BIM+全过程咨询管理平台在水利工程中的探索与实践

尤林奇，刘瑾程，肖光磊

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南省 郑州市 450003）

0 引言

近年来，工程全过程咨询管理模式进入工程管理高潮期。而BIM技术作为贯穿于水利工程全生命周期集成各种阶段管理信息的先进技术，能够有效地实现水利工程领域的信息集成，实现相关信息在项目规划、设计、建设和运营的全生命周期中的有效利用，二者结合必然是将来工程管理模式创新和改革的重要方向。

目前，在已有关于二者的结合模式的理论研究和行业分析[1～23]，从国家、技术和现状等方面进行分析，指出了发展趋势、应用重点和难点等。此外，BIM+全过程咨询模式在建筑行业已尝试付诸实施[24,25]。

然而，上述应用仍在探索阶段尚存在一些问题：在设计阶段以BIM应用为主，未在全过程咨询平台中开发相应功能；在施工阶段虽搭建了施工管理平台，但各阶段信息集成度不强，对于标准化程度不高的水利行业借鉴意义相对较小。基于上述探索成果和问题，本文基于西丽水库至南山水厂工程探索和开展了BIM技术在水利行业全过程咨询过程中的应用，搭建和应用了全过程咨询管理平台。

1 实践案例

1.1 工程概况

西丽水库至南山水厂原水管工程是为深圳市南山水厂及其扩建工程提供原水，以满足前海合作区、后海片区及留仙洞总部基地片区未来新增用水量。本工程新建取水塔、深层隧洞和提升泵站，由西丽水库向南山水厂提供原水，水厂供水规模为130万m3/d，主要建设内容包括：上游西丽水库建设岸塔式取水口1座、深层隧洞（长约5km，埋深约60～200m）、下游在南山水厂设提升泵站1座，负责全过程咨询工作。

1.2 需求分析

1.2.1 用户需求分析

本工程采用全过程工程咨询模式进行管理，具有参建单位众多、规模体量大、建设工期紧，管理协调工作量巨大，管理任务繁重等特点。在用户需求分析过程中梳理形成项目管理组织图（见图1）。

图1 项目管理组织图Fig.ure 1 Project management organization

1.2.2 业务需求分析

决策阶段：工程前期决策阶段全过程咨询业务包含总体规划、投资估算的编制与审核、方案经济比选、报批报建等。在平台中需利用BIM技术实现前期信息共享、造价动态管理和方案比选管理，及时生成各类全过程造价咨询报告和报告。

设计阶段：本阶段业务内容包括对设计方案的分析、咨询和优化等。为保证设计阶段信息贯通，需通过量价BIM模型有效复核工程设计阶段的概预算。需基于BIM技术的可视化、协调性、模拟性及优化型及可出图的特点，把建筑外观形状、颜色、尺寸、内部结构及主要设备和管道的关系真实形象地展示出来，为方案设计及优化咨询服务提供良好的信息平台。

招投标阶段：本阶段主要业务需求是基于BIM完成对招标采购过程、完成状态和结果的管理。

施工阶段：本阶段咨询主要业务内容包括对工程进度、质量、安全、资金、合同履约等方面进行综合管理。一方面，需基于细化的施工图BIM模型，解决碰撞问题，优化设计，降低施工难度。另一方面，基于及时更新的BIM模型搭建工程虚拟建设场景，使项目参与方通过一张图随时了解进度、成本、现场情况、安全和质量管理等问题。

竣工及运营阶段：本工程该阶段包括竣工阶段结算和决算编制审核、竣工及移交管理等。

1.2.3 重难点需求分析

（1）模型数据不统一。本工程项目不同阶段的BIM模型建立是由设计、各标段的施工、全过程咨询方分别完成的，使用设计平台各不相同，包括Autodesk Revit、Bentley、Dassault 3DExperience等各类BIM模型交付格式不统一，造成模型无法统一使用。

（2）数据孤岛严重。在项目实施的过程中，工程不同阶段数据难以互通；且不同参建方各自拥有项目管理方式和平台，缺乏统一的管理和能够进行传输转化的接口，导致管理数据冗杂、不统一。

（3）缺乏成熟标准化平台指导。国内针对全过程工程咨询管理平台所涉及的项目成功案例较少，主要在局部阶段应用基础上进行了数字化管理的探索实践，难以在行业内全面推广应用。

1.3 应用策划

本咨询平台开发在充分调研和分析国内外现有全过程咨业务现状和需求、充分分析本工程组织管理架构特点的基础上，深入剖析本工程目前需求、问题和业务痛点，决定以设计、施工阶段和咨询审查功能为重点研发突破口。

在平台搭建阶段，首先根据本工程BIM标准规定各阶段模型成果交付和应用要求，并基于此融合GIS信息建立工程各阶段数字孪生场景；基于WebGL、中间件等技术，采用模块化开发思路，结合需求分析结果，研发工程全生命周期咨询管理业务相关功能模块，注重各阶段信息和全过程咨询模块之间基于BIM模型的信息传递和继承，实现工程现场咨询管理、分析和预警；最终基于云计算、虚拟化等技术云端部署，应用于工程现场管理。具体应用策划的技术路线见图2。

