BIM+跨界应用 开拓智慧水利

高英+白勇

河南省水利院以“互联网+”思维和BIM的跨界应用开拓水利创新之路，提升了水利工程设计的附加值，并取得了探索新盈利模式的阶段性成果。

水利工程设计是一个涵盖多专业、跨越多阶段的知识集成创新过程。作为设计手段的第三次革命，BIM具有高效率协同、资源高度共享和最大程度避免重复劳动等优势，它与互联网一起，给传统水利工程设计带来前所未有的挑战和机遇。

通过导航项目在探索中前行

河南省水利勘测设计研究有限公司（以下简称河南省水利院）从2010年左右开始关注三维协同设计。经过近两年的外部调研、平台选型、人员筹备等工作，河南省水利院于2012年底以前坪水库工程为试点进行三维协同设计。

河南省水利院在战略层面高度重视三维协同设计工作，由主管副总经理主抓，旨在高效解决需要公司协调的问题；主管技术总监为技术总负责，在技术上进行总体把握和协调。与此同时，河南省水利院成立专门的机构负责具体实施，并在公司内进行公开人员选拔。被选拔人员脱离原岗位专门从事三维协同设计学习和试点项目实施工作，并在待遇、设计师等级评定方面予以一定的倾斜。

将一个覆盖全专业的项目作为三维协同设计的试点既可以检验三维协同设计软件与工程设计的契合度，又可以熟悉软件，锻炼队伍。水库工程对省级设计院而言，是专业最全的项目，因此河南省水利院将处于可研设计的前坪水库工程作为试点，即导航项目，进行二维和三维的并行设计。

三维设计团队夜以继日，用42天完成了导航项目。与二维设计相比，三维协同设计的优点明显。在可研阶段二维设计成果受限于手段和工具，在工程布置方面无法进行场地模型开挖。在三维设计中，项目组对几个重要建筑物进口的布置进行开挖模型的组合，发现泄洪建筑物与输水建筑物进出口的布置相互影响较大，于是对其进行优化，使得工程布置更加合理，还减少了开挖工程量。此外，利用三维设计的数字模型可以快速、精确地计算出工程量。

短暂迷茫后快步前行

河南省水利院经历了三维设计处女作带来的激动之后，和很多兄弟单位一样有过一个短暂的迷茫期：三维协同设计该如何推广实施，与原有二维设计体系如何衔接，是直接全面推广还是循序渐进。省级水利设计院的项目类型多、体量小、设计周期短，不能完全复制导航项目模式。此外，导航项目应用相对比较粗浅，对于三维设计平台软件的应用还需要消化吸收。面对这些困惑和难题，河南省水利院领导提出先做好三维设计的推广计划，然后结合规划有续开展应用和研究，探索如何解决全面推广的问题。

接下来，河南省水利院在导航项目团队基础上成立了集生产、科研、管理于一体的专职机构——数字工程中心。数字工程中心结合生产项目进行三维设计的相关科研探索，再将科研成果用于指导生产，形成良性循环。在此基础上，数字工程中心提出了三维协同设计的发展规划：一年打基础，两到三年技术基本成熟，四到五年逐步推广。

与此同时，数字工程中心在各生产院的重点项目中积极推广三维协同设计，在全员推广前形成BIM技术的应用氛围。

2013年4月，河南省水利院承接了山西省吕梁北川河治理工程，从可行性研究阶段开始进行12座水闸的三维协同设计。模型一旦建好，在施工阶段就可以直接利用前期模型形成施工图，进行三维配筋，自动生成钢筋图。由于三维协同设计过程中已经进行碰撞检查，后续施工过程中基本没有出现因为图纸问题而发生的变更。

2013年8月，河南省水利院承接了陜西宝鸡峡灌区漆水河渡槽改建工程。该项目从可行性研究阶段开始进行三维协同设计。在可行性研究阶段的方案比选过程中，借助三维设计的优势，河南省水利院结合不同施工方案、不同跨度、不同断面型式快速提交了8种方案，赢得了业主的高度认可。

2013年10月，河南水利院把三维协同设计推广到了海外，在尼日利亚完成了LOKOJIA制水厂的工程设计和Argongu的道路设计。

2013年，河南省水利院开展了综合规模世界最大的沙河渡槽工程三维设计，并利用三维模型进行施工仿真模拟，在施工领域进行了尝试。该项目获得了2013年度全球基础设施创新特别荣誉奖。

