筑物在施工建设中，都会受到施工现场复杂的水文地质和气候环境的影响，并且大多数水工建筑物还需要承受水的冲击、渗透、推力和浮力等力的作用。因此，水利工程施工条件非常复杂，恶劣的施工环境也增加了施工难度。

1.4 专业要求高

水利工程中，还涉及到非常多的附属工程，其具有较高的专业性。同时，水利工程建设质量要求高，一旦发生问题则可能造成难以估计的损失。因此，对水利工程施工中各专业均提出了高质量要求，以确保达到水利施工质量标准。

1.5 政府参与多

水利工程是我国公共基础设施建设中的重要组成部分，其具有重要的社会意义和经济意义，是利国利民的重要建设项目。同时，水利工程建设周期长、资金需求量大。因此，水利工程建设多以政府为主导的政府投资行为，政府参与多。

2 BIM技术特点及应用优势

2.1 BIM技术特点

BIM技术在建筑工程中的应用，能够通过整合工程信息，建立立体化工程模型，实现工程建设全生命周期的可视化。同时，运用BIM技术还可以根据工程项目参建各方主体不同以及建设阶段不同，实现建筑信息共享，实时提取、修改、增加、更新项目信息，实现工程建设管理的有效协同。

1)模拟碰撞与优化。水利工程施工中，通过应用BIM技术，可以实现对工程全方位、全过程的模拟，通过建立水工建筑物、建筑构件、平面布置、施工管理等BIM模型，可以在模型中进行直观的模拟碰撞检测，并以此为依据实现项目优化管理，从而及时发现施工可能存在的风险问题，保障施工质量和安全，并且科学控制施工进度与成本。

2)立体可视化。通过对水利工程项目建设信息进行全面系统的整合，结合施工要求及特点，可以建立工程立体可视化的BIM模型。同时，通过统一信息化平台，参建各方可以利用平台登录系统，直观获取工程项目整体或部分建筑物、构件的模型，并通过各专业碰撞检测，及时沟通交流，改进优化模型，有效提升信息传递效率，降低二维向三位转化过程中信息传递误差造成的返工等情况。

3)全生命周期贯穿。工程建设中，在统一的建模软件和应用标准之下，同一个BIM模型应用可以贯穿工程建设的全生命周期，包括从规划设计阶段到最终的运维阶段。参建各方只需要根据自身建设目标要求及实际情况对模型进行合理修改，就可以实现对项目全过程的模拟设计规划。

2.2 应用优势分析

相较于房建工程，水利工程中应用BIM技术的起步时间较晚，应用范围较为狭窄。同时，由于水利工程施工复杂性、困难度较高，BIM技术在实际推广应用中面临的困难也较多，推广速度缓慢。但目前，在已有的实践与研究中，已经证明了BIM技术在水利工程施工中具有良好的应用效果，部分大型水利工程项目及重点工程领域中对BIM技术的应用取得了良好成效。如，某大型水利工程施工中应用BIM技术简化了设计流程，提高了设计效率，并在正式施工前为参建各方提供了可视化工程建设各环节的展示，为后期工程建设提供了重要参考。BIM技术可以实现对水利工程建设全过程的有效控制，具有显著的应用优势，促进工程建设实现保障施工质量与安全，控制施工进度与成本等目标。

1)施工协调优化。运用BIM技术建立水利工程三维模型，从而为施工单位与监理方、设计方、业主方、材料设备供应方以及相关单位等多部门沟通协调提供统一平台，同时通过立体可视化模型，还可以有效提高各方沟通效率，实现施工各方的有效协同。

2)施工管理优化。在BIM技术应用中，可以实现对工程项目的全方位管理，通过在BIM模型中进行动态化模拟，及时发现项目施工中存在的问题，并与相关单位进行协调优化，为具体施工提供可靠依据。同时，运用BIM模型进行复杂施工部分的技术交底、安全交底，可以为一线施工人员提供更加可靠与直观的指导，提高施工管理效率，提升施工质量，转变施工现场管理的粗放性和盲目性导致的问题，为工程建设顺利开展提供有效保障。

