BIM技术在水利工程建设与管理中的应用

高 柯

新疆头屯河流域管理局 新疆 昌吉 831100

近年来，每年国家水利建设的发展速度和规模都在稳步增加，水工建筑的数目和结构的复杂性越来越高，防洪防汛调度的难度也越来越大，各种观测资料的处理工作也越来越繁杂，这种改变也就极大地影响了水利工程的运行和管理工作。当前，在国内的大中型水利工程的运行控制和管理工作中，都安装了自动化控制系统，可以在某种意义上提升水利工程的现代化管理水平，保证管理部门能够得到有用的相关信息。但是，在现实的运作过程中，现行的水利工程的建设与管理体系也出现了许多问题，因此，迫切需要对现行的水利工程的建设与管理相关工作加以完善，而采用BIM技术能够很好地解决这些问题。

1 BIM技术概述

1.1 BIM技术概念

BIM技术是一种数据化管理工具，主要是用于工程设计、工程建造以及工程管理，利用3D立体设计来替代传统的平面设计，推动整个建筑工程行业的稳定发展。通过对建设工程行业环保工作的全面推行，为我国水利建设工程行业的现代化信息水平的持续提高奠定了坚实的基础，对整体产业的升级和转型发挥了积极的推动作用。在实际的水利工程建设工作中，通过BIM技术，能够对整个建筑结构进行仿真，从而能够从各方面着手，达到对施工造价以及实际作业效率的有效控制，同时也能够充分发挥同步管理工作的优势，从而推动水利工程整体管理工作质量的不断强化，达到提高资源使用效率，确保工程质量水平的目标[1]。目前，BIM技术在总体上已处于比较成熟的阶段，并在许多方面得到了广泛的应用，它是目前信息技术发展的主要方向，得到了很多人的重视。

1.2 BIM技术特点

1.2.1 可视化

在常规的水利工程建模设计工作中，大部分都是采用2D的平面图形、图纸，在建模过程中，具体项目的立体效果很差，因此，在进行工程设计的过程中，往往会造成设计方案中没有明显的特点，并且可视性也不高。而应用BIM技术，平面的图纸设计将转变为三维立体的形式，这样，就能从3D模型中看到工程项目的整体信息，在此基础上，BIM技术下的3D建筑模型能够完整展示从施工初到施工完成的全过程变化，使工程的所有作业都可以在可视化的条件下进行。

1.2.2 协调性

作为BIM技术最主要的特征，利用协调性特征，工程业主方、施工方、设计方可以相互配合，相互协调。以往水利工程项目的设计早期，因为各个分项的设计人员没有进行好的沟通与交流，所以在后续的实际施工建设过程中，会产生一些相互影响的问题。此时，借助BIM技术的协调性这一特性，就可以对这一类型的问题进行有效的解决。应用BIM技术进行项目图纸设计，将设计方案各部分的信息输入到软件中，系统会自动对其进行碰撞检查。最后，还可以出具协调报告，让各部分的设计人员可以及时发现问题，从而保证可以实现事先的控制，防止在后续施工过程产生更大的问题，也就大大地节省了施工时间与成本费用，保证工程经济效益。

1.2.3 模拟性

BIM技术的模拟性特点是指BIM模型可以模拟建筑项目中的各种情况，例如节能模拟、紧急疏散模拟、施工模拟、进度模拟等，为项目提供全面的数据支持，进而更好地制定计划和决策[2]。项目管理人员可以依据模拟情况进行相应的施工作业，从而可以对施工项目的具体造价成本进行有效地控制。

1.3 BIM技术的价值

将 BIM技术运用到水利工程项目中，可以使水利工程施工过程中的建设与管理工作更加智能化。利用传统的2D建模方法在进行绘图，往往不能取得理想的结果，且易造成项目的变更，造成各类资源的大量浪费，而采用3D建模方法可以有效地克服以上问题。BIM技术能够在保持原有设计不变的前提下，通过3D建模为水利工程的下游区域提供更为真实可靠的数据支持，能够保障各技术环节相互配合的有效性，并能够为建设单位提供更多的建筑材料，从而减少人力、物力、财力的浪费，达到降低建设成本的目的。并且，通过构建 BIM数据库，能够在任何时间内，迅速获取基础项目的信息，并将项目的计划消耗、资金费用与实际情况进行对比，从而精确地知道工程建设是否超出了预算、超出了标准，进而对项目的成本风险进行有效的管理和控制。此外， BIM技术最为直接的特点就是三维可视化。在整个水利工程的施工过程中，能够及时地找到 BIM技术在工程中应用中存在的缺陷，降低在水利工程施工过程中产生的错误损失或返工的可能性，进而确保对项目的最优化，强化整体工程的施工质量。

