BIM在水利水电工程施工中的应用初探

李 宗 宗， 刘 李

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

BIM在水利水电工程施工中的应用初探

李 宗 宗， 刘 李

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

结合水利水电工程施工特点，对BIM在该领域进行应用的切入点和优势进行了分析，并从临建设施建设、方案规划、质量管理、进度管理、造价管理、安全管理、数字化集成交付等方面运用BIM进行了探讨，剖析了BIM在水利水电工程施工中推广应用的难点所在，并对BIM在该领域的发展前景进行了展望。

BIM；水利水电工程；施工；应用

1 概 述

随着软件开发完善和应用探索的推进，在原有CAD技术上发展起来的建筑信息模型(Building Information Modeling，以下简称BIM)技术的应用范围越来越广泛，成果越来越多，其利用多维(三维空间、四维时间、五维成本、N维更多应用)模型将工程信息集成，应用范围已不局限于设计单位和设计工作中，在各类工程施工中已崭露头角。但由于水利水电工程施工相对于其它类别工程施工具有其特殊性，从而导致在该领域应用BIM技术也具有其特殊性。笔者主要针对BIM在水利水电工程施工管理中的应用进行了探讨。

2 水利水电工程施工具有的特点

(1)水利水电工程施工主要在河流上进行，受地形、地质、水文、气象等自然条件的影响很大。

(2)每一个水利水电工程都具有独特性，其重复率低，无标准构件和标准图集，施工环境和施工条件复杂多变。

(3)水利水电工程施工的工程量大,技术工种多,施工强度高,环境干扰严重,需要反复比较论证和优选施工方案,才能保证施工质量。

(4)水利水电工程施工过程中,石方爆破、隧洞开挖、水上水下和高空作业多,必须十分重视施工安全。

3 BIM在水利水电工程施工中的应用分析

3.1 BIM在水利水电工程施工中的应用优势

结合水利水电工程施工现状，施工企业的关注点应该是现场实施，其更为关心的是BIM如何与项目结合？如何提高效率、降低成本？因此，施工方更希望BIM带来的作用是：

(1)更深入准确地理解设计意图。借助工程建设中设计单位的BIM应用成果，利用其输出的可视化设计图纸，帮助施工人员更快、更好地解读工程信息，并在此基础上进行深化设计，从而及时发现设计错误、冲突和可优化点，并及时进行设计联络。

(2)降低施工风险。BIM的最大特点是可以进行数字建造，利用先进的计算、仿真、可视化、信息管理等技术，建立虚拟的工程主体及施工结构的数字模型，利用模型进行直观的“预施工”，预知施工难点，并在发现空间和时间上的冲突时及时优化交叉作业的顺序，从而尽可能地避免空间碰撞，更大程度地消除施工中的不确定性和不可预见性，保证施工技术措施的可行、安全、合理。

(3)增加施工管理手段。利用深化设计成果和数字模型预施工内容，可以形成一套完整的施工组织设计，并利用所生成的三维模拟动画对施工人员进行直观生动的技术交底，施工流程、施工重难点、危险源、安全隐患等现场情况一目了然。

(4)预判安全管理重点，可以更全面地制定安全措施和安全预案。水利水电工程通常结构复杂，孔洞、高临边等危险源较多且复杂多变，利用BIM数字模型可以更方便准确地把握管理重点，并且可以按照施工进展及时调整，进而及时更新安全防护设施和安全方案。

(5)实现实体与数字模型双产品交付，为工程运营维护乃至改造报废提供支持。随着施工进程逐步完善的BIM数字模型可以对工程各个部位使用的材料及生产过程和施工过程管理的全部信息进行集成，最终形成的数字产品在工程运营存续的整个过程中具有重要作用，将其交付给运营单位可以实现数字流与物质流的高程度集成与高水平组织，从而推动工程建造走向真正的精益化。

3.2 BIM在水利水电工程施工中的应用思路

通过上述分析，笔者认为：将BIM应用于水利水电工程施工可以将以下几方面作为切入点进行推广。

3.2.1 施工模型的建立及临建规划

鉴于水利水电工程具有的特点，既使有设计单位提供的BIM模型，在工程施工前，施工方案制定人员也需要进行详细的施工现场查勘，调查清楚工程区及周边地形、环境、施工条件等内容，尽可能详细地将其反映在BIM模型中。

