BIM技术在水利工程建设领域中的应用

作者简介：桂华桥（1973-），男，工程师。研究方向为水利工程管理、水旱灾害防御。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.042

摘" 要：随着信息技术的不断发展和水利工程建设发展的日益复杂化，建筑信息模型技术在水利工程管理领域中的应用越来越受到关注。该文探讨BIM技术在水利工程建设领域中的应用，分析BIM技术应用优势和挑战，并提出一些建议以促进BIM技术在水利工程管理领域的进一步发展。

关键词：BIM技术；水利工程建设；信息管理；协同设计；数据分析

中图分类号：TP393.0" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）21-0177-04

Abstract： With the continuous development of information technology and the increasing complexity of water conservancy engineering construction， the application of Building Information Modeling （BIM） technology in the field of water conservancy engineering management is receiving more and more attention. This paper explores the application of BIM technology in the field of water conservancy engineering construction， analyzes the advantages and challenges of BIM technology application， and puts forward some suggestions to promote the further development of BIM technology in the field of water conservancy engineering management.

Keywords： BIM technology; water conservancy engineering construction; information management; collaborative design; data analysis

随着国家水资源战略进程的加快和水资源管理的重要性日益凸显，水利工程建设管理在保障人民生活和经济发展中起着至关重要的作用。然而，传统的工程设计和施工方式存在着信息孤岛、协作不畅和效率低下等问题。建筑信息建型（Building Information Modeling，BIM）技术的引入为水利工程建设管理带来了全新的机遇与挑战。

1" BIM技术概述

1.1" BIM技术的概念定义与特点

BIM技术是一种基于数字化建模技术的集成化工程设计和管理方法。它通过创建、维护和共享包含建筑物或工程项目各个方面信息的三维模型，实现了多学科之间的协同工作和信息交流。BIM技术的特点主要如下。①系统综合性：通过技术信息处理手段将建筑物或工程项目的几何形状、结构、材料、设备、系统、时间和成本等诸多零散信息统一整合到一个模型库中。能够完美实现各个专业领域的工程师、设计师在同一信息平台内进行协同设计与冲突检测，高效提升设计质量。②多元可视化建模：BIM模型利用三维形式呈现，较为直观地展示建筑物或工程项目的外观、内部结构和功能布局。通过多元可视化，让项目参与者更好地进行设计意图沟通理解，减少误解和错误。③实现数据驱动性：BIM技术基于数据模型，利用大数据将工程材料特性、构件尺寸、设备参数和施工工序等各种属性、参数及模型元素相关联。利用BIM技术实现对模型的数据分析、模拟和优化，提供科学的决策依据和风险评估。④周期可持续性：通过BIM技术可以实现整个建筑或工程项目的设计、施工、运维和拆除阶段全生命周期管理，利用大数据进行能源分析、碳足迹评估和可持续性设计，促进绿色建筑和实现可持续发展战略。⑤实现协同工作：通过BIM技术搭建一个统一的协同工作平台，让参与各方实现实时共享和协同编辑模型。促进了工作团队之间的沟通与协调，减少了信息传递延误，有效提升项目的整体工作效能质量。总之，通过BIM技术的上述先进优、特点，运用建筑和工程项目设计、施工与管理全新的方法和工具，实现了建筑行业由传统管理向数字化转型。

1.2" BIM技术在建筑等其他领域中的应用案例

BIM技术在许多不同领域都得到了广泛的应用。①BIM技术在建筑设计和施工领域中应用最为广泛。建筑师和设计师利用此项技术创建精确的建筑模型，实现可视化设计和空间规划。同时，BIM技术能够用于施工过程中的进度管理、材料管理和冲突检测，提高施工效率和质量。②BIM技术可用于城市规划和国土利用的可视化与分析。通过规划建模技术，多元模拟对比规划方案，实现对城市基础设施容量和可持续性的利用评估。③BIM技术在道路、桥梁、隧道和铁路等基础设施工程中的应用更为成熟。通过此项技术进行设计优化、冲突检测和施工模拟，提高工程的效率和安全性。④BIM技术在水资源管理、水库设计、水处理厂设计和排水系统设计等水利工程领域中的应用项目也日益增多。利用此项技术可以进行水流模拟、水力计算和风险评估，提高水利工程项目实施的效率及安全可靠性。⑤BIM技术可用于建筑和设施的能源管理。通过能源系统与BIM模型集成，可以实时动态监测能源消耗、优化能源使用和预测能源需求，实现能源效率和节能减排。⑥BIM技术可以帮助设备维护和管理人员进行设备的维护计划和预测性维护。通过设备信息与BIM模型关联，可以进行设备状态实时监测、实现故障诊断和计划维护工作，提高设备运行安全可靠性和工作效率。上述案例仅是BIM技术在其他领域中应用的一部分，随着科技的不断发展，此项技术在各领域中的应用还将不断深入与扩展。

