BIM 技术在海曙区内河水体调控工程中的应用分析

吕家树，徐 浩，廖铭新，吴 浩

（1．宁波市河道管理中心，浙江 宁波 315000；2.宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315000）

随着信息科技的快速发展，工程建设已迈入数字化、智能化时代。BIM 作为信息技术在建筑行业已有较长的应用历史，但与发达国家相比，我国BIM 技术的应用仍处于“初级探索阶段”，在水利行业中仍存在较大的发展空间。

1 工程基本情况

2019 年10 月21 日，宁波市发展和改革委员会复函同意海曙区内河水体调控工程——屠家沿翻水站初步设计（甬发改审批〔2019〕443 号），概算投资4407.78 万元，工程项目主体包括屠家沿翻水泵站与庙后河节制闸2 部分。该工程的主要任务为通过增加生态引水、涝水外排和工程集中控制，达到改善城区内河水体质量、增强排涝能力和美化河道景观的目的。工程主要内容包括改扩建屠家沿泵站（双向翻水5 m3/s）及新建临时泵站（1.5 m3/s）；新建庙后河闸净宽20 m；此外，新建泵房和海曙调控调度中心，总建筑面积为818 m2，其中调控中心建筑面积为336 m2，泵房建筑面积为482 m2。

本工程涉及专业较多，施工地点位于中心城区，场地狭小，地下管线密集，周边设施产权复杂，且与其他工程存在交叉，因此管理对象众多，数据量庞大，综合管理难度较大。基于此，有必要通过信息技术加强工程项目管理提升水利工程项目虚拟建造及精细化管控水平，实现各参建方在工程项目全生命周期中的数据共享和协同配合。

2 BIM 的基本概念及应用实施模式

2.1 BIM 的定义

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术，是指建设工程的物理特征和功能特性等信息的数字化集成，是一种应用于工程设计、建造和管理的数据化工具，具有可视化、参数化、仿真性和信息完备性等优势[1]。BIM 作为一个共享的知识资源，可以共享某一设施的信息，为该设施从规划到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程[2]。通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在工程规划、建设和运维的过程中，工程技术人员可以快速获取各种建筑的信息并作出有效应对，为各参建主体提供协同工作平台，在提高生产效率和成本工期优化等方面发挥重要作用[3]。

2.2 BIM 的应用实施模式

BIM 实施模式主要分为建设单位BIM 实施模式和承包商BIM 实施模式2 种。建设单位BIM 实施模式是指由建设单位设立内部专业的BIM 实施团队并主导BIM 应用实施，推进各方协同采用BIM 技术，实现项目的BIM 技术应用；承包商BIM 实施模式是指通过建设单位委托第三方单位开展BIM 技术应用，以辅助项目建设与管理。

2 种BIM 实施模式优缺点见表1。

表1 实施架构对比表

海曙区内河水体调控工程建设单位为宁波市河道管理中心，建设管理人员少、任务重，无条件成立专职团队，同时参与单位包括设计院、施工单位、安装、监理和审计，由于各单位暂无完善且统一的BIM 应用标准，且应用水平参差不齐，为便于BIM 应用协调，本项目采用承包商BIM 实施模式。典型承包商BIM 实施模式的架构如图1 所示。

图1 典型承包商BIM 实施模式的架构图

3 BIM 技术在工程中的应用情况

3.1 BIM 应用项目选择

本项目BIM 应用阶段包括施工图设计阶段、施工阶段和运维阶段，通过与各参建方交流讨论，结合本水利工程的项目特点，选定具有工程管理意义的应用点开展BIM 技术应用，如预制构件加工、施工放样、面积统计和施工漫游等并增加了施工场地航拍VR 全景展示。本项目已实现的BIM 应用项目见表2。