3)施工工序优化。在施工前，通过在BIM模型中进行施工模拟，尤其对于施工复杂部分进行施工方案模拟和直观展示，结合施工进度要求进一步优化施工工序，确定最优化的施工方案，既可以有效提升施工效率，同时还能够有效避免返工，降低施工成本浪费问题。

4)施工进度及成本控制。在建立完成水利工程三维BIM模型的基础上，可以增加时间维度，建立工程4D模型；同时增加工程量、工程造价等信息，还可以建立工程5D模型，从而直观全面的呈现工程各阶段施工实际情况，合理确定工程节点，综合考虑施工质量、安全、进度、成本等各个方面，优化调整得到最佳施工方案，将施工进度及成本控制在合理范围。

3 水利工程施工中BIM技术的具体应用场景

3.1 施工现场总体布置

在水利工程施工中，运用BIM技术可以实现对施工组织设计总平面优化布置，通过水工、建筑、机电等各方面可视化建模，根据施工现场实际完成布置模型。在施工现场，根据BIM模型，可以快速全面的了解工程建设整体概况及局部具体设置，同时通过技术转化处理，输出高清图片，并实现现场漫游，输出图像、视频文件。

3.2 施工仿真模拟

通过BIM模型，同时结合运用各类软件，可以对工程施工重难点、施工工艺技术以及工程运行进行仿真模拟。通过施工仿真模拟，施工技术人员可以进行施工方案的优化，同时进行可视化技术交底和安全交底，确保施工人员思想同步，提高施工管理水平，实现施工目标。同时，通过对工程运行情况进行仿真模拟，还可以根据水文、气象等自然条件合理优化施工技术，提高水利工程施工质量。

3.3 施工进度管理

根据工程合同确定的施工进度，结合BIM模式进行施工进度规划，将其与BIM进度管理系统相结合，在施工中，根据不同施工阶段将相关资源投入量进行自动计算分析，从而使相关人员加强图纸理解，直观掌握工程量和计划控制方案实施情况，实现对施工进度的数字化分析，并以此为依据进行施工进度管理，加强施工进度控制。

3.4 施工质量与安全管理

利用BIM模型，可以实现对工程施工现场各类生产要素的全面控制。在施工质量控制中，能够明确定位质量目标，并根据其实现整改到位，同时也可以将相关资料进行全面整理归档，作为质量管理的重要依据。同时，利用BIM模式还可以对危险源进行准确全面的识别，并对其实施动态化管理，加强施工现场的安全策划，完善物理防护手段，避免出现防护漏洞引发安全事故，提高施工现场安全管理水平。

3.5 设备与材料管理

BIM模型中包括工程建设各方面信息，根据不同的施工部位，可以直接获取相应的材料及设备详细列表。在施工前，可以根据材料及设备信息制定详细的成本估算，从而为施工材料及设备的采购提供依据。同时，工程管理人员可以按照施工计划，对材料及设备信息进行整理，制定合理的材料设备采购及进场计划，保证材料供应及时，同时避免材料堆积造成的浪费问题。

3.6 工程计量及成本控制

BIM技术在工程计量方面具有突出优势，利用BIM模型对工程各部进行拆分合并，将满足工程计量支付的内容与相关信息进行关联和附加，同时通过BIM软件自动生成报表功能得到自动统计完成的工程量和支付金额。并且还可以为计量支付审核提供可靠依据，提高审核效率，达到控制工程成本的目的。

4 BIM技术在水利工程施工中的实际应用分析

4.1 工程概况

某工程为大(2)型水利工程，承担当地防洪、发电、灌溉等重要功能。工程建设内容主要是在原有拦河闸基础上进行重建，属于重建工程，由土坝、拦河闸、跨船闸工作桥等多个单体工程构成，主要建筑物级别为2级。本工程施工建设全过程运用BIM技术，取得了良好效果。

4.2 BIM技术在工程中的具体应用

4.2.1 施工区域布置

本工程中，利用Revit软件的族、概念题量、内建模型等功能，结合BIM建模标准，完成工程BIM模型参数化建模(如图1)。同时，利用Navisworks软件对模型进行漫游，通过碰撞监测、施工仿真模拟等，提前发现场地及施工机械设备等主要内容布置存在的冲突问题，合理规划施工物料堆放位置，优化施工物料运输路线，节约用地，实现了施工现场的优化布置，提高现场安全性和施工效率。

