提水泵站工程中BIM技术应用优化

摘 要：探讨了BIM技术在提水泵站工程中的应用现状、面临的挑战以及相应的优化策略。通过对某在建提水工程的分析，发现了在技术兼容性、团队技能、管理流程以及数据安全等方面存在的问题，并基于这些问题提出了一系列针对性的优化措施。旨在通过系统性的改进提升BIM技术的应用效果，促进提水泵站等复杂工程项目的顺利实施。

关键词：BIM技术；提水泵站；优化策略；跨专业协作

中图分类号：TU375.4" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文献标志码：A

0 引 言

随着建筑行业数字化转型的深入发展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术作为一种革命性的设计与建造方法，已成为提升建筑工程项目管理效率和设计质量的关键技术[1]。BIM技术可以合理地克服传统建模所出现的缺陷，工程师也能够通过对模型的研究，找到在施工设计方案中出现的缺陷，在建模上加以修改，从而不断改善施工设计方案的合理性，并减少对工程后期实施的干扰。在水利工程领域，尤其是在复杂的提水泵站工程设计与实施中，BIM技术的应用展现出巨大的潜力和价值。

提水泵站是水资源管理和利用的关键设施，其设计与建设的复杂性不仅体现在工程技术上，还涉及项目成本控制、工期管理以及后期维护等多个方面。传统的设计与施工方法常常难以有效应对这类挑战，而BIM技术的引入使得项目团队能够在虚拟环境中进行设计决策、预测和解决潜在问题，显著提高了工程项目的质量与效率[2-3]。

1 BIM技术在提水泵站工程中的实施

在现代工程项目管理中，BIM技术已成为重要工具。特别是在提水泵站这类结构复杂、技术要求高的项目中，BIM技术在工程设计、施工等阶段的应用能够显著提高项目的质量和效率。通过创建详细的BIM模型，工程团队不仅在设计阶段实现了对提水泵站各构件精确的三维可视化，还可在施工阶段通过模型模拟各施工过程，优化施工方案，减少现场问题，保证工程的顺利实施[4]。

1.1 工程概况

云南省某在建提水工程位于金沙江左岸，工程区域为金沙江干热河谷地带。最高海拔 2 398 m，最低海拔 898 m。现有耕地 6.67 万亩，灌区规划灌溉面积 9.94 万亩（含新增灌溉面积 3.27 万亩），工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。提水工程采用三级提水方案，取水点为金沙江左岸库区。一级采用浮船泵站从库区（高程945～975 m）取水，通过提水管道输送至二级、三级地面泵站厂房后提至高程 1 915 m 处的高位水池。从高位水池接出东干管连通灌区现有调蓄水库，保证灌区用水。工程总平面布置如图1所示。

工程建设完成后将改善该区域6.67万亩现有耕园地的灌溉用水问题、新增灌溉面积3.27万亩，改善12 128人的人居生活条件，提高城乡生活供水保证率至 95%，提高高效节水灌区农业供水保证率至 90%。基本满足区域经济社会发展需水要求，并有效缓解当地因工程性缺水而受到严重制约的土地开发与保护。

1.2 BIM技术在提水泵站工程设计中的应用

1.2.1 设计方案

该项目提水泵站工程分三级提水，主要建筑物为一级浮船泵站、一级泵站提水管、二级泵站、二级泵站提水管、三级泵站、三级泵站提水管、高位水池，提水管线线路平面总长约5.29 km。

一级浮船泵站位于库区西侧约700 m，整个泵站通过船坞悬浮在水面上，设计扬程H = 130 m，提水流量3.34 m3/s。泵站由揺悬臂、托管船坞、泵房相互连接组成，整个库区作为进水池。船坞泵房由船体、水机和电气设备等组成，船坞长48.7 m，宽17.7 m，型深3.0 m，整个泵房采用钢框架结构。一级泵站提水管平面长约124.37 m，沿山坡双管布置，连接浮船泵站及二级泵站进水池，设计流量3.34 m3/s，断面尺寸为2×DN1 000。

二级泵站位于浮船泵站北侧的山坡上，厂区地坪高程1 070.70 m，设计扬程H = 520 m，提水流量3.34 m3/s。主要由主厂房、副厂房、进水池组成，副厂房布置于主厂房背后，进水池布置于主厂房前侧。主厂房由主机段和安装间组成，总长91.0 m，宽13.3 m，建筑高度11.6 m。副厂房长90.16 m，宽9.8 m，建筑高度17.1 m。主厂房及副厂房下部采用钢筋混凝土剪力墙结构，上部采用钢筋混凝土框架结构，屋顶为混凝土现浇屋面。进水池长91.0 m，宽9.0～13.0 m，高6.5 m，为钢筋混凝土梯形结构。二级泵站提水管平面长约2 885.33 m，沿山坡双管布置，提水至三级泵站进水池，设计流量3.34 m3/s，断面尺寸为2×DN1 000。

