BIM协同设计助力项目管理

李宗道

金沙江观音岩水电站是中国已建最高混合坝水电站，是HydroBIM三维设计平台的典型应用代表，也是国内第一个采用全专业三维图纸施工和三维交互技术的水电站。这个项目由中国大唐集团公司投资建设、中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司（下称“昆明院”）负责勘测设计。昆明院提供先进的施工交互技术，颠覆了传统的施工模式。观音岩水电站HydroBIM平台采用全流程三维设计式服务，各专业所建立的三维模型与CAE分析软件相结合，直接进行CAD/CAE集成式应用，通过涵盖全专业的三维设计平台开展协同设计及三维出图，同时借助云数据服务技术完成设计数据的管理与发布，最终通过数字化成果移交与虚拟仿真施工交互进行施工指导。

打破传统模式的HydroBIM设计平台

水电工程是我国国民经济中的基础性设施，具有规模大、投资大、开发周期长、布置复杂、参与方众多及对社会、生态环境影响大等特点，是由主体维、空间维和时间维构成的复杂的系统工程，需要全面控制安全、质量、进度、投资和生态环境。

传统的工程建设管理模式存在着参建方协同性差、信息丢失、不连续、模型重用率低、整体性不强等问题，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为实现设计、施工一体化的综合工作平台，为解决这些问题提供可行性方案。昆明院针对工程项目全生命周期中的业务特点和发展需求，充分总结多项工程实践，凝练出了HydroBIM技术体系，并逐步完善成为一套水利水电工程及大土木工程规划设计、工程建设、运行管理一体化、信息化的最佳解决方案——HydroBIM综合平台。

HydroBIM综合平台是以工程安全和质量管理为中心，以BIM+GIS为核心平台，以协同管理为控制平台的水电工程规划设计、工程建设、运行管理一体化综合平台。平台借助了物联网技术、3S技术、BIM技术、三维CAD/ CAE集成技术、云计算与存储技术、工程软件应用技术等技术，以解决传统的工程建设管理模式存在的问题，提升企业的价值创造能力和发展质量效益。

HydroBIM的核心理念是： 一个平臺，即HydroBIM综合平台；两种手段，即常规分析、云计算；三个阶段，即规划设计阶段、工程建设阶段、运行管理阶段；四大工程，即枢纽工程、机电工程、水库工程、生态工程；五位一体，即设计质量、工程质量、建设管理、工程安全、综合效益；六方和谐，即政府机构、发包人单位、设计单位、监理单位、施工单位、制造单位（见图1）。

基于HydroBIM的管理模式是创建信息、管理信息、共享信息的数字化方式，它具有很多优势，具体如下：

（1）通过建立HydroBIM模型，能够在设计中最大限度地满足业主对设计成果的细节要求。业主可以在线以任何一个角度观看设计产品的构造，从而使精细化设计成为可能。

（2）工程基础数据如量、价等数据可以实现准确、透明及共享，能完全实现短周期、全过程对资金风险以及盈利目标的控制，能够对投标书、进度审核预算书、结算书进行统一管理，并形成数据对比。

（3）HydroBIM数据模型能够保证各项目的数据动态调整，方便追溯各个项目的现金流和现金状况。对施工合同、支付凭证、施工变更等工程附件进行统一管理，并对成本测算、招投标、签证管理、支付等全过程造价进行管理。

（4）根据各项目的形象进度进行筛选汇总，HydroBIM平台能够为领导层更充分地调配资源、进行决策提供有利条件。

（5）基于HydroBIM的4D虚拟建造技术能够提前发现在施工阶段可能出现的问题，在短时间内优化进度计划和实施方案，指导实际项目施工。

解码观音岩水电站的设计项目管理

项目管理是要在规定的范围、时间、成本和质量之下完成项目可交付成果。观音岩水电站的设计项目作为昆明院应用HydroBIM平台设计的典型工程，在设计项目管理中发挥了出色的作用。

基于协同平台开展设计

在二维CAD时代，协同设计缺少一个统一的技术平台，项目协同设计通常通过电话或者纸质文件进行，效率低下且难以避免错、漏、碰、撞问题。为解决多专业协同设计问题，观音岩水电站设计工作中引入Bentley公司的数据库管理软件ProjectWise作为三维协同设计基础平台，并通过二次开发将其嵌入Autodesk列三维设计软件和Office等常用办公软件中，同时结合自主研发的文档协同系统作为文档编辑的协同平台，实现多项目组成员对同一个文档的异步管理和协同编辑。

三维设计中各专业项目成员均基于协同平台开展设计，可随时获取所需的项目信息，了解其他设计人员正在进行的工作和其他专业设计的最新变化，各专业可以基于系统平台及时有效沟通，沟通成本大量降低。工作流程从串行到并行的转变，大大节约了不同专业工序之间的等待时间，使得设计周期大幅度缩短，工时的缩短直接节约成本。

