建设优质工程 打造美丽出山店

文｜高英 白勇

BIM 技术自2004年引入中国，凭借其直观形象、集成度高、协作充分等诸多优点，在建筑、铁路、公路、市政等工程基础设施领域取得了快速发展，呈现出中国尊、京雄城际铁路、港珠澳大桥等一批BIM 应用优秀案例。与此同时，水利行业经过十多年的BIM 应用实践，也已经从最初的单专业、单阶段、企业级应用，逐步扩展到多专业、多阶段、多参与方应用，并先后涌现出诸多优秀的BIM 应用案例。但将BIM 技术贯穿于工程的设计、施工、运维全生命期，将BIM 与无人机、物联网、移动互联网等技术融合应用，形成集成化、平台化的信息化管理系统的项目，在国内水利行业仍然较为鲜见。基于此，本文依托出山店水库工程，总结了水库工程全生命期BIM 应用和信息化管理解决方案，可为相关从业者和类似工程提供参考。

设计阶段BIM 应用

出山店水库是国务院确定的172 项重大水利项目之一，位于河南省信阳市境内，坝址在京广铁路以西14km 的出山店村附近，距信阳市约15km。作为《淮河流域防洪规划》确定的以防洪为主的大型控制性工程，出山店水库是历次治淮规划中在淮河干流上游修建的唯一一座大（1）型水库。出山店水库工程以防洪为主，结合供水、灌溉，兼顾发电等综合利用。工程主要建筑物包括土坝段、混凝土坝段（包括溢流坝段、泄流底孔坝段、电站坝段、非溢流坝段）、南灌溉洞、北灌溉洞、电站厂房。

协同设计。出山店水库工程基于ProjectWise协同管理平台（见图1），在同一环境、同一标准、同一流程下并行完成各专业的设计工作，项目资源与信息得到了实时共享和更新，错、漏、碰等设计缺陷得到有效避免，规范了工作流程、提高了产品质量。针对该项目特点，制定了文件命名规定、BIM 建模规定、模型交付标准等一系列标准，为项目文档的有效管理、文档的有序引用（参考）、提供高质量设计成果等方面奠定了良好的基础。

图1 ProjectWise 协同管理平台

模型创建。为快速有效地创建工程各专业模型以及整体模型，设计人员基于同一平台、同一模型、同一环境的理念，制定了模型创建和组装的规则次序，即首先利用BIM 建模系列专业软件完成各自专业的信息模型，然后进行专业模型组装，随后将单项工程的模型进行组装，最后把所有模型进行总装，形成工程的完整BIM 模型（见图2）。

图2 各专业BIM 模型

仿真分析。利用BIM 软件建模快速、方便、精确的特点，将溢流坝段三维模型导入三维数值计算软件，进行材料属性赋予、三维有限元网格剖分、物理边界条件界定义及计算分析，充分发挥两种软件各自的特点和优势，对出山店水库溢流坝段进行应力应变分析，并根据计算结果对溢流坝段断面进行了合理优化。

碰撞检测。利用导出的iModel 轻量化模型进行三维校审，通过Navigator 软件对电站总装模型进行碰撞检测（见图3），共发现、修复碰撞点50 余处，有效减少了项目后期变更。

图3 碰撞检测

工程算量。借助Bentley 软件算量模块，设计人员快速、精确的提取了主要工程量（见图4），尤其是复杂大坝基础开挖，开挖方量精度达到了分米级，有效解决了水库工程土石方量计算精度低的问题。

模型出图。依托该工程开发了一套图纸标注工具集，标注工具集基于Bentley 软件应用VBA 语言进行二次开发，将一些常见的视图符号、折断线、指北针、水流符号、连接符号、对称符号、标高符号、坡度符号、引线标注、剖切符号，按照《水利水电工程制图标准 基础制图》要求集成到ABD 软件中。标注工具集缩短图纸标注时间约30%，同时也使整个工程的图纸标注标准、统一。

施工阶段BIM 应用

出山店水库工程在施工阶段应用BIM、GIS、移动互联网、计算机编程等技术，开发了出山店水库建设期综合管理平台（见图5）。该平台集成了BIM 模型管理、质量管理、安全管理、进度管理、施工模拟等功能模块，提升了出山店水库工程的施工阶段信息化管理水平，助力“建设优质工程，打造美丽出山店”目标早日实现。