三级泵站位于二级泵站提水管末端，厂区地坪高程1 573.2 m，设计扬程H = 360 m，提水流量3.34 m3/s。主厂房及副厂房布置形式与二级泵站相同。三级泵站提水管长度约2 265.31 m，沿山坡双管布置，提水至高位水池，设计流量3.34 m3/s，断面尺寸为2×DN1 000。

高位水池的高程为1 915 m，水池容积2 040 m3，钢筋混凝土矩形水池，平面尺寸为31.8 m×16.2 m（长×宽），池高5.3m。东干管从高位水池引出后沿道路和山坡往东北方向布置，平面长度14 377 m，单管布置，设计流量3.34～0.807 m3/s，断面尺寸为DN1 600、DN1 200、DN800；北干管从东干管分出沿西北布置，平面长度约2 163 m，也采用单管布置，设计流量1.567 m3/s，断面尺寸为DN1 200。东干管及北干管均沿途向各村镇水库补水。

1.2.2 三维模型构建

在该提水工程中，项目团队采用BIM技术从项目初设阶段开始构建详细的三维数字模型，不仅包含建筑物的结构，还细致地模拟了管道布局、机电设施和其他相关设备。通过三维模型，设计师能够直观地理解各个组件之间的空间关系，及时发现并解决可能的冲突从而优化设计方案。该提水工程中泵站建筑及设备三维模型如图2所示。

1.2.3 设计协同

BIM技术支持多专业团队在同一模型上协作，实现了设计信息的即时共享和更新。在提水泵站项目中，建筑、结构、机电等不同专业的设计师能够共同参到设计过程，通过实时协作，有效地提高了设计的准确性和效率。此外，BIM还促进了设计团队与施工团队之间的沟通，确保设计意图和施工要求的一致性。

1.2.4 碰撞检测与解决

利用BIM技术的碰撞检测功能，在设计阶段成功识别出该提水工程多个潜在的碰撞点，并及时解决了这些问题，防止施工中出现重大变更或返工。这些碰撞点可能是管道与结构的空间重叠、设备安装位置的互相干扰等，比如电缆坑与建筑门洞位置重叠，提水管穿墙开孔与柱重叠以及电缆沟与消防水泵位置重叠等。相较于传统的碰撞检查方法，三维模式下引入BIM技术开展的碰撞检查全面提升了工作效率，并增加了检查的精准度。BIM技术对复杂结构的建筑物碰撞检查有着显著的效果[5]。

1.2.5 设计可视化与沟通

BIM模型提供了强大的可视化功能，可通过开源的可视化插件完善场景地形，补充植被、添加材质以及编写交互蓝图，实现场景的实时显示、用户交互使用和场景漫游等功能[6-7]，使得非技术背景的项目参与者（如业主方、泵站管理人员）也能直观地理解设计方案。在该工程中通过BIM技术生成高质量视图和动画，设计团队能够更加有效地与各项目相关方沟通，促进了决策过程的高效进行。带场景地形的提水泵站模型如图3所示，包含室外提水管的整体模型如图4所示。

1.3 BIM技术在提水泵站工程施工管理中的应用

在提水泵站工程的施工阶段如何保证工程建设顺利实施，做好施工技术以及施工管理的把控最为关键[8]。随着BIM技术的发展和应用，其在施工管理中的作用日益凸显，通过为项目管理者提供精确的施工信息和可视化工具，可有效地提升施工管理的效率和质量。

1.3.1 施工计划的制定与优化

在该提水工程中，项目管理团队利用BIM技术制定详细的施工计划。通过BIM模型，项目管理者能够较为准确地预测施工过程中所需的材料、设备和人力资源，以及这些资源的具体配置时间和地点，从而使施工计划更加合理和高效。此外BIM技术还支持施工方案的多版本比较和优化，帮助管理者选择出最佳的施工方案。

1.3.2 施工过程的动态监控

利用BIM技术，该工程的施工过程实现实时监控。通过与现场监控系统的集成，BIM模型能够反映施工现场的实时状态，包括工程进度、材料使用情况等，为项目管理者提供决策支持。此外BIM技术还能帮助项目管理者及时发现施工偏差，采取措施进行调整，保证工程质量和进度。

提水泵站施工过程三维模拟如图5所示。

1.3.3 资源配置与物流管理

在施工管理过程中，合理的资源配置和有效的物流管理是保证工程顺利进行的关键。通过BIM技术，项目团队在该提水工程中实现资源配置的优化和物流过程的精细管理。BIM模型提供了一个平台，使得项目管理者能够较为清晰地了解每一阶段所需材料的数量、类型和到达时间，以及设备的使用和调度计划，从而有效地降低资源浪费，提高物资利用率。

1.3.4 风险管理与应对

BIM技术在施工阶段的另一个重要应用是风险管理。通过对BIM模型的分析，项目团队能够在施工前识别出潜在的风险点，如施工安全风险、技术风险等，并制定相应的预防和应对措施[9-11]。通过BIM技术的应用，项目管理者能够提前进行风险评估和规避，确保施工安全，减少意外事件的发生。