观音岩水电站采用Revit软件出施工详图。水电站厂房参与设计的全部专业均从三维设计平台直接出施工图，所提供施工图纸均为三维图纸。施工图纸均从三维模型直接剖切生成，其平立剖及尺寸标注自动关联变更，有效解决错漏碰问题，减少图纸校审工作量，与二维CAD相比，三维出图效率提升50%以上。

通过应用HydroBIM协同设计平台，观音岩水电站在设计过程中节约了大量时间和成本，大幅提高了工作效率。

基于可视化模型建立数字化移交平台

设计项目的特点决定了设计企业提供的产品是以图纸等为载体的中间产品，对于客户需要的最终产品还有一段距离。客户对于设计产品的要求也不是非常明确的，范围难以明确是在设计项目普遍遇到的问题。基于HydroBIM平台的可视化模型为项目范围管理提供良好的解决手段，所见即所得的特性让项目参与方可以同时看到同一个模型，增强了项目协同性之外，还营造了一个良好的沟通环境，业主、施工方、设计方可以面对同一个模型进行沟通，提高了沟通效率。

传统的设计成果交付模式文件多，设计变更流程烦琐，信息传递的滞后性等问题严重影响了施工进度和质量。为解决这些问题，观音岩水电站项目建立了基于云的数字化移交平台。该平台是一个动态更新的系统。设计人员根据最新设计成果及现场更改通知，及时对云账户内的模型、图纸及相关文件进行更新维护，用户可直接通过iPad客户端通过网络从云服务器上实时得到最新的设计成果，及时更新现场工程信息。

工程开发建设的最终质量取决于设计质量和施工质量。观音岩水电站项目三维BIM模型中的设计对象的几何形状及属性，包括通过模拟仿真分析后的运行状态均十分逼近物理原型。在工程三维BIM模型中完成模拟仿真分析，错、漏、碰、撞检查，设计产品可以做到零差错，可在很大程度上消除施工返工。同时，相对于建立动辄数百万元的物理模型，应用BIM模型模拟仿真分析，既能节约大量成本，又能做到一般性差错几乎为零的高质量效果。

HydroBIM应用实现互惠互利

项目相关方的满意是衡量项目管理是否成功的一个重要因素。对于观音岩项目工程建设各方来说，HydroBIM的应用模式及其应用平台均发挥了积极的作用。

设计方通过应用该系统可以准确、及时、有效地表达设计意图，便利了各专业之间的协作，缩短了设计周期，提高了设计质量，为业主及施工、监理方提供优质的设计成果。

施工、监理人员通过HydroBIM技术可以从移动终端查看三维模型，进而明确设备、管路等布置情况，并能查阅设计修改通知、各个设备部件的参数属性等，极大减少错、漏、碰、撞，减少返工和浪费，从而达到节省投资、保证工期和达到优质工程的目的。

业主方可对施工主要环节进行有效控制，及时了解工程建设面貌，提升施工管理水平。据统计，观音岩水电站厂房与可行性研究阶段相比，节省混凝土量约6.5万立方米，节省钢筋量约4100吨，计入机电设备优化投资，共计节省投资约1.29亿元，经济效益明显。

HydroBIM研发与应用历经十年，已广泛应用于昆明院在研项目、项目跟踪和投标工作，大大提高了工作效率，保证了产品质量，提升了服务水平。HydroBIM涵盖昆明院15个专业、58个子专业，形成能为客户创造价值的强大合力，是昆明院核心技术品牌。同时，HydroBIM可有效缩短行业间的差距，是昆明院转型升级的利器。

根据观音岩水电站的成功应用经验，HydroBIM的应用模式可以推广至其他水电工程建设项目使用。同时，通过进一步的研究开发，该系统还可应用于水电站运行维护阶段，实现水电工程的全生命周期管理，打造现代化的数字水电厂。

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中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司成立于1957年，是大型中央驻滇企业，是世界500強中国电力建设集团有限公司的A级成员企业。主营业务涵盖水利水电、风电、太阳能发电等可再生清洁能源以及水环境城市景观打造、市政交通基础设施等工程领域的勘察、设计、科研、咨询、监理和总承包等业务，具有国家授予的工程设计综合甲级资质及多个专项甲级资质。作为国家火炬计划重点高新技术企业，拥有2个国家级研发平台，在全球17个国家或地区设有驻外机构。连续11年入选“中国工程设计企业60强”。

昆明院是国内水利水电行业较早开展三维数字化技术应用的单位，2006年开始三维设计探索，2008年全面启动三维设计工作。在全国工程设计大师、院副总经理兼总工程师张宗亮（教授级高级工程师）的领导下，秉承“面向工程，全员参与”的三维发展理念，昆明院坚持正向三维设计，立足水电设计实现全三维施工图交付，并将技术经验向多行业拓展应用。来自21个3S及三维设计项目部的100多位BIM工程师，共同打造了HydroBIM三维设计平台。2008年以来，HydroBIM技术已广泛应用于50多座水电站的勘测设计，工程建设总投资额超过3484.2亿元。