⊙摘要
⊙緒論
⊙BIM在水利工程中的應用
⊙BIM的應用前景展望
⊙結語
摘要
BIM是一個設施（建設項目）物理和功能特性的數字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。本文簡單介紹了BIM及BIM在水利水電工程建設中的應用及其展望。
1.1 BIM的概述
BIM的全拼是Building Information Modeling，即：建筑信息模型。BIM 是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，BIM 是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項目生命期不同階段的數據、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設項目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數據源，可解決分布式、異構工程數據之間的一致性和全局共享問題，支持建設項目生命期中動態的工程信息創建、管理和共享。建筑信息模型同時又是一種應用于設計、建造、管理的數字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率和大量減少風險。
1.2 BIM的來源
1975年，“BIM之父”——喬治亞理工大學的Chunk Eastman教授創建了BIM理念至今，BIM技術的研究經歷了三大階段：萌芽階段、產生階段和發展階段。BIM理念的啟蒙，受到了1973年全球石油危機的影響，美國全行業需要考慮提高行業效益的問題，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的課題“Building Description System”中提出“a computer-based description of a building”，以便于實現建筑工程的可視化和量化分析，提高工程建設效率
1.3 BIM的特點
BIM的特點：1）可視化；2）協調性；3）模擬性；4）優化性；5）可出圖性。
1.3.1 基于BIM 的工程設計
實現三維設計。能夠根據3D 模型自動生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關，當模型發生變化時，與之關聯的圖形和文檔將自動更新；設計過程中所創建的對象存在著內建的邏輯關聯關系，當某個對象發生變化時，與之關聯的對象隨之變化。
實現不同專業設計之間的信息共享。各專業CAD系統可從信息模型中獲取所需的設計參數和相關信息，不需要重復錄入數據，避免數據冗余、歧義和錯誤。
實現各專業之間的協同設計。某個專業設計的對象被修改，其他專業設計中的該對象會隨之更新。
實現虛擬設計和智能設計。實現設計碰撞檢測、能耗分析、成本預測等。
1.3.2 基于BIM 的施工及管理
實現集成項目交付IPD（Integrated Project Delivery）管理。把項目主要參與方在設計階段就集合在一起，著眼于項目的全生命期，利用BIM 技術進行虛擬設計、建造、維護及管理。
實現動態、集成和可視化的4D 施工管理。將建筑物及施工現場3D 模型與施工進度相鏈接，并與施工資源和場地布置信息集成一體，建立4D 施工信息模型。實現建設項目施工階段工程進度、人力、材料、設備、成本和場地布置的動態集成管理及施工過程的可視化模擬。
實現項目各參與方協同工作。項目各參與方信息共享，基于網絡實現文檔、圖檔和視檔的提交、審核、審批及利用。項目各參與方通過網絡協同工作，進行工程洽商、協調，實現施工質量、安全、成本和進度的管理和監控。
實現虛擬施工。在計算機上執行建造過程，虛擬模型可在實際建造之前對工程項目的功能及可建造性等潛在問題進行預測，包括施工方法實驗、施工過程模擬及施工方案優化等。
2.1 BIM在水電工程施工總布置設計中的應用
BIM是一個設施（建設項目）物理和功能特性的數字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。
2.1.1總體規劃
AutoCAD Civil 3D強大地形處理功能，可幫助實現工程三維樞紐方案布置以及立體施工規劃，結合AIM快速直觀的建模和分析功能，則可輕松、快速幫助布設施工場地規劃，有效傳遞設計意圖，并進行多方案比選。
2.1.2樞紐布置建模
樞紐布置、廠房機電等需由水工、機電、金屬結構等專業按照相關規定建立基本模型與施工總布置進行聯合布置。
（1）基礎開挖處理
結合AutoCAD Civil 3D建立的三角網數字地面模型，在壩基開挖中建立開挖設計曲面，可幫助生成準確施工圖和工程量。
（2）土建結構
水工專業利用Autodesk Revit Architecture進行大壩及廠房三維體型建模，實現壩體參數化設計，協同施工組織實現總體方案布置。
（3）機電及金屬結構
機電及金屬結構專業在土建BIM模型的基礎上，利用Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Architecture同時進行設計工作，完成各自專業的設計，在三維施工總布置中則可以起到細化應用的目的。