1.3" BIM技术在水利工程建设数据与信息管理领域的应用范围场景

BIM技术在水利工程建设数据与信息管理领域的应用范围如下。①地理空间信息管理：主要涉及到地理空间数据，如地形、地貌、水系和土地利用等。信息管理系统需要能够有效地存储、查询和分析这些地理空间数据，为工程规划、设计和决策提供技术支撑。②水文水资源信息管理：水利工程需要管理大量的水文水资源数据，如降雨量、径流量、水位和水质等。信息管理系统需要收集、存储、处理和分析这些数据，为水资源评估、水文模拟和水资源管理提供技术支持。③工程设计和施工信息管理：水利工程项目需要管理工程设计和施工相关的信息，如工程图纸、技术规范和施工计划、进度表等。信息管理系统能够整合和管理这些信息，以支持工程设计和施工过程的协调和监控。④设备和设施信息管理：水利工程涉及到如水泵、阀门、管道、水库和水闸等大量的设备和工程设施。信息管理系统能够管理这些设备和设施的基本信息、运行状态、维护记录等，用以支持设备管理和维护决策。⑤施工进度和成本信息管理：水利工程项目需要管理施工进度和成本相关的信息。信息管理系统需要能够跟踪和记录施工进度、成本支出、材料使用等信息，以支持项目管理和决策。⑥环境和生态信息管理：水利工程建设对环境和生态影响较大，因此需要管理环境和生态相关的信息。信息管理系统能够收集、存储和分析环境和生态数据，用以支持环境评估、生态保护和可持续发展。通过BIM技术手段实现相关数据收集、存储、处理、分析和共享的功能，用以支持水利工程建设的全过程管理和决策。

2" BIM技术在水利工程建设领域中的应用优势

2.1" BIM技术在水利工程设计中的应用优势和效益

①BIM技术能够实现精确的三维建模，让水库、水闸、管道和泵站等水利工程实现三维建模和可视化。通过直观可视化效果，帮助工程师及管理人员更好地理解与评估设计方案。②BIM模型可以用于设计方案及施工图设计冲突检测与协调，减少或避免设计阶段的冲突错误发生。通过BIM模型整合各个子系统的设计信息，实现工程结构、电气、管道等专业自动进行冲突检测，及时发现与解决潜在的问题。③BIM技术可以用于水流模拟、水力计算和水质分析等工作。集成水文水资源数据与BIM模型，模拟不同水位、流量和水质条件下的水力特性，评估相应工程的性能和可行性。④BIM技术可以用于水利工程的可持续性评估。通过在BIM模型中集成环境和生态数据，可以分析工程对环境的影响，评估水资源的可持续利用，提供环境友好的设计方案。⑤BIM技术能够促进水利工程设计团队的协同工作与合作。通过BIM平台实现共享与协同编辑模型，让参与人员可以实时查看和更新设计信息，提高沟通与协作效率。⑥BIM技术可以进行水利工程设计数据的管理和文档控制。通过建立统一的BIM模型和数据库平台，进行集中存储和管理设计数据，确保数据的统一性与准确性，更方便数据的检索和共享。这些应用使得BIM技术在水利工程设计中成为一种强大的工具，可以提高设计质量、减少错误和冲突，加快设计过程，并支持可持续发展和合作。

