水利水電工程施工初探

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摘要:結合水利水電工程施工特點，對BIM在該領域進行應用的切入點和優勢進行了分析，并從臨建設施建設、方案規劃、質量管理、進度管理、造價管理、安全管理、數字化集成交付等方面運用BIM進行了探討，剖析了BIM在水利水電工程施工中推廣應用的難點所在，并對BIM在該領域的發展前景進行了展望。

關鍵詞:BIM;水利水電工程;施工;應用

1概述

隨著軟件開發完善和應用探索的推進，在原有CAD技術上發展起來的建筑信息模型(Build-ingInformationModeling，以下簡稱BIM)技術的應用范圍越來越廣泛，成果越來越多，其利用多維(三維空間、四維時間、五維成本、N維更多應用)模型將工程信息集成，應用范圍已不局限于設計單位和設計工作中，在各類工程施工中已嶄露頭角。但由于水利水電工程施工相對于其它類別工程施工具有其特殊性，從而導致在該領域應用BIM技術也具有其特殊性。筆者主要針對BIM在水利水電工程施工管理中的應用進行了探討。

2水利水電工程施工具有的特點

(1)水利水電工程施工主要在河流上進行，受地形、地質、水文、氣象等自然條件的影響很大。(2)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。(3)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選施工方案，才能保證施工質量。(4)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在水利水電工程施工中的應用分析

3．1BIM在水利水電工程施工中的應用優勢

結合水利水電工程施工現狀，施工企業的關注點應該是現場實施，其更為關心的是BIM如何與項目結合?如何提高效率、降低成本?因此，施工方更希望BIM帶來的作用是:(1)更深入準確地理解設計意圖。借助工程建設中設計單位的BIM應用成果，利用其輸出的可視化設計圖紙，幫助施工人員更快、更好地解讀工程信息，并在此基礎上進行深化設計，從而及時發現設計錯誤、沖突和可優化點，并及時進行設計聯絡。(2)降低施工風險。BIM的最大特點是可以進行數字建造，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”，預知施工難點，并在發現空間和時間上的沖突時及時優化交叉作業的順序，從而盡可能地避免空間碰撞，更大程度地消除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、安全、合理。(3)增加施工管理手段。利用深化設計成果和數字模型預施工內容，可以形成一套完整的施工組織設計，并利用所生成的三維模擬動畫對施工人員進行直觀生動的技術交底，施工流程、施工重難點、危險源、安全隱患等現場情況一目了然。(4)預判安全管理重點，可以更全面地制定安全措施和安全預案。水利水電工程通常結構復雜，孔洞、高臨邊等危險源較多且復雜多變，利用BIM數字模型可以更方便準確地把握管理重點，并且可以按照施工進展及時調整，進而及時更新安全防護設施和安全方案。(5)實現實體與數字模型雙產品交付，為工程運營維護乃至改造報廢提供支持。隨著施工進程逐步完善的BIM數字模型可以對工程各個部位使用的材料及生產過程和施工過程管理的全部信息進行集成，最終形成的數字產品在工程運營存續的整個過程中具有重要作用，將其交付給運營單位可以實現數字流與物質流的高程度集成與高水平組織，從而推動工程建造走向真正的精益化。

