【摘要】近年來，BIM技術快速發展，但在水利水電工程建設中的應用相對不足。本文針對水利水電工程特點和BIM技術的優勢，分析當前BIM技術在水利水電工程建設應用中存在的問題，提出應用的思路和主要方面，并結合翟寨子水廠工程，探討BIM技術在工程設計方面的價值。
【關鍵詞】BIM技術;水利水電;工程建設;應用
1BIM在建筑業的發展
隨著計算機技術的不斷進步和應用探索的推進，計算機建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術在建筑業中的應用得到快速發展，無論設計、施工、管理還是其他相關部門都對BIM技術的應用產生極大興趣。近年來，BIM技術在建筑領域的應用越來越廣泛，應用范圍從最初的設計工作，延伸到各類工程施工管理當中。而水利工程因受各種因素的制約，BIM技術在該領域的應用較少，可借鑒的成功案例較少，推廣應用緩慢。
2水利水電工程特點
a.水利水電工程主要建設在河流上，受地形、地質、水文、氣象等自然條件的影響較大。
b.每一個水利水電工程都具有獨特性，其重復率低，無標準構件和標準圖集，施工環境和施工條件復雜多變。
c.水利水電工程施工的工程量大，技術工種多，施工強度高，環境干擾嚴重，需要反復比較論證和優化施工方案，保證施工質量。
d.水利水電工程施工過程中，石方爆破、隧洞開挖、水上水下和高空作業多，必須十分重視施工安全。
3BIM技術在水利工程建設中的特殊性應用
由于水利水電工程相對于其他類別工程具有特殊性，從而導致BIM技術的應用也具有特殊性。主要體現在以下幾個方面:
a.深化設計。就是在傳統的二維圖紙基礎上進行BIM建模，并找出圖紙中存在的錯、漏、碰、缺等設計問題。這主要是因為傳統的二維設計存在先天不足，本來建筑是以三維空間為主體的，但是傳統的設計交付都是以二維圖形作為設計成果交付，在二維設計過程中，很難保證多專業之間的協調，施工過程中又以二維圖紙為藍圖進行施工，必然存在信息上的不一致。
b.碰撞檢測。目前的二維設計或多或少都存在著專業間的碰撞問題，尤其是在水廠、泵站、水電站等項目中，各種管路、線路等交錯復雜，供水管網、供電線路、信息系統等相互要協調配合、交錯布置，施工中出現碰撞十分常見。相反，BIM借助直觀的三維模型，能夠檢測出圖紙中的碰撞，減少設計中的錯漏碰缺，從而提高設計質量，這一直觀的成果使得越來越多的項目都要求通過BIM來做碰撞檢測。
在一些水利工程項目中，由于空間布局復雜、系統繁多，對設備管線的布置要求高，設備管線之間或管線與結構構件之間容易發生碰撞，給施工造成困難，無法滿足設計要求，經常在施工過程中再進行二次變更，造成成本增加、施工計劃改變等。BIM技術可將建筑、結構、機電、通信等專業模型整合，再根據各專業要求及設計尺寸要求將綜合模型導入相關軟件進行碰撞檢查，根據碰撞報告結果對管線進行調整、避讓，對設備和管線進行綜合布置，從而在工程施工開始前發現并解決問題。
c.多專業協調。各專業分包之間的組織協調是建筑工程施工順利實施的關鍵，是加快施工進度的保障，其重要性毋庸置疑。目前，暖通、給排水、消防、通風、強弱電等各專業由于受施工現場、專業協調、技術差異等因素的影響，缺乏協調配合，不可避免地存在很多局部的、隱性的、難以預見的問題，容易造成各專業在建筑某些平面、立面位置上產生交叉、重疊、空間不足等問題，無法按施工圖作業。通過BIM技術的可視化、參數化、智能化特性，進行多專業碰撞檢查、結構尺寸控制檢查和精確預留預埋，或利用基于BIM技術的4D施工管理，對施工過程進行預模擬，根據問題進行各專業的事先協調等措施，減少因技術錯誤和溝通錯誤帶來的協調問題，減少返工量，節約施工成本。
4BIM在水利水電工程中的應用分析
4.1應用優勢
BIM三維施工模擬技術，是通過對整個建設項目信息的采集，并對所采集到的信息進行相應的數字化處理后建立建筑信息模型并加以利用。建筑信息模型是一種數字化的設計、施工和管理方法，該系統不僅支持內部集成管理環境，還可以提高整個施工過程的效率，降低施工過程中的風險。
