BIM 技术在水工金属结构全寿命周期管理中的应用研究

陈玮佺 中国葛洲坝集团机械船舶有限公司

一、BIM 技术的简述

BIM 技术是建筑信息模型技术的简称，其主要功能是建立科学合理的三维模型，为建筑业提供施工策略和方案规划在工程项目的施工过程和施工管理中起着至关重要的作用。具体来说，BIM 技术是将建设项目的施工数据和信息进行集成，并对相关信息进行比较和分析，在分析和集成的基础上，建立一个可行、安全、合理的方案规划，运用科学的技术使施工技术和管理成为可能达到项目要求的标准。同时，BIM 技术被广泛应用于建筑工程项目的设计、施工、管理工作中，能够融入建设项目的每一个环节，可以融入整个建筑环境中。该技术可以在有效整合的基础上提高运营质量和管理效率，同时规避风险，保证工程安全稳定达到规定标准，为建筑业的长远发展和工程质量的有效提高提供了依据提供必要的基本条件。

二、BIM 技术的主要特征优势

（一）协调管理的作用

在建筑工程施工过程中协调管理的作用，如果各个过程之间的沟通不够具体，就会出现施工冲突问题，尤其是在平面设计模式的情况下，这是很难避免的。例如：空调管道和各种管线安装在屋顶上，如果协调不够具体，必然会出现工序碰撞问题，而这些工序的碰撞又会导致各种施工冲突，这种矛盾会造成人力资源的流失物质资源方面，会造成严重的经济损失，同时也不能保证整个工程达到更高的标准。利用BIM 技术可以充分协调各工序的管理，通过全面管理可以更好地避免此类矛盾，同时也能加快各工序的正常施工。

（二）视觉应用

BIM 技术是将三维模型展现在人们面前，从而实现视觉化的应用，虽然在设计过程中也有图形化的呈现，但效果图只显示了平面线的完整轮廓，潜在的信息不能得到充分的表达，而且可以没有生成一个更为全面的构建结构，只会呈现出一种只读的形式，缺乏互动和反馈。BIM 技术的有效应用可以将信息进行可视化处理，不仅可以通过效果图充分表达设计意图，而且可以将设计理念、施工理念和运营理念相结合，以达到可视化的应用效果，实现过程的高度结合应用效果之间的相互作用。在下面的图1 中，BIM 显示为一个可视化应用程序。

三、项目BIM 生命周期管理方案

BIM 技术将信息数据作为模型的基础，实现水利水电工程参与者和不同行业之间的信息协调，从而指导项目的全生命周期管理。在设计阶段，实现三维可视化、信息化、多专业协同设计，减少不同专业的碰撞，设计变更，并结合有限元计算，实现设计校核和优化；在施工阶段，实现施工仿真，施工进度管理、质量管理、合同管理、投资成本管理；实现了包括综合模型展示、数字化大坝安全监测管理、设备资产管理、定检管理在内的全生命周期管理。

四、BIM 在项目各阶段的应用

（一）BIM 技术在投标阶段的应用

可以消除以往经验估计的风险，在总结各专业工作量的基础上建立三维模型，为确定投标策略和预留利润空间提供数据支持。在招标阶段，可以帮助非专业专家直接对项目的整体方案和整体功能布局进行评估，有效提高招标项目的中标率。同时，运用虚拟现实、数字孪生等虚拟现实技术，对项目周边环境和项目建成后的运行情况进行定性和定量模拟。

（二）在设计阶段

BIM 可以作为设计过程中的双向转换模型，通过设置模型参数和生成图形数据，满足不同专业间协同交互设计的要求。通过共享平台，可以保证工程数据的唯一性和有效性，减少信息传递的误差，提高设计效率和质量。同时，BIM 模型在设计校核、设计变更、碰撞校核、校核优化等方面具有明显的优势。主要设计步骤如下：（1）首先建立材料的详细清单，包括材料、规格和数量；（2）根据设定的初始参数建立三维BIM 模型；（3）生成工程视图、尺寸标注和调整材料清单和技术说明；（4）将参数模型转换成三维和二维图纸，根据用户要求进行结构有限元分析计算和局部结构优化。

（三）施工阶段

水利水电工程具有投资规模大、专业性较强、结构形式多样化、参与专业多等特点，BIM 是一种先进的仿真、计算和三维可视化数字模型技术，用于建立施工主体和结构的虚拟环境。利用仿真环境进行直观的“工前”演练，及时了解施工过程中的作业顺序、施工难点和施工安全隐患。在正式施工过程中，根据现场反馈，及时发现和捕捉各阶段的动态变化，可有效避免工程计量中的漏项、漏项、误算和重复计量，提高投资成本的准确性。同时，经过BIM 模型的设计深化和优化，可以采用最佳的施工工艺方案，提高施工能力，减少不必要的返工和材料浪费。

（四）在运营阶段

BIM 技术有效地整合了生产、制造、设计和施工各个阶段的信息，是数字化运维的有效支撑。通过BIM 三维运行管理平台，通过相应的监控传感设备，将实际运行中的真实数据映射到虚拟场景中，实时播放数据信息，动态画面可视化，远程方便的操作维护功能。同时，利用BIM 技术可以实现全业务、全方位的集约化管理、风险预测和智能化决策，提高数字化健康诊断设备的水平。

五、结论

BIM 技术是实现水工金属结构工程全生命周期管理的有效方法，具有结构复杂、用户可定制的特点。本文研究了BIM 技术在水利水电金属结构全寿命周期管理中的应用，介绍了BIM 技术在招投标、设计施工、运行维护等阶段的全过程管理方案。应用结果表明，该方法能有效提高工程质量和效益，降低工程造价和风险，实现数字化运维。