深圳市共和闸站BIM运维应用初探

黄培志，胡 亭，黎志艺

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

随着云计算、物联网、大数据、移动互联网等信息化技术的发展[1]，智慧水务受到前所未有的重视[2]，很多城市陆续开展智慧水务构建方案[3]和应用体系[4]研究，以新信息技术应用促进管理精细化、智慧化，已成为新时期水务管理的趋势[5]。作为重要的新信息技术，BIM已在提高水利水电工程建设现代化水平等方面发挥了重要作用[6]。但与此同时，信息化和智慧水务并不能一蹴而就，而是一个随着业务和技术变化不断滚动、更新、迭代的过程[7]，例如，水利水电行业内BIM应用在不同地区、不同类型的工程中就体现了明显的不均衡性。其中中小型泵站、水闸的BIM应用并不理想[8]，涉及运维的研究也较少，李威[9]展望了BIM模型在泵闸运行管理中设备巡检、防汛演习、人员培训、设备效能分析和项目后评估等方面的应用，王佳媛[10]结合BIM、VR、RFID、SCADA等技术系统提出给水泵站全生命周期的应用思路，秦雯[11]将BIM与GIS信息对接，初步完成基于BIM的泵站项目管理系统的开发，基本实现全寿命期信息记录等。尽管中小型泵站、水闸是承担城乡防洪、防潮、排涝、供水等功能的重要民生基础设施，但由于规模较小、数量众多、位置分散等原因，其运维信息化水平往往不高而且关注度也较低，总体上仍停留在以文字、二维图表、简单台账等形式留存、使用工程运维资料的状态，信息交互效率低。

作为未来智慧水务建设的重要组成部分，中小型泵站、水闸的运维信息化应用研究十分必要而紧迫，文章将围绕深圳市共和闸站的BIM运维应用展开初步探讨。研究对象共和闸站是深圳市宝安区沙井河片区排涝工程的组成部分，位于宝安区西北部共和涌河口，包括共和泵站和共和水闸，设计排涝标准为20年一遇24h设计暴雨不受淹，服务面积为0.12km2，机组共3台，设计总装机容量为945kW，设计总提水流量为12.3m3/s。

1 运维BIM建模

项目根据现行的Autodesk、Bentley、Catia等主流平台[8]的特点，综合考虑性价比、兼容性、操作友好性等因素，采取更契合中小型水利设计单位需求的Autodesk平台，以Revit软件为主进行建模。各专业、各分项建模精度不低于竣工图模型(LOD500)。软、硬件具体配置不能低于最低要求，相关标准规范参照地方BIM交付标准[12]、中国水利水电勘测设计协会BIM标准[13]及研究成果[14]、水利行业制图规范及建筑行业BIM标准[15]等执行，翻模技术也较为成熟，文章均不赘述，仅重点阐述有关原则和注意事项。

1.1 模型创建规则

(1)坐标、高程和单位系统。项目中所有模型使用统一坐标和高程系统，在Revit中建立项目北与地理信息正北方向的关系。水工结构标高特性为标高对应特征名称(如闸底板等)，标高数值为绝对高程；建筑结构的标高特性为楼层编码，标高数值以相对标高。使用统一的单位制，模型单位为毫米(保留1位小数)，标高及路线桩号单位为米，标注尺寸单位为毫米。

(2)模型拆分协同原则。模型应能够实现按构筑物分区、按专业、按部位、按构件进行拆分。拆分的单个模型文件的大小，最大不宜超过50M，以保证计算机操作的流畅性和GIS平台导入模型的完整性。

(3)模型文件命名规则。模型文件命名应考虑文件名的长度和后期管理的需要，应包含项目名称、实施阶段、相关专业及具体的空间位置，同时还应包含自定义字段。具体格式为：项目名称代码-设计阶段代码-[分区名称]-专业代码-[子项名称/代码]-自定义描述。其中，[ ]表示按实际项目需要添加。如有多个子项的可用设计编号(如01、02)进行区分。专业代码用于表明该模型的专业用途，如SG：水工结构， DQ：电气，JG：景观，JZ：建筑，如有其他专业代码需要增加另行设定。自定义描述用于表示文件版本号、时间等自定义描述内容。例如，共和闸站运维阶段水工结构水闸部分11月15日版模型，模型文件命名为GHBZ-YW-SG-水闸- 1115。

