BIM技术在河套灌区水利工程全生命周期的应用

2019-01-15吉仁古日巴

中国水利 2019年12期

吉仁古日巴，张亮

（内蒙古新禹水利水电工程建设有限公司，015000，巴彦淖尔）

一、BIM技术概述

BIM技术是工程建设行业（设计—施工—运营）建设全过程的技术革命。二维CAD图纸是当前建设生产过程中最重要的信息媒介，将各专业产品信息分割成平面图、立面图、剖面图、大样图，每份图纸只是整体建设工程的孤立表达，限制了参建人员对建筑产品信息的理解和把握，也是造成产品信息错误的根源。

BIM技术能够使各参建单位利用同一平台协同作业，BIM模型中包含的建筑信息都是可运算的数字化信息，前一阶段组织完成的成果可以直接被后续组织利用，保证信息在不同阶段无缝传递，随着建设阶段的推进，BIM模型中包含的信息将越来越丰富。从21世纪初引入国内开始，BIM技术已经在南水北调工程和一些大型水电站中得到应用，为项目工程管理带来了诸多便利。

1.BIM技术的主要特点

①可视化设计。利用BIM软件设计出的效果图、三维模型、渲染等成果，可以让各参建方对项目本身有深度直观的了解。

②参数化设计。将各规格尺寸数据或性能曲线等参数赋予到族文件中，通过参数调整，进行建筑构件尺寸改变和性能比较，可选择更优化的设计方案。

③关联修改设计。BIM模型的参数联动特性，使得模型与模型、模型与视图、模型与统计数据之间始终保持关联，从而实现一处修改处处更新，大大提高设计和修改效率。

④协同设计。不同专业的设计人员可以基于相同的BlM设计平台协同作业，碰撞检査、实时校审，及时解决各种错漏碰缺，提高设计质量。

⑤三维设计交付。BIM模型不仅可以生产高质量的二维施工图纸，而且可以提供全套BIM设计及浏览模型的三维设计交付。

⑥远程与移动平台工作。各参建方可以在同一平台上实现项目实时管理，便于项目问题及时处理。

2.BIM技术发展趋势

国家相关部门近年先后发布了多条关于BIM技术的相关规范，各地为积极推广建筑项目使用BIM技术也相继出台了多种政策，推动其在国内迅速发展。如上海市建管委规定使用BIM技术设计、施工的房屋建筑工程，每平方米补偿20元。BIM技术在3D设计模型的基础增加施工进度（4DTime）及成本（5D－Cost），可以节省建造成本、节约项目建设时间、提高项目质量、降低决策分险、提高投资效益。

二、BIM技术在河套灌区水利工程全生命周期的应用

1.河套灌区概况

内蒙古河套灌区是我国著名的特大型灌区和亚洲最大的一首制自流引水灌区。黄河流经灌区南部边缘345 km，灌区引黄灌溉条件便利，年均引黄用水量约48亿m3左右，完成了315 万亩（1 亩=1/15 hm2，下同）农田配套，形成了比较完善的灌排配套工程体系。1998—2018年间，河套灌区仅节水改造工程就投资约37亿元，由于国家对灌区改造工程的投资力度大，工程项目建设内容多，为了更加科学地管理工程、避免资金浪费，参建各方积极利用BIM技术协调工作，解决工程项目全生命周期内遇到的所有项目建设问题。

2.BIM技术在可行性研究阶段的应用

因河套灌区新建改建均为小型农田水利工程，大多工程项目在可行性研究阶段主要考虑建筑物的实用性及工程效益等因素，但也有一些工程规模较大的枢纽工程如干渠节制闸枢纽、泵站工程等，在其可研阶段需进行选址论证。设计人员将现场测取的水文地质资料转入Civil 3D软件，快速生成地质模型，经过承载力计算，可以直观地帮助设计人员分析地基强度及稳定性，从而进行正确选址。

3.BIM技术在初步设计阶段的应用

河套灌区每年都会有数亿元的小型水利工程投资改造项目，这其中包括渠道、沟道整治工程，建筑物改造重建工程，房屋维修重建工程及生物护堤工程等。工程项目种类多、分部地域广，所以在勘察设计阶段需要投入大量人力，并且在设计阶段容易出现大量建筑物尺寸型式与现场不符的情况，导致后续工程变更量大，延误工期。