2 BIM技术在水利工程建设管理中的应用研究

2.1 在水利工程项目决策阶段的应用

在水利建设项目的具体实施过程中，需要进行项目的初步规划和可行性分析等工作，而BIM技术在其中起着举足轻重的作用。在进行水利工程的初期规划工作的时候，业主要对工程项目的功能定位、投入定位等进行初步的确认。与此同时，要确保项目部门与财务部门、设计部门、工程部门之间能够进行足够的、及时的沟通。在此期间，若有某个部门的数据发生变化，将会影响到其它部门的工作，此时，一个畅通的交流平台就成为了确定项目决策工作的关键所在。BIM技术在这个阶段的应用，可以实现工程信息的共享，保证各部门之间的信息一致性，让各部门可以最快的掌握工程的第一手数据，并作出决策。在进行工程的可行性研究时，要对水利建设的规模、规划方案等进行详细的阐述，并对水利建设的具体效益进行分析。但是，由于没有准确的设计图作为参照，预算、核对等工作普遍具有很大的难度。而在该工作中应用BIM技术，可以对项目周边环境、施工用料等有更好的认识，从而使成本估算、收益判断更加准确。

2.2 在水利工程项目设计阶段的应用

对于水利建设项目，最重要的一个环节就是水利工程的规划设计，它直接关系到工程项目的工期控制、成本投入以及质量管理。以往的水利项目规划设计工作中，普遍以CAD为主导，对于工程的设计问题，以工程规划作业专家为主要参与者，以平面CAD绘制的工程图纸为主体。BIM技术在水利项目的规划设计阶段的应用，能够对其进行快速的建模，因此能够让业主对水利工程规划设计的总体状况有一个全面的认识，这对于实现对水利工程规划设计的优化和精确定位都是非常有利的[3]。在水利项目的规划设计过程中，很容易出现错、漏、碰、缺等问题，这往往是因为设计的沟通平台不同，造成的设计人员的沟通和交流不够及时、不够充分，从而给水利工程的建设工作造成了一定的安全风险。然而，在这一阶段应用BIM技术，能够利用三维的优势来对规划成果进行展示，从而能够及时地找到并改正规划设计中存在的问题，对消除在规划设计阶段所产生的风险隐患有所帮助。

2.3 在水利工程造价中的应用

在具体的水利工程中，施工企业在进行建设过程中，会牵扯到很多方面的专业知识，因此，对施工人员的职业技能要求很高，其次，由于水利工程项目的总体建设面积很大，而且其内部的构造也比较复杂，因此如果仅仅依靠二维建模来进行建筑方案的设计，不仅不能达到预期的效果，还可能会影响到项目的总体设计效果。对于以上问题，有效的应用3D模型可以有效的解决这些问题，而且BIM技术也可以在确保施工质量的前提下，通过3D模型为水利工程下游区域提供所需的信息，从而推动各种技术的充分应用。由于水利工程的特殊性，所以在进行水利工程的各项建设工作时，必须要对施工技术进行全方位的控制，从而不断地提升施工的总体效率和效果，保证项目的总体质量，尽量降低项目的总体费用。

2.4 在水利工程施工中的应用

2.4.1 工地现况建模

将 BIM技术应用于水利工程的现场施工作业之中，根据各个方面的具体情况建立三维模拟模型，并全面考虑生态系统的维保工作。将前期准备工作做好，才能有效提高水利项目的总体建设质量与效率，同时也能根据具体的情况，对项目的设计进行适时的调整、优化。要从根本上保证水利工程建设的质量，最重要的就是要施工人员运用有关的信息数据和专业技术，建立起工程项目的3D立体模型，为后续的各项施工工作奠定坚实的基础。由于3D模型的独特之处，它可以确保所有的建设工作都能够井然有序的进行，有效的避免建设中出现的各种不利状况，提高建设的品质与效率。将3D模型和2D模型相比较，可以看出3D模型有着很好的优势，但是由于2D模型本身有着很多的问题，因此在进行复杂设计的过程中，还会受到一些专业技术的制约，因此不能有效地实现各个作业环节的实际目的。然而，单纯的使用3D模型进行施工工地的开挖建设工作，并不能够得到最精确的资料，此时就必须将两者进行有效的结合，使其最大限度的发挥出各自的效果，从而提高整个施工计划的质量水平，提高整体工作的效率。