在水利工程設計、施工過程中，結合BIM技術優勢，利用可視化圖紙，幫助技術人員更快、更好地解讀工程信息，并在此基礎上進行優化設計，及時處理存在的問題。
利用BIM技術可進行數字建造，利用先進的計算、仿真、可視化、信息管理等技術，建立虛擬的工程主體及施工結構的數字模型，利用模型進行直觀的“預施工”，盡可能地降低施工中的不確定性和不可預見性，保證施工技術措施的可行性、安全性和合理性。
4.2應用思路
將BIM應用于水利工程建設，可從以下幾方面進行推廣:
4.2.1建立模型、深化設計與施工方案模擬設計單位在設計過程建立項目的BIM模型，在工程施工前，施工方在設計方提供的BIM模型基礎上進行詳細的現場查勘，根據工程區及周邊地形、環境、施工條件等內容，盡可能地完善BIM模型，進一步優化工程設計，以利于指導工程施工。制訂施工方案時采用BIM技術虛擬施工過程，先試后建可以較大程度地降低返工成本和管理成本，降低風險，增強管理者對施工過程的控制能力。
4.2.2加強施工質量管理
在水利水電工程建設中，影響工程質量的因素主要有“人、機、料、法、環”等五個方面，而BIM模型作為一個直觀、有效的載體，從整體到局部的質量情況都能夠以特定的方式呈現在模型上，據此可以實現全方位的施工管理。引入BIM項目管理平臺，可以將施工過程中的人員管理信息集成到BIM模型中，并通過模型的信息化集成分配任務，保證施工秩序和效率;通過BIM項目管理平臺，可以完成機械在各個施工階段需要進行的進場驗收、安裝調試、使用維護乃至設備磨損、保養、維修等方面的管理，并可以明確主管領導在施工機具管理中的具體責任，規定各管理層及項目經理部在施工機具管理中的管理職責及方法，從而實現施工機械有效合理的使用;基于BIM項目管理平臺的施工材料管理可以實現與物聯網技術結合的物料跟蹤、與工程量統計功能結合的算量統計和與標準化構件加工結合的數字化加工技術等功能，以此實現材料管理的全過程信息記錄，并與工程數字模型結合，形成一套完整的、可追溯的信息體系;基于BIM的施工工法管理可以將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，模擬施工過程和先后順序，直觀、精確地反映整個項目的施工過程，從而驗證已定施工方案的準確性。
4.2.3施工進度管理
水利水電工程施工進度管理具有點多面廣、結構復雜、涉及資源多等特點，采用BIM進行水利水電工程施工進度管理，可以通過三維動畫直觀表達進度計劃和施工過程，直觀了解工程項目進展情況。形象直觀、動態模擬施工階段過程和重要環節施工工藝，實時跟蹤工程項目的實際進度，形成可視化工程進度安排，從而實現按指定時間段直觀地顯示工程進度計劃，方便管理人員進行方案比選和優化，同時利于與實際進度進行對比，及時進行進度分析和糾偏處理。
4.2.4成本管理
資源及成本管理是BIM比較成熟的應用領域。是將進度信息和成本信息與三維模型進行關聯整合，通過該模型，計算、模擬和優化對應于項目各施工階段的勞務、材料、設備等的需用量，從而建立勞動力計劃、材料需求計劃和機械使用計劃等，在此基礎上形成項目成本計劃，其中材料需求計劃的準確性、及時性對于實現精細化成本管理和控制至關重要，可通過模型自動提取材料需求計劃，并以此為依據指導采購，避免材料資源堆積和超支。
在施工過程中，根據工程的形象進度，利用模型自動計算完成的工程量，及時將勞務用工量、材料消耗、機械結算在施工過程中周期性地對實際支出進行統計，將實際成本及時統計和歸集，與預算成本、合同收入進行對比分析，獲得項目超支和盈虧情況，對于超支的成本找出原因，采取針對性的成本控制措施將成本控制在計劃成本內，有效實現成本動態分析控制。BIM成本管理在水利水電工程建設中，由于受限于其結構復雜多變，在該領域中的應用難度較大，但隨著BIM技術的成熟，因其工程量計算簡單、成本控制更易于落實、易實現有效管控等特點勢必會得到更快的發展。
4.2.5施工安全管理