经过软件处理生成原始地形后，一定要结合现场实际情况，重点研究解决施工现场的整体规划，保证在满足工程施工需要的前提下现场交通布置、风水电、混凝土生产系统、砂石骨料生产系统、填筑料场、其它辅助企业等在时间和空间上能最大限度地配合，并且与施工导流和蓄水淹没、工程区枯汛期等环境及爆破、碾压等施工手段影响范围相适应，从而为编制一套合理可靠的施工组织规划创造前提。

3.2.2 深化设计与施工方案模拟

深化设计是根据业主或设计提供的图纸或BIM模型结合施工现场实际情况对图纸进行细化、补充和完善，确定施工辅助机械、材料的布置和安装方法，试验工程材料的排布顺序和强度，检验设计结构及尺寸的合理性以及易施工性，以此完成图纸会审及交底，及时发现设计错误和不合理处，以便提出修改意见和优化建议。

制订施工方案时采用BIM技术虚拟施工过程，先试后建可以较大程度地降低返工成本和管理成本，降低风险，增强管理者对施工过程的控制能力。

3.2.3 施工质量管理

在水利水电工程建设中，影响工程质量的因素主要有“人、机、料、法、环”等五个方面，而BIM模型作为一个直观、有效的载体，从整体到局部的质量情况都能够以特定的方式呈现在模型上，据此可以实现全方位的施工管理。

(1)施工人员管理：施工人员是直接参与工程建设的决策者、组织者、指挥者和操作者，是影响工程质量的首要因素。引入BIM项目管理平台，可以通过建立施工组织管理(OBS)和工作任务管理(WBS)信息，将施工过程中的人员管理信息集成到BIM模型中，并通过模型的信息化集成分配任务，从而保证施工秩序和效率。

(2)施工机械管理：施工机具是指在施工中为了满足施工需要而使用的机械、设备、工具等。通过BIM项目管理平台，可以完成机械在各个施工阶段需要进行的进场验收、安装调试、使用维护乃至设备磨损、保养、维修等方面的管理，并可以明确主管领导在施工机具管理中的具体责任，规定各管理层及项目经理部在施工机具管理中的管理职责及方法，从而实现施工机械有效合理的使用。

(3)施工材料管理：施工材料是工程建设实体组成的基本单元，工程项目所用材料的质量直接影响到工程项目的实体质量。基于BIM项目管理平台的施工材料管理可以实现与物联网技术结合的物料跟踪、与工程量统计功能结合的算量统计和与标准化构件加工结合的数字化加工技术等功能，以此实现材料管理的全过程信息记录，并与工程数字模型结合，形成一套完整的、可追溯的信息体系。

(4)施工工法管理：工程项目的施工方法和组织方案的正确与否直接影响到整个项目的建设能否顺利进行，基于BIM的施工工法管理可以将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，模拟施工过程和先后顺序，直观、精确地反映整个项目的施工过程，从而验证既定施工方案的准确性。

(5)施工环境管理：水利水电工程在建设过程中面临很多复杂多变的环境因素，BIM可以在建模之初尽可能真实地将环境因素采集录入进去，通过数字模拟，可以充分利用现场条件，或者提前采取措施改善现场条件，以实现项目施工达到预期的环境目标。

3.2.4 施工进度管理

水利水电工程施工进度管理具有点多面广、结构复杂、逻辑关系繁杂多变、涉及资源多、杂且多变的特点，导致该领域施工进度管理往往采用简化合并、经验估算等方法予以实施。采用BIM进行水利水电工程施工进度管理可以利用3D模型加入一维进度信息形成4D管理，形成可视化工程进度安排，从而实现按指定时间段直观地显示工程进度计划，方便管理人员进行方案比选和优化，同时利于与实现进度进行对比，及时进行进度分析和纠偏处理。