2.4.2 三维碰撞检查

以往的水利工程设计一般都是采用平面图，在完成了各个部分的独立设计后，必须把有关的设计图纸综合起来，交给工程总工程师来完成整体的调整，然后依靠人力去查找设计图中的不一致之处，这样不但会浪费工程设计师很多的精力和时间，而且很难保证图纸的整体有效性。而BIM技术拥有一个非常完善的3D碰撞检测功能，并且可以使用Navisworks和鲁班虚拟碰撞软件来实现直接应用，借助该系统的可视化技术，让建筑设计人员能够在真正的项目建设开始前，对项目的工艺设备、土建结构和管道等进行全方位的碰撞检测，在这种检测过程中，可以有效地排除各种软碰撞和硬碰撞问题，从而达到对项目的最优设计，防止在建设过程中因为设计错误而造成的返工和措施性的损耗，也可以实现空间的最优化，保证管道布置的科学性和合理性[4]。施工人员在对三维管线方案进行了碰撞优化后，能够根据有关方案进行施工模拟以及施工交底工作，从而全面提升施工质量与效率，加强施工方与业主的深度沟通。

2.4.3 土方量计算

通过应用BIM技术，同样能够实现对土方量的计算，在具体的操作过程中，工作人员只要设置了一个目标量，BIM技术就能够自己进行计算，具有非常显著的应用价值。其次，BIM技术在土方计算环节中也存在着很大的动态性。在进行水利工程项目建设工作的过程中，土方量和土方计算对项目建设有着很大的影响，同时也是项目预算、施工工作的开展的一个重要的参考依据，能够为保障施工现场的秩序发挥积极的影响作用。从目前的现实状况来看，在进行土方测量时，所使用到的软件一般是AutoCAD和GIS遥感。应用BIM技术进行土方精确测量时，主要是根据建设现场的具体条件建立BIM模型，技术人员根据所获取的资料，对水利建设现场的地理环境条件进行全面的分析，建立特定的地理环境模型，将各种空间三维曲线有效连接起来，最后得出的交线即为工程的原始地表与建设曲线之间的相交线。利用BIM技术，将曲线计算进行动态的链接，在制订施工方案时，应该在最快的速度对施工土方进行挖掘，并将全部的信息数据进行整理，然后根据施工现场的各种情况，来制订出一个完整的施工计划[5]。通过3D模型，能够实现大范围的水利项目数据的统计，进而为各种施工技术的应用提供规范化的指导。

2.5 在水利工程项目运营维护的应用

一方面，利用BIM建模，可以参考与机械设备有关的，如设备的使用年限，使用情况等资料，基本上通过BIM建模中，可以得到全部的重要资料。通过这种方式，运营商能预先了解机械设备的状况，并能及早采取措施，做好各项准备工作。同时，该技术还能对虚拟建筑物内的相关设备进行定位，并能及时了解设备的运行状况。BIM的物业管理系统能够对大型、复杂的设备和隐蔽工程展开管理。在使用这一技术的时候，可以直观地看到彼此的位置关系，这在日常维护和设备更换方面有着巨大的优势。在此基础上，还可利用BIM技术对发生的紧急情况进行仿真，并提出相应的对策。另一方面，就水利项目的运行管理工作来说，最重要的就是泄洪闸、水电站的运行管理以及船闸的通航安全管控等。这些工作都是相对独立的，但是又有着密切的联系，要想做好这些运行管理工作，就必须而应用BIM技术弄清楚各个工作之间的相互关系，并对其进行有效维护和管理，才能避免出现无法弥补的质量问题和损失。在水利建设中，BIM技术是一种非常有效的手段，它使得水利建设管理工作更为便捷，信息获取更为及时。

3 结束语

总之，BIM技术是当下信息科学技术发展的一个重要成果，它可以借助计算机技术，将三维模型高效地运用到各种工程项目尤其是水利事业相关工程项目的设计、施工以及管理工作之中，可以有效地提升工程施工建设的质量和效率，因此，相关企业要积极地应用BIM技术，推动我国水利事业的进步与发展。