2.1.3施工導流
導流建筑物如圍堰、導流隧洞及閘閥設施等及相關布置由導截流專業按照規定進行三維建模設計，AutoCAD Civil 3D幫助建立準確的導流設計方案，AIM利用AutoCAD Civil 3D數據進行可視化布置設計，可實現數據關聯與信息管理。
2.1.4場內交通
在AutoCAD Civil 3D強大的地形處理能力以及道路、邊坡等設計功能的支撐下，通過裝配模型可快速動態生成道路挖填曲面，可準確計算道路工程量，通過AIM可進行概念化直觀表達。
2.1.5渣場與料場布置
在AutoCAD Civil 3D中，以數字地面模型為參照，可快速實現渣場、料場三維設計，并準確計算工程量，且通過AIM實現直觀表達及智能信息管理。
2.1.6施工工廠
施工工廠模型包含場地模型和工廠三維模型，Autodesk Inventor幫助參數化定義造型復雜施工機械設備，聯合AutoCAD Civil 3D可實現準確的施工設施部署，AIM則幫助三維布置與信息表達。
2.1.7營地布置
施工營地布置主要包含營地場地模型和營地建筑模型，其中營地建筑模型可通過AutoCAD Civil 3D進行二維規劃，然后導入AIM進行三維信息化和可視化建模，可快速實現施工生產區、生活區等的布置，有效傳遞設計意圖。
2.1.8施工總布置設計集成
BIM信息化建模過程中將設計信息與設計文件進行同步關聯，可實現整體設計模型的碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動畫輸出。其中，AIM將信息化與可視化進行完美整合，可以不僅提高了設計效率和設計質量，而且大大減少的不同專業之間協同和交流的成本。
2.1.9施工總布置面貌
在進行施工總布置三維一體信息化設計中，通過BIM模型的信息化集成，可實現工程整體模型的全面信息化和可視化，而且通過AIM的漫游功能可從壩體到整個施工區，快速全面了解項目建設的整體和細部面貌，并可輸出高清效果展示圖片及漫游制作視頻文件。
2.2 BIM技術在水利工程造價中的應用
水利工程牽扯面廣，投資大，專業性強，建筑結構形式復雜多樣，尤其是水庫、水電站、泵站工程，水工結構復雜、機電設備多、管線密集，傳統的二維圖紙設計方法，無法直觀的從圖紙上展示設計的實際效果，造成各專業之間打架碰撞，導致設計變更、工程量漏記或重計、投資浪費等現象出現。
采用基于BIM技術的三維設計和協同設計技術為有效的解決上述問題提供了機遇。通過基于BIM技術的設計軟件，建立設計、施工、造價人員的協同工作平臺，設計人員可以在不改變原來設計習慣的情況下，通過二維方法繪圖，自動生成三維建筑模型，并為下游各專業提供含有BIM信息的布置條件圖，增加專業溝通，實現了工程信息的緊密連接。
由于水利工程造價具有大額性、個別性、動態性、層次性、兼容性的特點，BIM技術在水利建設項目造價管理信息化方面有著傳統技術不可比擬的優勢：一是大大提高了造價工作的效率和準確性，通過BIM技術建立三維模型自動識別各類構件，快速抽調計算工程量，及時捕捉動態變化的結構設計，有效避免漏項和錯算，提高清單計價工作的準確性；二是利用BIM技術的模型碰撞檢查工具優化方案、消除工藝管線沖突，造價工程師可以與設計人員協同工作，從造價控制的角度對工藝和方案進行比選優化，可有效控制設計變更，降低工程投資。
BIM技術的出現，使工程造價管理與信息技術高度融合，必將引發工程造價的一次革命性變革。目前，國內部分水利水電勘測設計單位已引進三維設計平臺，并利用BIM技術實現了協同設計，在提高水利工程造價的準確性和及時性方面進行了有益探索，值得借鑒。
2.3 BIM在水利建設中應用實例
2.3.1南水北調中線工程
在南水北調工程中，長江勘測規劃設計研究院（簡稱長江設計院）將建筑信息模型 BIM 的理念引入其承建的南水北調中線工程的勘察設計工作中，并且由于 AutoCAD Civil 3D 良好的標準化、一致性和協調性，最終確定該軟件為最佳解決方案。利用 Civil 3D 快速的完成勘察測繪、土方開挖、場地規劃和道路建設等的三維建模、設計和分析等工作，提高設計效率，簡化設計流程。其三維可視化模型細節精確，使工程三維里立圍觀一目了然。基于 BIM 理念的解決方案幫助南水北調項目的工程師和施工人員，在真正的施工之前，以數字化的方式看到施工過程，甚至整個使用周期中的各個階段。該解決方案在項目各參與方之間實現信息共享，從而有效避免了可能產生的設計與施工、結構與材料之間的矛盾，避免了人力、資本和資源等不必要的浪費。
2.3.2云南金沙江阿海水電站
中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院在水電設計中也引入了 BIM 的概念。在云南金沙江阿海水電站的設計過程中，其水工專業部分利用 Autodesk Revit Architecture完成大壩及廠房的三維形體建模；利用 Autodesk Revit MEP軟件平臺，機電專業（包括水力機械、通風、電氣一次、電氣二次、金屬結構等）建立完備的機電設備三維族庫，最終完成整個水電站的 BIM設計工作。BIM 設計同時提供了多種高質量的施工設計產品，如工程施工圖，PDF三維模型等。最后利用 Autodesk Navisworks軟件平臺制作漫游視頻文件。