3.2.5 施工成本管理

施工成本管理是BIM比较成熟的应用领域。但在水利水电工程建设中，由于受限于其结构复杂多变，3D空间+进度控制技术在该领域中的应用难度较大，而基于BIM的施工成本管理在水利水电工程施工过程中应用较少。随着BIM技术的成熟，这一技术因其工程量计算简单、成本控制更易于落实、易实现有效管控等特点势必会得到更快的发展。

BIM是一个强大的工程信息数据库，通过3D空间+进度控制技术的信息录入，BIM系统可以自行统计汇总，实现快速精确的成本核算、预算工程量动态查询与统计、限额领料与进度款支付自动管理等功能，从而达到以施工预算控制人力资源和物资消耗、造价信息实时跟踪等目的。

3.2.6 施工安全管理

BIM具有信息完备性和可视化的特点，在施工安全管理方面，将其作为数字化安全培训和交底的数据库，可以达到更好的效果。

利用BIM的可视化和与实际现场相似度很高的特点，在安全培训时，可以让工人更直观和准确地了解到现场的状况：他们将从事哪些工作、哪些地方容易出现危险等，从而制定出相应的安全工作策略。

BIM的可视化空间是随着工程进展动态变化的，通过模拟工人的施工状况，可以形象地看到工作面状况，预先评估工作空间的可用性、安全性。

BIM与仿真分析技术相结合，可以准确地模拟施工过程中结构系统的力学性能和变形状态，从而可以合理地安排施工顺序和施工方法，确保工程施工过程中的结构安全。

3.2.7 信息模型数字化集成交付

水利水电工程结构复杂，既使在工程完成交付使用后也要进行大量的监测和维护工作。传统竣工档案交付的纸质档案浩繁且离散，运维阶段查阅困难且易于以偏盖全。而采用BIM技术形成的竣工档案具有可视化、结构化、智能化、集成化的特点，同时交付实物和数字工程两个产品，可为工程运维乃至改造报废提供支持。

3.3 BIM在水利水电工程施工中应用存在的问题

BIM技术在国际上已相对成熟，但在国内发展却方兴未艾，其主要局限于规划、设计方面，施工方面常见于建筑工程、钢结构、机电安装等领域，水利水电工程施工方面除因自身特点因素限制其发展外，尚存在以下问题影响了BIM的应用：

(1)目前水利水电工程设计单位在BIM应用上也刚刚起步，上游BIM产品少，施工单位模型需要从底层建起，工作量大。

(2)目前主流的BIM软件主要面对建筑、安装等工程类型，对水利水电工程适配度不高，在该领域应用需要多软件协作。

(3)目前BIM的应用在操作层面上已基本成熟，但涉及工程管理的综合功能尚有所欠缺，协同管理需要开发项目管理平台才能全面执行BIM管理模式，这就需要项目管理单位在项目全生命周期推动该技术的应用和相应管理模式的变革，只有这样，才能真正发挥BIM的作用。

4 BIM在水利水电工程施工中的应用前景与展望

目前，BIM以其信息完备性、可视化、协调性、模拟性和优化性等特点而被应用于工程建设各领域及全部生命周期，并产生了巨大的经济效益，BIM代替传统二维技术已经成为主流发展趋势。在水利水电工程施工中引进BIM技术存在需要解决和克服的问题，但是也同样具有其自身的优势和条件，且从工程管理各方面均可突破形成体系，这将对水利水电工程信息化、智能化水平的提升产生巨大的推动作用，BIM技术在水利水电工程施工领域具有良好的应用和发展前景。

[1] 刘占省，等.BIM技术与施工项目管理[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2] 丁烈云，等.BIM应用·施工[M].上海：同济大学出版社,2015.

[3] 刘祥柱，等. 水利水电工程施工[M].郑州： 黄河水利出版社,2009.

(责任编辑：李燕辉)

2017-01-10

TV7;TV51;TV52

B

1001-2184(2017)02-0088-03

李宗宗(1984-)，男，河南洛阳人，工程师，学士，从事建设工程施工技术与管理工作；

刘 李(1984-)，男，陕西商洛人，工程师，从事建设工程技术管理与测量工作.