(4)模型信息要求。通用信息的模型构件属性表中须包含规范的构件名称，模型文件属性表中须包含创建时间、创建人员、文件命名、模型专业、实施阶段、相关专业等信息。

1.2 模型创建与校验

鉴于该工程是已建成的在运行项目，前期未开展正向设计，主体工程大多位于水下而无法通过实景建模，建模人员主要通过工程图纸和相关调研资料深入、准确地理解项目设计方案后开展“翻模”工作。启动建模前结合工作习惯预设项目样板，在指定项目信息处填写本项目名称和时间等相关建设信息，可为以后模型的传递和信息交流提供便利。

根据泵站、水闸的整体布置和各段结构尺寸，建模时应创建合适的轴网和标高，轴网宜布置在构筑物的墙边线、结构中心线、上下游各段结构的分界处；标高宜根据构筑物各个分层的控制高程进行设置，标高疏密要适中，以利于不同高程的部件进行放置和后续的方案调整。各模型均基于柱、墙、梁、板等构件创建，异形构件采用内建模型进行自定义建模。相似构件通过全局参数功能实现模型的参数化驱动以提升效率。在构件类型属性中应注释名称、尺寸、材质、所在建设阶段等数据，并特别注意添加构件非几何信息。非几何信息是BIM模型信息传递的重要内容，也是运维管理的重要依据。

建模过程与金结、电气、建筑、岩土等专业保持模型链接关系，随时检查专业间的不协调问题，并结合图纸与现场照片等资料复核墙体、楼板开洞位置、尺寸及设备基础、楼梯等做法，减少过程错误。模型建成后，直接应用Revit碰撞检查进行模型校验，同时还需将自动剖切生成的二维视图与图纸进行比对，尽可能减少错误。如图1～如4所示。

图1 整体模型进口三维视图(进水口侧)

图2 厂房模型外部三维视图

图3 电气系统模型三维视图

图4 厂房模型内部三维视图

2 运维管理系统开发

目前，已有较多基于BIM+GIS的系统开发应用，张帆[16]开发了BIM水务应用管理协同平台，王子成[17]应用地理信息系统Skyline和PHP 编程语言开发了土石坝施工仿真可视化系统。但相关研究更多面向重大基础设施工程，而针对中小型泵站、水闸的BIM+GIS运维管理系统研究较少，对此，文章将结合该工程特点选取较为易用、实用的开发方法进行应用研究。

2.1 系统架构与功能模块

在满足技术标准与规范、用户需求和技术支持的基础上，该工程运维管理系统架构分为业务层、应用层和数据层(如图5所示)，采用.NET Framework 3.5框架的C/S模式开发，数据库采用Access，三维GIS平台采用Skyline 6.6.1，三维底图和建筑模型在线调用深圳市规划和自然资源局的三维空间平台，系统运行网络需求为深圳市政务外网，软件运行需求为WIN 7以上操作系统、TerraExplorer 6.6.1以及.NET Framework 3.5。

图5 系统架构

系统包括地图工具、设施运维管理、图纸资料管理、应急预案管理、报表统计和数据管理等6大模块。其中，地图工具模块(如图6所示)提供在地图模式下的测距、模拟下雨、阴影、室内视图、旋转、图层控制功能，主要用于模型查看，便于快速熟悉工程情况；设施运维管理模块(如图7所示)提供泵机、吊车梁、进水闸、拍门、排水闸、清污机等设施的排涝能力、装机容量等详细参数信息的快速查询；图纸资料管理模块提供工程设计、更新改造或者除险加固等全套完整图纸调阅功能；应急预案管理模块提供工程设备的应急预案信息调阅功能；报表统计模块提供电气主材及闸门、水泵、桥机、格栅清污机等的实时运行报表信息；数据管理模块提供泵机、吊车梁、进水闸、拍门、排水闸、清污机等设施数据编辑和更新功能。