2.2" BIM技术在水利工程施工管理中的应用

BIM技术在水利工程施工管理中的应用能够显著提高施工效率、质量和安全性。①利用BIM技术进行施工模拟和可视化帮助施工参与人员更好地理解和规划施工过程。通过模拟工序和工艺流程，预测与解决潜在的冲突与问题，优化工序，提高施工效率。②利用BIM模型集成施工相关的信息，系统录入施工设备、材料和人员信息进行自动碰撞检测，及时解决施工过程中的冲突，减少或避免施工延误与质量问题。通过BIM模型模拟定义施工任务、资源和时间表，自动生成可视化施工计划，帮助施工参与人员更好地理解与执行落实施工计划，不断提高施工协调性与准确性。通过在BIM模型中关联材料和设备的信息，设定好规格、数量和位置，可以实时监控掌握材料和设备使用及进度，提高库存管理与物资调配效率。通过在BIM模型集成设计和规范要求，能够提升施工质量检查与评估，确保施工质量符合设计要求，提升质量管理标准等级。③通过BIM模型设置好标识危险区域、安全设施及安全规程，工程施工可以预先识别潜在的安全风险，根据安全风险预警提示制定安全措施和应急预案，高效提升施工的安全性和风险管理能力。随着BIM技术的深入应用发展，这些具体技术应用集中体现了此项技术的广阔应用前景。

2.3" BIM技术在水利工程运维管理中的应用

①BIM技术在水利工程运维中的一些常见应用，如BIM技术可以用于水利工程设施信息的集中管理。通过BIM建模技术关联设施属性和数据，可以实现对工程设备规格、维护记录、维修历史、设施信息及供应商信息等的统一管理与更新。方便工程设施管理人员进行查询与分析。②BIM技术可以用于支持维护计划和工单的管理。通过BIM模型模块功能设置，定义维护任务、周期和频率，设置生成维护计划，并把计划转化为工单进行分配和执行。工程维护人员可以通过BIM模型直观获取详细的维护信息和工作指导，提高维护效率和准确性。③BIM技术用于故障诊断和预测维护。通过在BIM模型中集成传感器数据和实时监测信息，可以实时监测设施的状态和性能。基于这些数据，实现故障诊断和预测维护，提前发现潜在问题并采取相应的维护措施，减少设施故障和停机时间。通过对BIM模型的标识和追踪设施的位置、状态和维护历史管理，可以实现对资产的全生命周期管理。包括对设备的更新与替换、维护成本的评估和预测，以及资产价值的管理。通过对BIM模型中管理设施的空间利用率、能源消耗及水资源利用等数据管理，可以实现优化设施的布局与资源配置，不断提高设施的效率和可持续性。④再次通过BIM平台实现共享与管理设施的相关文档信息，工程设施管理人员能够轻松访问与共享系统资料，促进管理方之间的协同工作与信息交流。这些应用让BIM技术在水利工程运维中成为一种强大的工具，不断提高工程设施管理的效率、准确性和可持续性，降低运维成本，从而延长设施的使用寿命。统一数字模型，数据关联和交互，平台和工具支持，跨部门和跨组织合作，信息集成和共享都是BIM技术的重要特性，可以促进水利工程项目各个阶段的协同工作和信息流动，提高项目的整体效率和质量。通过统一的数字模型和跨部门、跨组织的合作，可以实现更好的信息管理和决策支持，从而为水利工程的设计、施工和运维带来更多的优势。

2.4" 数据管理与分析

数据管理和分析是BIM技术在水利工程中的重要应用。①数据收集和整合是将设计图纸、地理信息系统（GIS）数据、传感器数据和监测数据等整合到一个统一的数据平台中，形成全面的工程信息库，为后续的分析和决策提供基础。②数据可视化和分析将收集到的数据用可视化的方式展示，帮助工程参建人员更好地理解和分析数据。通过数据直观、可视化反映，对比数据之间的关联性及趋势，提供对工程项目的深入预测。同时，通过各种数据分析工具和算法，对数据进行统计分析、模拟仿真、预测预警等。③BIM技术基于数据的管理和分析，为水利工程项目的决策过程提供支持。通过数据分析，评估不同设计方案的性能、效益及可行性，帮助工程项目管理层做出更科学合理的决策。此外，利用BIM技术数据分析功能可以实现项目的风险评估、资源优化、进度管理决策支持。④BIM技术利用历史数据和模型进行预测和优化潜在的趋势和规律，预测未来的工程情况。同时，通过模拟和优化算法，对设计方案、施工过程和运维策略优化，进一步提高工程项目的效率及可持续性。⑤BIM技术通过与传感器及监测系统集成，实时收集和分析监测数据，能够及时发现潜在的问题及异常情况，并采取相应的措施。此项实时监测与反馈功能能够提高工程的安全性及可靠性，减少潜在的风险和损失。通过数据的有效利用，可以优化设计方案、提高工程效率、降低风险，并实现可持续的水利工程项目，能够高效精准支持施工和运维阶段的决策和管理。