河套灌区每年改造的建筑物工程、渠道、沟道工程结构类型少、数量多，不同工程之间仅在规模尺寸方面有变化，可以利用BIM参数化设计快速完成建模。测量人员进行现场数据采集，不同专业设计人员使用Revit建立起参数化族库。在设计建模时，根据现场渠道情况对每个部位构件选择适合参数，快速组成三维模型，提高了设计效率，大大减少后期工程变更，从而避免了浪费；三维模型可以实时生成平面图、立面图等视图，而且可以实现一处修改、处处更新。

河套灌区每年均会改造新建数十座提水泵站工程，提水泵站涉及土建工程、金属结构工程、机电工程、电力工程等多个专业，现场管路、管线布置错综复杂，容易出现专业交叉碰撞问题。各专业设计人员分专业自行设计完成后，在Navisworks中进行多专业模型合并，利用碰撞检查工具可及时发现设计工作的错漏缺失之处，从而优化设计成果，对一些重要复杂的部位，可直接生成三维效果图，方便现场施工人员直观了解。

为了提高各灌域管理局下属管理所、段生活水平，每年要进行一批管理所、段房屋改建新建。按照常规CAD二维设计完成后，在与各使用单位沟通设计成果时，管理人员无法直观体会，在施工过程或建成以后会达不到预期效果。使用Revit建筑工程建模，模型可精细表达房屋各部位结构、材质等所有信息，管理人员可完全了解整个房屋工程的所有信息，提高沟通效率和房屋的实用性。

4.BIM技术在投标阶段的应用

投标文件直接反映投标单位建设水平、管理能力、人员情况等综合实力，所以投标文件制作水平直接影响投标竞争力及能否中标。投标文件中的技术部分又是投标竞争取胜的核心，如果按常规编写方法会显得长篇大论、没有突出点，评标专家很难把握得分点。

投标企业BIM小组通过招标文件提供二维图纸进行建模，按施工工艺建立多个模型，可以直观表达复杂的施工工艺、节点工程的施工方法。在施工现场布置及安全文明施工方面，同样可利用软件进行布置，使评标专家非常容易了解施工方案是否合理及公司的施工技术管理能力，提高企业中标率。投标活动如果支持视频格式，使用漫游技术可将整个施工过程及施工重难点工程利用视频形式展现在评标委员会面前，使专家们更加顺畅、真实地感受投标人的施工管理模式。在河套灌区节水改造工程2017年项目（四）施工标段投标时，由于使用BIM三维建模详细展示了施工工艺及方案，得到了评标专家的认可。

5.BIM技术在施工阶段的应用

施工阶段是工程项目全生命周期最重要的阶段之一，也是工程项目参与单位最多的阶段。每年改造的小型水利工程数量多，分布非常广，坐落在整个河套灌区地域内。建管单位、设计单位、监理单位人员有限，建筑物的工序很难做到一一跟踪检查，现场发生社会矛盾或工程变更无法及时解决，造成工期延长。BIM工作平台可以让参建各方在同一个平台上协同工作，参建各方可随时登录平台检查了解项目工程施工情况，可任意调取每个建筑物施工进度与施工质量检查验收情况。施工现场遇到问题可实时反映给各参建方，参建方收到问题报告后可及时在平台上作出反馈，提出自己的意见，使项目管理工作更精细、协调、顺畅，确保所有建筑工程都在受控范围之内。

对一些施工技术要求高、工艺复杂的部位，项目部在施工人员进场后可利用BIM三维模型进行展示，使安全教育和技术交底更直观明了。可将所有施工方案、安全技术操作规程、安全应急救援预案等文件制作成二维码，在项目部安装扫描学习平台，施工人员可以随时进行自主学习，以便深刻认识各施工方案及现场安全注意事项，确保工程施工安全和质量。

灌区农作物灌溉制度直接制约着水利工程施工工期，要求施工单位必须控制节点工程完工时间。BIM技术软件可以在施工前进行施工模拟，调节施工工序，合理安排材料设备进场时间，确保工程在规定时间内完成。

施工资料是记录工程数据和全面反映施工过程的关键文件，各单位质检人员可利用移动设备在现场进行数据测量，将所有记录数据实时传至平台，参建各方可在平台上进行审核及签证，如发现某项数据偏离规范允许范围，可及时通知施工单位进行整改，确保施工资料的真实有效。

6.BIM技术在运行管理阶段应用

工程移交时，虽然施工单位向运行管理单位提交纸质资料，但在工程或设备运行过程中需要维修、检修时，管理人员很难查找到原始数据，造成运行管理的不便和资金的增加。利用BIM技术管理的工程项目，运行管理单位可另外得到一套完成的BIM模型图，模型内包括每个构件的详细信息和原始记录，管理人员可以随时调阅任何一个建筑部位的信息，为工程后续检修提供可靠数据。