图2 平台研发技术路线Figure 2 Technology route of system development

2 系统应用

根据工程现场实际情况和需求调研分析结果，以设计阶段、施工阶段和咨询审查功能为重点管理阶段。

2.1 设计阶段管理

在设计阶段，为满足设计阶段全过程咨询单位对设计方案的分析、咨询和优化、方案审批等工作，需要将各阶段、各方的设计模型统一纳入系统平台。根据本工程实际特点，可研阶段模型为Autodesk Revit平台的rvt模型，初设阶段模型为Bentley Mircrostation平台的dgn格式模型，项目模型咨询成果为将初设模型导入达索3DExperience设计平台（以下简称3DE平台）后，对模型进行量测、碰撞、计算等复核的成果。

此外，基于上述A+B+C平台设计和咨询成果，利用多源数据融合技术[26]导入工程全过程咨询平台，使得参建各方基于同一平台进行设计成果提交、咨询和业主审查及反馈等流程。模块功能包括设计方案、设计管理、模型图纸批注审查等模块（见图3和图4）。

图3 BIM模型审核Figure 3 BIM model examining

图4 图纸审核Figure 4 Drawing examining

2.2 施工阶段管理

本阶段咨询平台主要功能包括工程进度、质量、安全、资金、合同等方面进行综合管理，基于细化的施工图BIM模型建立工程虚拟建设场景，使项目参与方通过一张图随时了解现场情况，通过BIM平台更高效协调各方关系。

（1）工程全景驾驶舱。通过应用多源数据融合及轻量化技术，融合不同阶段、不同参建方的BIM模型，结合GIS要素，最终将工程数字孪生场景展示在平台驾驶舱中，包括工程全线桩号、重点建筑物位置和施工工作面情况，以及工程进度、质量、安全和费用总体情况。并可通过二维地质剖面图和三维深邃管线模型联动查看任意桩号的地质和施工情况（见图5）。

图5 工程一张图全景Figure 5 One map of the whole engineering

（2）进度管理。功能基于孪生场景和传统甘特图联动，包括计划浏览、偏差分析、偏差趋势、进度纠偏措施及指令等功能，可基于移动端进行快速进度上报，实现进度管理、进度录入、上报进度日志、进度统计等（见图6）。

图6 进度总览界面Figure 6 Schedule managment

（3）质量管理。根据项目划分拆分BIM模型，通过点击模型采集录入或抽取工程质量管理相关数据，在线完成工程参建各方质量管理相关业务，包括质量评定、质量问题追踪、原材料检测跟踪，并集成在质量管理BIM模型上，利用各项质量相关数据进行自动统计计算、自动载入调看，实现对现场质量管理的辅助决策作用（见图7）。

图7 基于项目划分列表和BIM模型的质量管理Figure 7 Quality management based on project item division and BIM model

（4）安全管理。包括基于BIM的监测数据展示、危险源管理、安全检查与整改，动态展现工程相关区域监测设施设备的位置、类型、实测数据分析结果、异常数据情况和危险源隐患分布情况。施工过程中安全管理相关资料信息进行统一归口管理。应能满足安全数据可视化、安全管理相关数据智能分析检索、预警信息发布等辅助决策功能（见图8）。

图8 基于BIM场景显示危险源位置及信息Figure 8 Hazard position and information based on BIM model

（5）费用管理。包括基于BIM的各工作面费用完成情况（同步不同颜色显示超支、正常、结余）、费控数据统计、费控台账（根据挣值法基于项目划分进行计算统计）等（见图 9）。

图9 基于BIM费用管理专题图Figure 9 Expense management thematic map based on BIM

2.3 咨询审查管理

咨询审查管理模块基于本工程全过程工程咨询业务需求，涵盖设计、施工阶段的各项审查工作流。工程各参建方可基于平台上传待审资料、在线审查（文档、图纸和模型等）、审查和分发等。打通了各阶段、不同参建方的数据流转（见图10）。

图10 审查流转信息界面Figure 10 Examining process interface

3 应用效益分析

在本平台的应用过程中，基于各参建方多源BIM模型和GIS数据融合到同一工程场景，系统可帮助管理人员可视化了解项目情况、并基于咨询业务功能模块开展工程咨询工作，目前项目已经进入施工阶段，已完全实现了线上化的成果咨询审查，截至目前，项目的11个专业共进行19轮次的审查工作，审查了包含BIM模型及图纸、倾斜摄影资料及专题报告在内的10余个对象，咨询单位共交付617条审查意见，相关单位共采纳540条，在疫情期间顺利完成了咨询任务，保证了项目进度，提高了工程现场管理的可视化、精细化、便捷化，取得了良好的工程管理效益。

4 结论

综上所述，本平台在BIM+全过程咨询模式理论研究和实际调研基础上，基于BIM技术创新性地实践了水利行业全过程咨询管理平台实现方法，融合各参建方不同格式模型到同一场景，借助BIM模型和咨询流程打通工程各阶段数据壁垒，形成全过程咨询平台模块化功能在一定程度上解决了全过程咨询项目跨阶段、参建方多、数据不统一相互孤立等痛点，使全过程咨询服务具备更合理、项目管理更高效，同时极大减少了项目沟通成本。然而，系统涉及BIM模型的功能模块在日常推广使用时因加载速度、操作流程等因素导致用户使用频率不高，后续将通过模型轻量化、引擎优化等方式提升用户体验。