3．2BIM在水利水電工程施工中的應用思路

通過上述分析，筆者認為:將BIM應用于水利水電工程施工可以將以下幾方面作為切入點進行推廣。3．2．1施工模型的建立及臨建規劃鑒于水利水電工程具有的特點，既使有設計單位提供的BIM模型，在工程施工前，施工方案制定人員也需要進行詳細的施工現場查勘，調查清楚工程區及周邊地形、環境、施工條件等內容，盡可能詳細地將其反映在BIM模型中。經過軟件處理生成原始地形后，一定要結合現場實際情況，重點研究解決施工現場的整體規劃，保證在滿足工程施工需要的前提下現場交通布置、風水電、混凝土生產系統、砂石骨料生產系統、填筑料場、其它輔助企業等在時間和空間上能最大限度地配合，并且與施工導流和蓄水淹沒、工程區枯汛期等環境及爆破、碾壓等施工手段影響范圍相適應，從而為編制一套合理可靠的施工組織規劃創造前提。3．2．2深化設計與施工方案模擬深化設計是根據業主或設計提供的圖紙或BIM模型結合施工現場實際情況對圖紙進行細化、補充和完善，確定施工輔助機械、材料的布置和安裝方法，試驗工程材料的排布順序和強度，檢驗設計結構及尺寸的合理性以及易施工性，以此完成圖紙會審及交底，及時發現設計錯誤和不合理處，以便提出修改意見和優化建議。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。3．2．3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。(1)施工人員管理:施工人員是直接參與工程建設的決策者、組織者、指揮者和操作者，是影響工程質量的首要因素。引入BIM項目管理平臺，可以通過建立施工組織管理(OBS)和工作任務管理(WBS)信息，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，從而保證施工秩序和效率。(2)施工機械管理:施工機具是指在施工中為了滿足施工需要而使用的機械、設備、工具等。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。(3)施工材料管理:施工材料是工程建設實體組成的基本單元，工程項目所用材料的質量直接影響到工程項目的實體質量。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。(4)施工工法管理:工程項目的施工方法和組織方案的正確與否直接影響到整個項目的建設能否順利進行，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，從而驗證既定施工方案的準確性。(5)施工環境管理:水利水電工程在建設過程中面臨很多復雜多變的環境因素，BIM可以在建模之初盡可能真實地將環境因素采集錄入進去，通過數字模擬，可以充分利用現場條件，或者提前采取措施改善現場條件，以實現項目施工達到預期的環境目標。3．2．4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、邏輯關系繁雜多變、涉及資源多、雜且多變的特點，導致該領域施工進度管理往往采用簡化合并、經驗估算等方法予以實施。采用BIM進行水利水電工程施工進度管理可以利用3D模型加入一維進度信息形成4D管理，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，同時利于與實現進度進行對比，及時進行進度分析和糾偏處理。3．2．5施工成本管理施工成本管理是BIM比較成熟的應用領域。但在水利水電工程建設中，由于受限于其結構復雜多變，3D空間+進度控制技術在該領域中的應用難度較大，而基于BIM的施工成本管理在水利水電工程施工過程中應用較少。隨著BIM技術的成熟，這一技術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。BIM是一個強大的工程信息數據庫，通過3D空間+進度控制技術的信息錄入，BIM系統可以自行統計匯總，實現快速精確的成本核算、預算工程量動態查詢與統計、限額領料與進度款支付自動管理等功能，從而達到以施工預算控制人力資源和物資消耗、造價信息實時跟蹤等目的。3．2．6施工安全管理BIM具有信息完備性和可視化的特點，在施工安全管理方面，將其作為數字化安全培訓和交底的數據庫，可以達到更好的效果。利用BIM的可視化和與實際現場相似度很高的特點，在安全培訓時，可以讓工人更直觀和準確地了解到現場的狀況:他們將從事哪些工作、哪些地方容易出現危險等，從而制定出相應的安全工作策略。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用性、安全性。BIM與仿真分析技術相結合，可以準確地模擬施工過程中結構系統的力學性能和變形狀態，從而可以合理地安排施工順序和施工方法，確保工程施工過程中的結構安全。3．2．7信息模型數字化集成交付水利水電工程結構復雜，既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繁且離散，運維階段查閱困難且易于以偏蓋全。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，可為工程運維乃至改造報廢提供支持。

3．3BIM在水利水電工程施工中應用存在的問題

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:(1)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建起，工作量大。(2)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軟件協作。(3)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。

4BIM在水利水電工程施工中的應用前景與展望

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而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，BIM代替傳統二維技術已經成為主流發展趨勢。在水利水電工程施工中引進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和條件，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、智能化水平的提升產生巨大的推動作用，BIM技術在水利水電工程施工領域具有良好的應用和發展前景。

作者:李宗宗 劉李 單位:中國水利水電第十工程局有限公司

參考文獻:

［1］劉占省，等．BIM技術與施工項目管理［M］．北京:中國電力出版社，2015．

［2］丁烈云，等．BIM應用•施工［M］．上海:同濟大學出版社，2015．

［3］劉祥柱，等．水利水電工程施工［M］．鄭州:黃河水利出版社，2009．