GIS与BIM在水电工程施工阶段的应用

文｜ 中国电建集团北京华科软科技有限公司 何佳 陈乐

近年来，随着中国电力建设集团有限公司（以下简称“中国电建”）及其子企业施工项目数量迅速增长，在建的国内外项目已达数千个，项目涵盖类型多、地域分布广，但施工的协作方式没有发生根本性改变，公司产业核心优势未得到充分发挥，为巩固和提升行业内的技术、管理领先者地位，亟待提高集团企业群的施工管理水平，紧跟技术发展潮流，在项目施工管理中融入GIS与BIM技术，提升整个集团公司的施工生产效率和质量，实现国际同行业技术先进、核心技术领先的目标，为公司转型升级和创新发展提供有效支撑。

1.概述

BIM（建筑信息模型）是利用数字信息系统，通过项目相关数据信息构建出仿真建筑模型。它具有可视性、系统性、优化性、仿真性和可出图性五大特点。

GIS（地理信息系统） 是对地球表层局部或整体（包括大气）空间的地理分布，利用计算机信息系统进行数据采集，并对数据进行描述、计算、分析、存储等处理的技术系统。它是一种专业的空间信息管理系统。

通过BIM与GIS技术进行高度融合，形成信息协同管理平台，实现对BIM信息进行实时发布、建立高效合理的在线BIM服务、信息集成管理，资源共享等应用需求。

2.GIS与BIM在水电工程施工阶段的应用

按照水利电力工程建设的施工要求，结合水利施工信息化建设基础，充分利用GIS+BIM的先进技术，实现三维渲染、虚拟施工、有效协调、碰撞检查等BIM的特性。

（1）协同管理

GIS+BIM技术的融合，建立协同工作机制，打破项目施工管理的割裂现状，保证各项工作有序、可靠、有效的推进，促进了项目综合策划能力、资源配置能力、集成管控能力、信息共享能力，解决施工项目数据形成一个个离散的“数据孤岛”，进而造成大量的信息不对称、数据版本不一致、沟通不及时等问题。实现了动态、集成和可视化的施工管理，确保项目施工精细化管理，全面提升了项目管控能力。

（2）虚拟建造管理

通过GIS与BIM技术对模型信息与施工项目管理的数据信息进行集成后实现虚拟建造。虚拟建造的过程是先试后建的过程，可以检测和比较施工方案，优化施工方案。也可对施工过程的工程设计、现场环境和资源使用状况等进行模拟，具有更大的可预见性，可直观的展示相应时间节点相关构建已发生的成本、质量、安全等信息，并可预测未来时间相应模型相应构建、相对应的预估成本、资金等信息，使项目参与者更好的理解项目范围从而达到施工方法可视化、施工方法可验证、施工组织可控制的目的。使所有项目的参与者在施工前就能清楚地知道所有施工内容以及自己的工作职责，能促进施工过程中的有效交流。

（3）模型漫游管理

GIS与BIM技术融合支持多角度多方位的模型漫游，利用模型漫游模拟出整个工程的实际效果，指导实际施工，帮助工程人员清晰理解项目，根据步骤完成。并利用第一人称视觉的漫游技术实现日常巡检，对项目的危险源、环境因素等实现有效监控。

（4）图纸会审管理

基于GIS与BIM技术更直观形象地发现设计图问题、提高图纸会审效率、尽可能减少过程中变更、有利工期提前。并且在进行BIM会审时，可基于BIM进行问题的提交与反馈，增强会审相关参与人员的交流，并且对交互中的过程信息进行全量的存储，实现会审过程资料的调取和查阅。

（5）进度管理

利用GIS及BIM技术，实现施工场地布置的三维全景可视化；通过精确的部件级编码与WBS进行挂接，建立BIM模型与施工过程数据建立二维矩阵的关联关系，实现实际进度与三维模型同时生长，通过BIM可视化特性，实时掌控工程实际进度以及实际与计划的偏差及预警。