傳統的安全管理、危險源的判斷和防護設施的布置都需要依靠管理人員的經驗來進行，BIM具有信息完備性和可視化的特點，在施工安全管理方面，可以發揮其獨特的作用，利用BIM建立三維數字模型，可以比較直觀地從場容場貌、安全防護、安全措施、腳手架、機械設備等方面建立文明管理方案指導安全文明施工。
BIM的可視化空間是隨著工程進展動態變化的，通過模擬工人的施工狀況，可以形象地看到工作面狀況，預先評估工作空間的可靠性和安全性。利用BIM的可視化和與實際現場相似度高的特點，在安全培訓時，用數字模型給管理人員進行仿真模擬，讓工人更直觀和準確地了解到現場的狀況，從而制定出相應的安全工作策略。
4.2.6信息模型數字化集成交付
水利水電工程結構復雜，即使在工程完成交付使用后也要進行大量的監測和維護工作。傳統竣工檔案交付的紙質檔案浩大繁鎖且離散，運行維護階段查閱困難且易于以偏概全。而采用BIM技術形成的竣工檔案具有可視化、結構化、智能化、集成化的特點，同時交付實物和數字工程兩個產品，可為工程運行維護乃至改造報廢提供支持。
4.3應用存在的問題
BIM技術在國際上已相對成熟，但在國內發展卻方興未艾，其主要局限于規劃、設計方面，施工方面常見于建筑工程、鋼結構、機電安裝等領域，水利水電工程施工方面除因自身特點因素限制其發展外，尚存在以下問題影響了BIM的應用:
a.目前水利水電工程設計單位在BIM應用上也剛剛起步，上游BIM產品少，施工單位模型需要從底層做起，工作量大。
b.目前主流的BIM軟件主要面對建筑、安裝等工程類型，對水利水電工程適配度不高，在該領域應用需要多種軟件協作。
c.目前BIM的應用在操作層面上已基本成熟，但涉及工程管理的綜合功能尚有所欠缺，協同管理需要開發項目管理平臺才能全面執行BIM管理模式，這就需要項目管理單位在項目全生命周期推動該技術的應用和相應管理模式的變革，只有這樣，才能真正發揮BIM的作用。
5工程實例
民樂縣農村飲水安全翟寨子水廠工程:設計新建凈化車間1座建筑面積1366m2、絮凝池2座、沉淀池2座、D型濾池2座、1000m3清水池2座，安裝信息化管理系統1套、消毒設施1套，配備8項水質監測設備，水廠建成后可解決3.6萬人的飲水安全問題。在工程設計過程中，使用BIM系統進行建筑、結構、供水、設備、電器等相關專業的設計，效果較好。
a.實現了可視化、信息化設計。將傳統的二維設計圖紙轉化為三維信息模型，實現“所見即所得”，可直觀看到詳細的實體模型，把抽象的設計圖紙變的更直觀。
b.實現了多專業協同設計。設計團隊全體成員共享一個BIM模型數據源，各專業間形成了共享統一模型的協同工作機制，有效地避免了專業間信息溝通不足的問題，在設計過程存中在漏洞、錯誤、缺陷等及時修改，實時更新，共同分享。
c.自動生成材料明細表。待建模和優化設計完成后，利用Ｒevit等軟件的明細表功能自動生成材料、設備等各種明細，簡化計算。
d.輔助生成二維施工圖紙。利用Ｒevit等軟件在完成后的模型上直接生成工程施工所需要的平面圖、剖面圖、設備管路布置圖等，方便快捷，不易出錯。
e.可實現三維動態查看?？梢詮牟煌慕嵌?、位置查看所設計產品，及時發現不易察覺的設計缺陷和問題，對事先考慮不周的環節將進行修改完善。
6結語
BIM三維建筑信息模型是建筑工程設計行業發展中非常重要的一項技術。目前，BIM以其信息完備性、可視化、協調性、模擬性和優化性等特點被應用于工程建設各領域及全部生命周期，并產生了巨大的經濟效益，水利行業也逐漸開始采用BIM技術。BIM的應用必然是未來工程建設與管理發展的方向，而且會逐步代替傳統二維技術，為工程設計、施工和管理提供必要的指導，提高設計的合理性、準確性，降低施工成本，提高工作效率和質量。
新技術在推廣和應用時都有一個認知、推廣、學習、應用、熟悉、普及的過程。水利水電工程建設、管理中引進BIM技術存在需要解決和克服的問題，但是也同樣具有其自身的優勢，且從工程管理各方面均可突破形成體系，這將對水利水電工程信息化和智能化水平的提升產生巨大的推動作用。
