数字化创新提高建设项目全生命周期管理效率

文｜江涛 李成

BIM 是建筑信息模型的英文简称，是指全寿命期工程项目或其组成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享数字化表达。它不是简单地将数字信息进行集成，而是通过信息的集成，更深化的统筹应用数字信息，它支持规划、设计、建造和运营的全过程应用数字模型。

在水利工程中引入BIM 技术，不仅仅是对原有施工管理方式的一种创新，还是提高水利工程施工质量和施工效率的有效手段，可以更加有效的指导具体施工过程并提高施工管理水平，是当前工程建设领域研究的热点。

传统的建设和运维管理方式具有信息流通滞后、查阅困难、二维图纸直观性差、工程量核算效率低、出错率高、工程款认定支付周期长、进度计划管理滞后、偏差大、质量、安全管理科学性低、运维管理效率低等问题，已经难以满足行业信息化飞快发展的要求。

BIM 技术推动建设项目提质增效

中国水利水电勘测设计协会组织成立了水利水电BIM 设计联盟，并已发布了水利水电工程信息模型设计应用标准、设计信息模型交付标准、信息模型分类和编码标准、信息模型存储标准等。在《中国水利水电勘测设计协会2019 年工作要点》中，明确提出“以BIM 为依托，提升行业信息化水平”“加强勘测设计BIM 标准的编制，研究施工和运行管理BIM 标准，推动制定全生命周期BIM 团体标准”“推动BIM技术在水利水电行业信息化发展中的应用，加快BIM 技术的自主创新和工程实践”。

2018 年9 月，贵州省发布《关于印发<贵州省水利工程质量提升实施方案>的通知（黔水党[2018]94 号）》文件，明确提出了BIM 技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用要加快推进，促成在全生命周期内数据信息的共享，提高数据信息化管理，以便对项目策划方案进行优化，为项目实施方案的科学决策提供依据，从而不断促进水利工程建设项目提质增效。

BIM 技术的出现为解决传统技术应用的不足和局限性提供了方案，同时可为水利水电工程领域施工环境多变、施工难度大、施工强度高的项目BIM 技术应用提供一种解决方案。BIM 技术的核心是通过建立包含建筑物真实信息的三维建筑信息模型，以信息模型为基础，可对工程项目功能特性及三维实体进行数字化表达，使得建设项目不同阶段的不同参与方都可以在这个信息模型中获取所需的信息，实现建设项目全生命周期的信息高效共享，提高建设项目全生命周期内的管理效率，从而加快工程进度，提高工程质量，减少工程成本，降低工程风险。BIM 技术基于三维可视化、参数化建模、组织协同、数据集成等功能，为工程项目的建设管理提供了全新的方式。

图1 碾压混凝土大坝BIM 设计图

图2 溢流表孔设计图

以都匀市大河水库工程项目为例，该项目是贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司承接的项目管理总承包项目。水库总库容4376 万m3，工程等别为Ⅲ等，规模为中型，工程总投资9 亿多元。工程由大坝枢纽、供水工程两部分组成。大坝枢纽主要建设内容有碾压混凝土双曲拱坝、廊道，坝顶自由溢流表孔、冲砂底孔、护坦、取水口等。大坝最大坝高为105 米。

本项目在前期设计阶段已成功应用BIM 技术进行三维设计，基本实现了水工、机电、金结、施工等专业间的协同。

统筹策划 优化工期

项目应用BIM 技术实现施工阶段的深化应用。地形模型建立，采用GEOPAK Site 生成地形模型，然后进行后期的工程设计，如土方开挖、道路设计以及场地平整等。同时，对工程的排水系统、道路系统进行提前策划布局，对其他临建设施如塔吊、起重机等施工元素的布置根据施工进度提前进行统筹策划。

场地动态管理方面，根据施工各阶段特点，可对场内布置提前进行方案策划，并做方案推演，以便得到最优的场地布置实施方案，使得场地使用效率得到实质性地提高，二次布置导致的费用增加得到一定程度的减少。

施工工艺流程模拟。大河水库工程碾压混凝土坝，浇筑上层混凝土前，先在下层铺筑一层砂浆，然后采取不同运输方案运输混凝土入仓。平仓机（推土机）将料进行均匀摊铺，振动压实机（压路机）对料按照设计要求进行压实。振动切缝机对位拟切缝位置，切缝至设计深度。切缝完成后，振动压实机再沿切缝部位无振碾压两遍。

图3 大坝基础开挖三维设计图

图4 枢纽区场地布置

模拟仿真 控制成本

在工程施工时，尤其对于水利工程项目，需要合理安排枯水期施工、丰水期排水，水利工程基本上都是在赶工期，与时间赛跑，在这有限的时间内，怎样合理安排进度，关系到整个工程的完工时间和成本。通过BIM 技术，可以根据实际的工程模型来监督工程进度，对于安排不合理的部分，可以在不影响整个工程进度及自身安排的前提下，合理调整该部分的进度。同时，BIM 技术也可以解决多个工作面交叉施工的问题，BIM 模型经过施工过程精细化处理后与施工进度计划信息相关联，以此将三维空间信息与时间信息进行整合，从而可以更直观、精确的在一个可视的4D 模型中得到整个工程工作面的施工全过程。

大河水库碾压混凝土大坝施工进度模拟，根据碾压混凝土大坝的施工特点进行模型的建立，进度模拟每仓浇筑时间为13 天每仓。首先根据大坝高程对大坝进行分仓，大河水库碾压混凝土大坝坝高为103m，把大坝分为35 仓，在施工进度模拟进行之前首先就要按照大坝分仓图进行模型的建立，然后进行大河水库碾压混凝土大坝的模拟。

本工程基于公司在项目管理总承包业务的工作范围、工作内容和深度，结合二维码管理系统、虚拟全景浏览技术、Web 端和手机端的模型浏览器等技术，将BIM 技术与采购管理、技术管理、质量管理、环境和职业健康安全管理、费用管理、档案管理、沟通管理、品牌建设等进行了深度融合。

BIM 技术在实施阶段中的应用目前已经较为成熟，从推广应用层面，要能更加扎实推进BIM 解决实际施工问题，提高施工管理水平，推进施工阶段的深化应用。

图5 碾压混凝土仓面施工工艺流程图

图6 斜层摊铺、碾压工艺

图7 枢纽区施工4D 模拟三维成果图

在采购、施工等阶段运用BIM 技术协调项目参建各方，提高工程建设整体管理水平，研发基于BIM+GIS 的水利水电工程建设和运维管理平台，开展典型工程应用示范，与已有的BIM 协同设计技术结合，实现BIM 技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用等方面是今后一段时间研究的重点。