3" BIM技术在水利工程建设领域中的挑战

3.1" 技术标准和规范借鉴引用依据

在BIM技术的应用中，技术标准和规范起着重要的作用。它们为BIM的实施提供了统一的指导和规范，确保不同项目和团队之间的互操作性和一致性。BIM技术相关的技术标准和规范。①国际建筑信息模型（BIM）标准：ISO 19650是国际建筑信息模型（BIM）标准的一部分，它提供了关于BIM的基本原则、术语和流程的指导。该标准强调了信息管理和共享的重要性，以及BIM在建筑和工程项目中的应用。②国家和地区的BIM标准：许多国家和地区都制定了自己的BIM标准和指南，以适应本地的建筑和工程行业需求。例如，美国的国家BIM标准（NBIMS-US）和英国的BIM Level 2标准都是在各自国家推广和实施BIM的指导文件。③行业组织的标准和指南：许多建筑和工程行业的组织也制定了自己的BIM标准和指南。例如，美国建筑师协会（AIA）和美国土木工程师协会（ASCE）都发布了与BIM相关的指南和标准，以推动BIM在建筑和土木工程领域的应用。④数据交换标准：为了实现不同软件和平台之间的数据互操作性，一些数据交换标准和格式被广泛采用。例如，Industry Foundation Classes（IFC）是一种通用的BIM数据交换标准，用于在不同BIM软件之间交换和共享模型数据。⑤安全和隐私规范：由于BIM涉及敏感的项目信息和数据，保护安全和隐私成为重要问题。许多国家和地区制定了相关的安全和隐私规范，以确保BIM项目的数据安全和隐私保护。这些技术标准和规范在BIM技术的应用中起着指导和规范的作用。它们帮助确保BIM项目的一致性、互操作性和数据安全，并促进不同项目和团队之间的协同工作。在实施BIM项目时，遵循适用的技术标准和规范是非常重要的，以确保项目的成功和效益。

3.2" BIM技术在水利工程建设领域中的挑战及对策

①加强数据质量和一致性结论验证，通过将相关实践数据进行逐层次分层级对比，查找偏差进行修正，从而保证BIM技术数据应用最终的准确性及公信力。②强化注重人员培训和意识转变，调动广大从业人员的工作态度积极性，通过建立工作激励机制才能创造出更加成熟的应用成果。③建立有效的项目管理和合作机制，便于应用成果更加符合水利工程建设应用特性。

3.3" 推广与应用建议

加强水利行业技术标准和规范的制定。制定行业标准，规范数据要求，定义工作流程和过程，强化模型可视化和冲突检测，指导数据管理和分析，更新和维护标准，建立一个机制，定期审查和更新标准，确保其与最新的BIM技术和水利工程实践保持一致。加强技术标准和规范的制定有助于提高BIM技术在水利工程中的一致性和可持续性。标准和规范的制定需要行业组织、专家和相关利益相关者的参与和合作。同时，宣传和培训也是推广和执行技术标准和规范的关键，以确保其在实际项目中的有效应用。

4" 结束语

BIM技术在水利工程建设领域中的应用具有广阔的前景和重要的意义。充分发挥BIM技术的优势，解决其面临的挑战，并采取有效的推广和应用策略，可以提高水利工程建设的效率和质量，促进水利工程行业的可持续发展。

参考文献：

[1] 郑杰珂.BIM5D技术在装配式建筑工程中的应用——评《装配式建筑BIM工程管理》[J].中国油脂，2023，48（8）：156.

[2] 钱正清.农村人居环境整治行动之生活污水治理探讨[C]//中国智慧城市经济专家委员会.2023年智慧城市建设论坛深圳分论坛论文集，2023.

[3] 陈乘.BIM技术在装配式建筑工程管理中的碰撞检测与冲突解决[J].工程与建设，2023，37（5）：1582-1584.

[4] 韩卫宏.“互联网+”背景下现代化电子信息技术的发展及应用[J].中国设备工程，2023（17）：244-246.

[5] 孙学金.电力系统智能化运维技术的应用[J].集成电路应用，2023，40（7）：398-399.

[6] 徐志立.基于图像增强技术的水利工程隐患识别[J].计算机仿真，2012，29（2）：263-265，327.