伴随着典型项目的成功应用，河南省水利院在积累三维设计经验的同时，制定了企业的三维设计标准和设计环境，并进行全员推广和培训。经过近3年的逐步积累和推广，目前全院三维设计培训率已达92%。

以需求为导向创新BIM应用

河南省水利院经过多年三维协同设计的探索和研究，继续深入挖掘BIM技术的深度应用，提出了跨平台技术联合应用的整体解决方案：以三维设计平台为基础，结合地理信息GIS平台、洪水分析平台、地形制作平台和Unreal Engine三维开发平台的联合应用，完成从前期工程三维设计到后期运用管理各阶段的工作，充分发挥三维协同设计的优势，并在实际项目工程中取得了较好的效果和效益。

首先，以遥感和无人机技术助力工程设计。尼日利亚菲利亚公路项目在前期立项阶段，受制于当地的治安条件，无法完整收集地形地质资料。

为此，河南省水利院的设计团队通过联合GIS地理信息平台、地形制作平台和三维协同设计平台共同完成了工程的前期三维协同设计：采用GIS技术，利用航拍影像图生成低精度地形等高线和DEM（数字高程模型）高程灰度图；采用地形制作平台，以低精度DEM数据为基础，逐步将低精度地形雕刻成包含河流、雨水冲刷与侵蚀痕迹的高精度逼真地形，供三维协同设计平台使用；利用MicroStation为核心的三维协同设计平台进行工程三维设计，建立公路、跨河桥梁、居民房屋等地面附属物的精确三维模型。

河南省水利院在该项目中通过多平台联合应用，完成了缺乏信息条件下的工程设计，满足了工程早期设计阶段各方面的要求。

其次，以跨平台技术提升防洪调度水平。编制洪水风险图是贯彻落实新时期中央水利工作方针，实施洪水风险管理，最大程度减轻洪涝灾害的一项基础性工作。

河南省水利院在承担2013—2015年全国重点地区防洪风险图编制工作时，通过综合运用水利专业技术、GIS技术、BIM技术、二三维可视化技术和互联网IT等跨平台技术，在资料收集整理、模型构建、成果展示和应用系统开发等方面进行创新。

以前坪水库工程设计及其溃坝的跨平台应用为例，河南省水利院通过三维设计平台得到各建筑物的精确三维信息模型；参考工程三维模型进行场地的三维开挖，包括各建筑物地基开挖和河道治理扩挖，得到开挖后的地形场景；根据开挖后的场地模型，利用洪水分析软件对DEM地形数据进行网格和高程插值；采用水文学和河流动力学平台构建溃坝洪水分析计算模型，得到各时刻洪水要素，包括水深、流速、水位等；将三维设计模型、开挖后的场地模型和洪水计算结果在整合起来，制作前坪水库三维溃坝洪水模拟场景，实现溃坝洪水的动态演进。

“互联网+BIM”助推智慧水利

跨平台技术的联合应用，使得河南省水利院在三维协同设计中优势凸显。不拘泥于一种软件、一个平台、一种方法，而是各种软件、平台和方法取长补短，在不同阶段充分发挥三维设计成果的最大价值。同时借助互联网技术，河南省水利院形成了具有自主知识产权的跨平台核心技术。河南省水利院以此技术为依托提供水利工程从前期设计到施工建设，再到后期运行维护的工程全生命周期服务，以及利用该技术开展智慧水利业务。

目前该技术已应用于在建前坪水库、出山店水库建设期信息化管理系统、开封市城市洪水风险管理系统、郑州市智慧水务综合信息管理系统和四川省水利工程产权三维可视化管理平台等，取得初步成效。

政府推进供给侧结构性改革，推动经济转型升级，为水利水电勘测设计行业的可持续发展和创新提供了发展空间。面对外部环境、政策环境和市场环境的改变，勘测设计单位需要进行自我改革与创新，改革原有的业务模式、人资资源、组织架构，向现代服务业转化。河南省水利院以“互联网+”思维和BIM的跨界应用进行水利技术创新，提升水利工程设计的附加值，取得了探索新盈利模式的阶段性成果。