图5 建设综合管理平台

模型管理。将轻量化BIM 模型发布到管理平台，项目参建各方能够在线浏览工程全貌，可以方便查询各建筑物的设计参数，增加对工程各关键部位功能理解认识。同时将设计图纸和BIM 模型挂接，可方便的查看模型所对应的图纸。模型管理见图6。

图6 模型管理

质量管理。质量管理模块主要由质量体系、质量评定、质量管理活动等组成。质量体系包括质量领导小组成立文件、人员组成、机构设置、规章制度等；质量评定可在线填写单元工程、分部工程、单元工程质量评定表，并根据评定结果可统计各分部工程、单元工程合格率及优良率，还可对参加质量评定人员进行追溯；质量管理活动主要对重要质量会议纪要、质量抽检记录等内容进行在线管理。质量管理见图7。

图7 质量管理

安全管理。安全管理模块主要包括建设期间对施工场区的安全巡视、隐患排查、专项检查、安全活动、危险源清单、应急演练、应急预案文明工地等方面的在线管理。安全管理见图8。

图8 安全管理

进度管理。将单位时间跨度内完成的工程量上传，综合管理平台可自动对工程量和投资进行统计分析，并以横道图、饼状图、柱状图等形式显示，能够使工程各参建单位直观了解、管控整个工程的进度投资情况。进度投资管理见图9。

图9 进度管理

4D 施工模拟。将BIM 模型与时间关联，实现了溢流坝段任意施工节点的进度查询，当大坝填筑到一定高程时，点击暂停按钮，则显示当前施工节点的工程量、工期、投资信息，为溢流坝段施工进度管控提供了重要参考。溢流坝段4D 施工模拟见图10。

图10 4D 施工模拟

运维阶段BIM 应用

运维阶段，出山店水库工程应用BIM、GIS、无人机倾斜摄影等信息技术，开发了设备巡查、安全监测、防洪度讯、移民管理等信息化系统，实现了出山店水库工程运维管理的信息化。

安全监测。基于BIM 的工程安全监测系统（见图11），包含了位移、应变、渗压等970 多支安全监测仪器模型，系统可实现监测数据的自动采集，可对监测数据进行自动分析，并对异常的数据进行自动报警等功能，为工程运维阶段安全监测提供了有力保障。

在没有碾压成型并冷却的道路上，压路机不得转弯，掉头或停车。在已经成型的路面上行驶时，震动压路机的震动功能应保持关闭状态。

图11 工程安全监测

设备巡查。结合出山店水库工程设备巡查维护要求，项目团队开发了机电设备巡查监管系统（见图12），该系统实现了巡查计划制定、问题发现、问题上报、问题处理等全过程、全流程的设备巡视巡查信息化管理。

图12 移动端巡查App

防洪度汛。基于BIM 和GIS 的防洪度汛系统（见图13），能够实时获取库区雨量站、水文站的水雨情信息，并在线计算、分析、预报某一时间段内库区洪峰流量，可视化展示某一时段内洪水推进过程，为工程运维阶段安全度汛提供决策支持。

图13 洪水模拟

移民管理。利用无人机倾斜航飞，该项目制作了工程16 处移民安置点360 全景（见图14），全面直观的展示移民工作的形象风貌，对移民安置管理起到较好的辅助作用。

图14 移民管理

基于对BIM 技术在出山店水库工程全生命期各阶段的应用内容和效果进行全面的梳理和总结，可以发现，在设计阶段，基于ProjectWise 协同管理平台完成BIM 模型创建，应用BIM 模型进行仿真分析、碰撞检测、工程算量、模型出图，提高了设计质量、降低了人力成本。

施工阶段依托建设期综合管理平台，借助BIM 技术实现了质量、安全、进度等全要素管理，提升了出山店水库工程的施工阶段信息化管理水平。

运维阶段基于BIM 的设备巡查、安全监测、防洪度汛、移民信息可视化管理、移民管理等，使出山店水库工程运维信息化、智能管理再上一个新台阶。

总结而言，出山店水库工程将BIM 技术应用到工程全生命期，并结合GIS、无人机倾斜摄影、互联网、计算机网络等技术，提出水库工程全生命期BIM 应用和信息化管理解决方案。设计阶段基于BIM 开展正向设计，提高设计质量；施工和运维阶段开发建设期综合管理平台、设备巡查、安全监测、防洪度讯、移民管理等系统，显著提高了施工和运维阶段信息化管理水平。将BIM 技术贯穿于出山店水库工程设计、施工、运维全生命期，积累了成套技术，取得了良好的经济及社会效益形，形成了行业示范效果。