图6 地图工具模块(测距)

图7 设施运维管理模块(格栅清污机)

图8 运维保障模块

2.2 系统应用优势分析

共和闸站BIM运维系统在资料和资产管理方面优势突出，管理人员和相关方可及时便捷调阅工程各有关参数、图纸报告、验收档案和设备运行状态等资料，实现对工程资产有效的信息管理和资料共享。因泵闸工程大部分为地下建筑物且部分设备位于水下，投入运行后很难直观查看，本系统可快速、流畅地浏览工程三维模型全貌，协助快速掌握闸站结构情况，为培训和汇报宣传带来便利。与此同时，实现闸站图纸、设备信息与BIM模型的关联，点选模型具体部位快速调出相应竣工图纸，点选具体设备快速调出运行信息及维修保养记录等，可有助提高工程除险加固、设备更新改造等决策效率。

另外，共和闸站是中小型泵站、水闸的典型代表，工程范围小、设备内容清晰、运行工艺简单，应用BIM技术进行逆向建模较容易，开发基于BIM+Skyline的三维GIS运维管理系统，其效率较高也较易实现。类似闸站工程的BIM运维应用，可在较短时间内完成建模和系统的个性化调整，具有可复用价值，推广应用后可为深圳市智慧水务的工程信息归集提供重要基础资料。

3 存在问题与建议

对照深圳市智慧水务的总体要求与工程管理实际情况，共和闸站BIM运维应用仍面临亟待解决的若干问题。

(1)BIM运维系统控制设备的优势暂不明显。中小型闸站工作的设备操控相对简单，对管理人员的门槛要求较低，无需通过复杂流程即可启闭机组实现挡潮、排涝功能，在实现全无人值守前，现地操作仍然具有安全可靠及性价比的优势。

(2)中小型闸站硬件自动化水平有待提高。目前，大部分中小型闸站工程尚未配备全面的自动化监控、监测设备，水位、流量、水质等数据无法通过传感器传到BIM运维系统来实现智能感知，也无法通过实时信息来共享支持流域的联合调度。

(3)BIM建模与系统开发方法仍有优化空间。通过竣工图创建运维模型的逆向建模方式，检验模型准确性的难度和工作量较大。同时，基于本次版本Skyline开发的BIM运维系统存在较严重的材质丢失问题，而且C/S开发模式不利于大范围推广应用。

中小型闸站工程数量众多，大部分还停留在纸质档案管理阶段而未实现三维可视信息化，历史欠账较多，要全面提升运维信息化管理水平仍需较长的过程才能实现。针对中小型闸站工程BIM运维应用面临的问题，建议存量工程应加强逆向建模的校验，确保模型的准确性，增量工程宜采用BIM正向设计方式创建准确BIM模型，不断更新、丰富模型信息并流转到运维阶段，复杂工程还可采用Vault正向协同设计模式建模。系统开发可考虑Skyline新版本或超图、易智瑞等三维GIS平台结合B/S开发模式，尝试提升信息共享效率和解决材质丢失问题，并增加丰富的图表分析和视频显示功能。在自动控制方面，可结合设备更新改造逐步加设各类传感器以获取实时监测数据，应用自动感应、图像识别、视频识别技术将信息传递到应用系统和流域管理系统，实现单体工程自动控制，有助于全市智慧水务管理应用。

4 结语

针对目前中小型闸站工程运维管理水平与智慧水务要求差距较大的现状，文章以深圳市共和闸站为试点开展BIM运维应用初步探索，梳理了以Revit为主、基于竣工资料的BIM逆向建模原则与注意事项、模型创建与校验方法，提出了Skyline在C/S模式下BIM运维系统架构和功能模块，并开发了共和闸站BIM运维系统；结合工程实际分析了该系统有效提升资料资产管理效率、便于推广复用等优势以及存在的若干问题，提出了强化正向设计、优化开发模式和模型处理方法、丰富展示功能和结合设备更新改造加快硬件自动化升级等建议，可为智慧水务建设和类似工程BIM运维管理提供基础信息和参考。