（6）质量和安全管理

利用GIS与BIM融合技术及职能传感器技术，实现质量、安全问题预测和预警，准确定位各个质量及安全问题，实现施工质量控制更加高效，更好的控制施工进度。

（7）技术交底管理

利用三维仿真技术制作施工方案，并进行交底，使被交底对象利用BIM的可视化特性了解施工步骤和各项施工规定，从而保证施工过程合规完成。通过可视化的展示，不仅可以将复杂的施工方案直观、简单地展现出来，便于分析研究；而且通过展示施工过程中各阶段的步骤，发现施工方案中存在的的不足之处，及时消除可预见的消防隐患，尽量避免安全隐患，不断优化专项施工方案，使施工方案达到最优。由于关键工艺一般较为复杂，能够提前对关键工艺可视化展示，为关键施工方案中用到的工艺方法提供讨论和交流的虚拟环境。

（8）场地布置优化

通过基于GIS与BIM技术进行场地布置，实现对施工场地合理安排。业主能够直观地了解施工场地布置详情，便于施工方与业主之间进行有效地沟通，使施工场地划分存在的问题得到合理地解决。通过不断完善施工场地布置方案，从而达到最佳的施工效果。

通过三维仿真技术将施工场地布置立体地展示出来，既比传统的平面布置节省了搭建成本，又能够充分结合周边建筑和环境特点进行合理的规划设计，使施工场地布置方案融于既定环境之中。

（9）施工模拟

利用GIS与BIM技术对土建施工的关键工序进行施工模拟，对施工方案的计算、复核和比选，以及对机电安装的综合支架、管线预拼装等施工工序的提前模拟，修改问题，减少错误。保证实际施工一次成型的精确度，为项目施工一次成优带来科学依据。避免了传统的复杂计算过程，又提高了效率和精度。同时利用施工模拟对工人交底更加形象生动具体，交底效率和效果大小提高。

（10）数字化移交管理

在设计模型的技术上进行深化设计形成施工模型，并将施工各环节的数据和BIM模型进行科学的整合，使得BIM模型从设计模型到施工模型再到综合模型，形成综合模型后，具备了数字化移交的条件，定制与业主运营平台的数据通道，实现数字化移交。

3.经济及社会效益

（1）经济效益

GIS与BIM在水电工程施工阶段的使用，大大减少了施工协同问题，提升了协同效率。通过大量已完成的项目构建的数据库，既可以为新项目规划提供决策的依据，又可以为项目深度开发提供数据支持。通过三维仿真技术模拟施工方案，为业主进行立体直观地交底，不仅可以避免施工过程中存在的各种隐患，还可以提前改进不合理的设计，从而使各专业实现分工协作。由此，施工方案逐步达到最优，施工质量得到提高，施工安全管理能力得到提升，工期损失得到有效避免，施工进度得到保障，按期保质保量地完成水电工程。例如一个投资为150亿的水电工程项目，如果贷款年息按7%核算，工期推迟一天将多支付近300万元的利息。如果应用GIS与BIM技术的费用为1800万，只要避免6天的工期损失，就能够收回技术应用的费用。通过在此类大型水电工程中应用该技术，能够合理地布置施工场地，优化施工步骤，减少各专业的冲突，可有效避免的工期损失能够达到60天。因此，GIS与BIM在水电工程施工阶段的应用对施工企业提高生产效率、缩短项目工期、节约项目成本所起的作用是显而易见的。

（2）社会效益

GIS与BIM在水电工程施工阶段建设和推广,为项目利益方带来显著经济效益的同时，也带来了较大的社会效益。一方面，提升整个水电施工阶段的效率和质量，提高水电施工业务板块整体数字化应用水平和产业链一体化管控能力，促进项目施工管理的协同，提高工程项目管理的效率，从而提升中国电建集团在国内、国外竞争力；另一方面，通过管控能力的提升，还可以有效节约能源、物资和人力等资源的消耗，全面实现国家对中国电建节能减排、绿色建造、环境友好工程的战略目标，具有较大的社会效益，同时也为同行业其他施工企业提供具有借鉴价值的水电施工项目管理信息化建设经验。

4.结语

建立水电工程BIM模型，对工程施工阶段的成本、质量、进度、安全进行精细化控制，包括GIS提供的地理环境、空间地理信息、水文等数据，两者信息技术的融合，推进了水电施工建设的信息化发展，提高了项目管控能力，优化了施工方案，减少了返工次数，促使工期提前完成，现场材料损耗率逐渐降低，节省了人工及机械租赁成本，提升了工作效率和项目的经济效益，取得了良好的社会效益和经济效益，为GIS与BIM技术在施工项目管理的推广与应用，积累了宝贵的经验。