表2 BIM 应用统计表

3.2 设计阶段的应用

过去的水利工程三维动画或工程效果图往往通过精美的画面达到宣传展示作用，缺少在工程设计上的应用[4]。而BIM 技术可以使传统二维图纸以三维模型的方式呈现出来，极大地加深了施工人员对于图纸的理解。在本工程设计阶段，通过BIM 技术中的模型构件碰撞检查及三维管线综合、竖向净空优化和虚拟仿真漫游等功能辅助施工图设计及审查，收效显著。设计人员将各专业的模型整合至同一项目文件中，通过剖切生成平面、立面和剖面等二维图纸。通过核对各专业模型构件在平面、立面和剖面的位置，设计人员可以判断设计是否存在误差，从而消除不同专业分工设计中容易出现的不统一和碰撞等错误。屠家沿BIM 模型如图2 所示。

图2 屠家沿BIM 模型

本项目实现了“机电+水工”“建筑+结构”“机电+结构”和“水工与结构”4 组模型碰撞分析，根据碰撞结果对设计专业配合程度进行了判断和分析，在剔除笔误及非关键性错误后，发现屠家沿翻水泵站设计存在8处碰撞，庙后闸存在4 处碰撞，室外管线BIM 模型如图3 所示。通过对各专业图纸进行统一校核后发现了诸如横梁结构平剖面之间不配套、桩长与设计说明不统一等问题，并根据审查结果提出优化建议，形成《海曙区内河水体调控工程BIM 技术咨询报告》，根据报告修改调整了相关图纸，截至目前项目主体已基本施工完成，施工阶段未发生因设计错误而导致不必要的设计变更。

图3 屠家沿室外管线BIM 模型

3.3 施工阶段的应用

3.3.1 施工组织优化

通过BIM 技术可以使施工人员了解在建工程全貌、结构形式和采用的施工工艺、工程进度等。基于BIM 的施工模拟可以展现施工场地布置情况，为项目管理人员规划组织物料进出场顺序和施工工序衔接提供重要参考。本工程在施工组织方案编制阶段，运用BIM 模型进行施工总平面布置，从而优化机械进出场线路及材料堆场定位，及时发现施工过程中可能存在的碰撞问题。在项目建设前期协调不同专业的施工冲突问题，以此进行资源配置和时序调节，减少施工中不必要的资源浪费和工期损失。

本工程在施工前期利用BIM 模型，进行了施工进度模拟，针对本工程中的重难点即庙后河闸基坑施工方案，进行了施工工序模拟，将传统的施工进度计划与三维BIM 模型进行融合形成BIM4D 模型，以4D 施工仿真模拟的形式直观地体现施工过程，使管理人员可以清晰地了解整个工程进度安排，为参建各方提供了施工计划的讨论平台。此外，基于BIM 的施工进度模拟可以使施工人员及时找出每个施工环节的重点和难点，从而制订出合理可行的进度计划，保证整个工程实施过程中人力、物力和机械安全的合理性[5]。此方式相较于传统横道图、进度计划表，更全面和直观地反应项目的施工工序的先后关系，但受限于BIM 应用软件，现阶段仅实现了对于施工过程的展示，难以结合施工布置融入理论计算，无法实现模拟过程中对模拟内容进行计算复核，如施工模板施工空间是否充足、施工机械布置是否冲突，均无法通过BIM 软件直接分析，致使施工计划模拟的效果过于依赖BIM 实施人员的自身施工经验及对项目的了解程度。在工程建设过程中，本项目开发了一种针对施工荷载及机械的三维模拟系统，该系统可以根据设计要求设置荷载及施工道路，通过对施工机械运动模式的模拟，验证施工方案的合理性。

3.3.2 施工安全管理

海曙区内河水体调控工程位于城市中心，施工人员所处的平台空间有限、人员密集，建设期间面临诸多安全隐患。常规的安全管理以现场培训和监督为主，管理起来难度较大，为便于参建各方查询使用BIM 咨询成果，本工程推出了模型轻量化展示平台，主要包含BIM 模型加载、三维空间测量等核心功能模块，使用者只需扫码登陆即可在网页端、移动端查看模型及工程信息。