2 BIM技术的优化策略

2.1 优化目标

尽管BIM技术在提高项目管理效率、优化设计与施工流程方面展现出显著优势，但在实际应用中仍然面临着一系列挑战和问题。通过对该提水工程等项目的分析，可以识别出以下几个主要问题：

（1）软件兼容性问题。BIM技术依赖于专业软件进行设计和数据管理，然而市场上存在多种BIM软件，它们之间的兼容性问题可能导致数据传输不畅，影响信息的准确交换与共享。

（2）知识与技能短缺。虽然BIM技术已被越来越多的建筑项目采用，但相关的教育和培训仍然不足，导致项目团队中BIM技术的知识和技能短缺，限制了BIM技术的充分利用，影响了项目的整体效率。

（3）管理与操作流程未标准化。BIM技术的成功应用需要标准化的管理与操作流程。然而不同的项目团队可能采用不同的BIM应用策略和流程，这种缺乏统一标准的状况增加了项目管理的复杂度，降低了工作效率。

（4）成本与投资回报的不确定性。对于许多建筑项目而言，BIM技术需要较大的初期投资，项目参与方对于BIM技术投资的长期效益持有保留态度。这种成本与投资回报的不确定性成为了采用BIM技术的障碍。

（5）数据安全与隐私问题。随着BIM技术在项目中的广泛应用，如何保护设计数据和项目信息的安全，防止数据泄露成为了新的挑战。

2.2 优化方法

针对上述问题，未来的BIM技术应用和优化策略需要从技术层面、管理层面以及操作层面进行全面考虑和部署，使BIM技术在提水泵站等复杂工程项目中的效益最大化。

2.2.1 技术层面优化

在技术层面，需要进一步加强BIM软件之间的兼容性，特别是通过推广如IFC等开放标准来促进不同软件间的数据兼容和交换。此外利用云计算技术建立基于云的BIM协作平台，能够实现项目数据的中心化存储、管理及实时共享，显著提高项目协作效率。同时集成人工智能技术如机器学习和深度学习，可以自动优化设计方案并提高设计质量和效率；应用大数据技术分析项目历史数据以预测项目风险，从而指导资源配置和管理决策。

2.2.2 管理层面优化

在管理层面，优化BIM技术的应用策略涵盖了加强项目团队的BIM培训和教育，以及建立和完善BIM应用的标准化流程。定期为团队成员提供BIM技术和软件的系统培训，不仅能提升团队的BIM应用能力，还能促进团队成员间的知识共享和经验交流，为项目的顺利实施奠定坚实的技能基础。此外还可以根据项目的具体特点和团队需求，制定一套全面的BIM技术应用操作手册和标准，确保项目各阶段BIM技术应用的高度一致性和标准化，同时通过BIM技术整合项目管理流程，明确各阶段责任人和任务，有效提高项目管理的透明度和效率。

2.2.3 操作层面优化

在操作层面，可通过建立跨专业的BIM技术协作机制和统一的项目信息管理系统，优化协作流程，确保设计、施工等各方面的紧密配合及信息的及时更新和共享。同时实施一系列数据安全保障措施，如数据加密和访问控制以及定期的安全审计，以保护项目数据不被未授权访问或泄露，确保数据的安全性和隐私保护。

3 结束语

本文深入探讨了BIM技术在提水泵站工程设计、施工与管理中的应用现状、面临的挑战以及相应的优化策略。未来随着人工智能、大数据、云计算等先进技术与BIM技术的深度融合，BIM技术的应用潜力将进一步被激发。这些技术的集成不仅能够为设计与施工提供更高效、更智能的解决方案，还能够在项目管理、成本控制和风险预测等方面带来革命性的改进。因此建筑行业的各相关方，包括政府机构、设计与施工企业、软件开发商等，都应积极参与BIM技术的优化与创新，共同推动建筑行业的数字化转型，以实现更高效、更环保、更可持续的建筑解决方案。通过不断优化和创新，BIM技术有望成为推动建筑行业进步的重要驱动力，为未来的建筑项目带来更广阔的发展前景。

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Optimization of BIM Technology Application in Water Pumping Station Engineering

LIU Yuanjiu1，YANG En2

（1.Changjiang Water Resources and Hydropower Development Croup Co.，Ltd.，Wuhan 430015，China；2.Changjiang Technology and Economy Society，Wuhan 430010，China）

Abstract：This paper discusses the current application status，challenges，and corresponding optimization strategies of BIM technology in water pumping station engineering. Through the analysis of a water pumping project under construction，problems were identified in aspects such as technical compatibility，team skills，management processes，and data security. Based on these issues，we proposed a series of targeted optimization measures. The aim of this study is to enhance the application effectiveness of BIM technology through systematic improvements and facilitating the smooth implementation of complex engineering projects such as pumping stations.

Key words：BIM technology；water pumping station；optimization strategy；cross disciplinary collaboration