图1 工程BIM模型效果图

4.2.2 施工导流分析

在本工程施工前，应用BIM技术进行了导流设计。利用Civil 3D软件对汇水、流域、高程、坡度等进行了分析，计算得出相应的容量曲线，同时搭配运用SSA对水文进行了初步分析，包括降雨及洪水过程进行了分析。在此基础上，进行施工导流设计，合理确定了导流建筑物。同时，在施工过程中，通过数据导入，可以随时对导流能力进行分析，对导流变更情况进行实时预警提示。

4.2.3 建立标准化三维协同环境

根据工程项目相关规范要求，建立统一坐标体系与标准库。根据不同专业进行项目分配，并且各专业共同进行项目三维协同设计，完成后进行模型总装与检查，最终确定好综合模型，并以此为基础抽取二维图纸，计算工程量。

4.2.4 施工仿真模拟

施工仿真模拟是验证施工方案，根据现场条件以工程实际要求进行施工方案最优化设计的过程。在本工程中，施工仿真模拟主要借助Navisworks软件进行。将BIM模型从Revit中导出文件，并形成.nwc格式，然后将对应模型图和施工进度数据关联起来，再利用Navisworks软件中TimeLiner工具完成施工模拟，从而为施工管理人员实现管理目标，施工人员提高施工方案的理解等提供有效依据。同时，该工具还可以通过对单元开始施工、施工过程到完成施工各阶段外观进行直观展示，从而使施工人员更加直观形象的了解不同施工阶段可以达到的效果，以及施工进度计划和实际进度可能产生的差异，为优化施工进度安排提供依据。

4.2.5 工程量统计

本工程中，通过建立准确的地形模型、房屋建筑模型、机电模型、金属结构模型等，将枢纽建筑物、金属结构以及机电安装等工程量完成自动化统计，并自动生成报表，直接为工程结算提供可靠参考。如利用BentleyGEOPAK软件进行水工建筑物设计，并获取各部分建筑工程量，实现自动化三维配料并自动生成材料详细报表，包括规格、型号、数量等详细信息，同时实现自动汇总。

4.3 工程应用效果

本工程中，通过应用BIM技术进行水利工程三维模型建模，进一步优化施工区域整体布置，优化施工现场材料设备运输路线，避免了二次搬运增加成本，显著提升的施工效率。同时利用BIM技术进行施工导流分析，为优化施工方案提供重要依据。建立三维协同环境，并运用BIM模型进行施工仿真模拟，将施工进度、施工质量与安全各方面要求与模型关联，加强参建各方协同实现施工方案的优化改进。将BIM模型关联工程清单编制及造价等相关信息，结合软件工具完成工程量的计算，实现工程量统计的自动化，并为工程造价控制提供依据。

5 BIM技术在水利工程中的应用现状与展望

从目前实际来看，我国水利工程项目中对BIM技术的应用尚未建立完善统一的技术标准，各施工单位之间的实际情况不同，在建模标准方面也具有一定的差异，对各阶段建模精细化要求的高低也各有不同。因此，还需要相关单位加强应用探索，建立契合水利工程建设实际的BIM技术标准。同时，水利工程建设相关单位也应当充分认识到，BIM技术的发展为水利行业发展带来的重要机遇，为工程项目项目建设提供了一个全新的平台，未来BIM技术在水利工程项目中的应用必然会朝着深度应用阶段发展，其应用前景广阔，掌握BIM技术是水利工程建设单位未来发展的必然要求。

6 结语

BIM技术在水利工程施工中的应用，为提高工程建设质量，提升工程施工管理与建设水平提供了重要技术支持，为实现水利工程建设深化改革与可持续发展发挥重要促进作用。因此，水利工程施工应当进一步加强对BIM技术的应用探索，合理优化BIM技术在工程施工全过程中的有效运用，进一步促进工程建设提高施工质量，保障施工安全，控制施工进度，降低施工成本，实现工程建设效益目标，同时全面提升水利工程建设的信息化、数字化技术水平。