3.1 協同設計與BIM技術的融合
目前我們所說的協同設計，很大程度上是指基于網絡的一種設計溝通交流手段，以及設計流程的組織管理形式。而BIM（建筑信息化模型）的出現，則從另一角度帶來了設計方法的革命，BIM技術與協同設計技術將成為互相依賴、密不可分的整體。協同是BIM的核心概念，同一構件元素，只需輸入一次，各工種共享元素數據并于不同的專業角度操作該構件元素。從這個意義上說，協同已經不再是簡單的文件參照。可以說BIM技術將為未來協同設計提供底層支撐，大幅提升協同設計的技術含量。因此，未來的協同設計，將不再是單純意義上的設計交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設計手段本身的一部分。借助于BIM的技術優勢，協同的范疇也將從單純的設計階段擴展到建筑全生命周期，需要設計、施工、運營、維護等各方的集體參與，因此具備了更廣泛的意義，從而帶來綜合效率的大幅提升。
3.2 從二維設計到三維BIM設計
當前，2D圖紙是我國建筑設計行業最終交付的設計成果，這是目前的行業慣例。因此，生產流程的組織與管理均圍繞著2D圖紙的形成來進行（客觀地說，這是阻礙BIM技術廣泛應用的一個重要原因）。
3D設計能夠精確表達建筑的幾何特征，相對于2D繪圖，3D設計不存在幾何表達障礙．對任意復雜的建筑造型均能準確表現。盡管3D是BIM設計的基礎，但不是其全部。通過進一步將非幾何信息集成到3D構件中，如材料特征、物理特征、力學參數、設計屬性、價格參數、廠商信息等，使得建筑構件成為智能實體，3D模型升級為BIM模型。BIM模型可以通過圖形運算并考慮專業出圖規則自動獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統計表等，還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結構分析、照明分析、聲學分析、客流物流分析等諸多方面。
3.3 BIM技術在水利水電工程中的強大優勢
3.3.1設計方優勢
（1）可視化交流：依托BIM軟件進行三維建模，可以準確生成壩工程各部分剖面圖，減少了傳統二維設計中繪制剖面圖的工作量，提高了設計工作效率。
（2）聯動化設計：傳統二維設計時，由于工作人員疏忽，容易導致錯誤。BIM建模之后，所有視圖、剖面以及三維圖具備聯動功能，一處更改之后，其他自動更新，方便設計修改。
（3）多專業協調：水電站設計中各專業的最新設計成果實時反映在同一BIM上，錯誤碰撞、交叉干擾的問題顯而易見。
（4）標準化設計：傳統的二維設計'對工程設計人員空間想象力的要求很高，標準不統一。應用BIM，可以有效避免一些由于工程設計人員空間想象不正確而導致的錯誤
3.3.2施工方優勢
（1）多維施工分析：通過BIM系列軟件建模，進行三維施工工況演示，與施工進度結合進行四維模擬建設，通過與概預算結合進行五維成本核算分析。
（2）讀圖效率輔助：對于讀圖的施工人員，通過三維BIM，將大大提高讀圖效率和準確度。
（3）施工現場管理：BIM可有效支撐施工管理過程，針對技術探討和簡單協同進行可視化操作，自動計算工程量，有效減少工藝沖突。
3.3.3運營方優勢
（1）運營信息集成：BIM可有效地集成設計、施工各個環節的信息，減少傳統的施工竣工圖整理的冗雜過程和避免竣工資料歸檔的人為錯誤，提高效率，優化管理。
（2）資產及空間管理：通過BIM，對資產及空間進行優質、高效的管理，可視化進程與監控系統有機結合，節省人力、物力。
（3）建筑加固改造：建筑運營過程中出現的病險加固和改造，可以直接通過BIM分析處理，減少工作量。
3.4 影響3D BIM普及的主要因素
（1）三維建模目前還未形成一套成熟的流程、標準化控制和質量管理體系，相關標準的建立工作亟待進行。
（2）在水利工程建設中，BIM理念仍然未深如，應用工程尚處在摸索起步階段，對BIM系列軟件的應用也不成熟，軟件二次開發基本無人關注。
（3）BIM全生命周期管理投入成本高，平衡投資回報的各參與方合作理念和意識難于統一。
（4）BIM在施工及運營階段成熟軟件過少，直接影響到整個建設生命周期的管理。
（5）BIM技術從業人員對軟件的使用把握不到位，影響工作效率和進度。
（6）BIM圖庫工作量大，工作流程尚處磨合期，出圖仍然存在問題。
結語
BIM是基于全生命周期管理的數據庫，在工程建設管理領域具有強大的優勢。結合目前水利工程建設領域應用BIM的現狀，未來通過政府政策層面的標準化先行、項目參與方層面的協同共享、軟件開發企業的技術公關、項目參與企業的軟件二次開發嵌入、BIM從業人員的深入培訓等多種有效手段，充分發揮BIM在水利工程建設中的應用價值之后，水利工程建設領域的信息化建設必將邁上一個新的臺階。
來源：嘉圖BIM
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