针对危险源管控和隐患排查治理，项目部可以通过移动端、网页端轻量化平台建立起“识别危险因素→划分危险区域→施工安全监控”的立体安全监控管理体系[4]，项目法人召集各参建方定期召开安全生产例会及安全技术交底会议中对现场相关工作进行详细部署，同时根据现场管理反馈的问题优化模型。

3.3.3 进度投资管理

BIM 技术在进度投资管理中的应用较为成熟，可以综合相关的项目进度、成本等，利用三维模型对各个施工阶段的材料、劳务及设备等需用量进行计算、模拟和优化，使建立的各种需求计划更加科学、合理，从而形成相应的项目成本计划，让工程建设的成本管理和控制更加精细化。

本项目根据工程实际进度，由管理人员定期更新相关参数，在模型中自动计算工程量并及时统计工程施工中的材料消耗、机械结算等内容，分析比较实际成本与预算成本之间的差异，使成本实现动态分析与控制，在保证工程施工质量和效率的同时，降低工程成本，节约工程投资[6]。工程量复核计算的应用为项目跟踪审计提供计算参考，审计人员结合BIM 模型对照工程现场，快速提取所需要的工程量，便于审计复核工程完成情况，也提高了项目工程量计算效率。但由于受限于商业BIM 软件对于水利工程的支持程度不高，BIM模型计算的工程量无法准确给出与审计完全对应的项目造价编码，导致审计人员需要再提取BIM 模型工程量后进行手动对比分析。

3.4 运维阶段的应用

水利标准化的要求随着技术日益完善而不断提高，宁波市河道中心在闸泵标准化生产中推进运维制度化、元素化和信息化，BIM 技术在工程项目建成移交运维的过程中为其提供了有力地支撑。BIM 模型不仅是一个空间模型的三维体现，更是一个数据信息的载体，每个模型构件蕴含有几何尺寸、位置信息、安装工艺、生产厂家和价格等信息。施工完成后，可以通过BIM 模型及时了解构件和设备的运行情况并进行远程监控。当后期出现问题时，可以调用BIM 模型来显示问题的数据和信息，以便于维护和管理。

4 结束语

BIM 作为工程信息化、数字化的表达，拥有三维可视化、管理协同性、虚拟模拟性和建设优化性等特点。其包含了工程项目建设全生命周期的所有信息，在设计阶段、施工阶段和运维阶段发挥着巨大作用，使决策者提高决策效率，优化项目投资，减少建设工期及成本。通过本次BIM 技术在海曙区内河水体调控工程的应用，得到如下启示。

1）参建单位应及时抓住BIM 介入项目的最佳时机。BIM 技术的优势主要体现在：第一，在施工前构建BIM 模型可提前发现并解决设计中可能出现的问题，从而减少返工及材料浪费。第二，可以将各种工程信息集成到基于BIM 模型的建管平台中，形成稳定的在线管理系统。因此，BIM 技术应用越早，规则制定越完整，其应用价值就越高。如果项目已经建成，许多BIM 应用将错过最佳应用时机；如果介入迟缓，将导致BIM 的应用价值没有明显体现，使得项目其他成员对BIM 的应用意义产生疑问，影响BIM 在工程应用中的推行。

2）数据交流协同管理是未来水利工程项目建设的必然要求。协同管理平台和多样化智能化建设手段的运用，为水利工程建设和管理带来更多可能，这将成为现阶段乃至未来BIM 工作的重要组成部分，在提高工作效率、节约时间成本和增强各方联动等方面具有显著效果。

3）BIM 技术有助于加强信息化交流与管控，极大地提高了施工的效率和水平。通过BIM 技术在工程数据统计、进度款结算审计中的应用，可以实现施工组织的优化和安全生产管理，但仍需结合施工企业的应用需求进行深入探索，BIM 在本工程运维阶段的研究也将持续推进。