⊙摘要
⊙緒論
⊙BIM在水利工程中的應(yīng)用
⊙BIM的應(yīng)用前景展望
⊙結(jié)語
摘要
BIM是一個設(shè)施（建設(shè)項目）物理和功能特性的數(shù)字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項目的不同階段，不同利益相關(guān)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(zé)的協(xié)同作業(yè)。本文簡單介紹了BIM及BIM在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)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(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM 是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)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(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項目生命期中動態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時又是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)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(fēng)險。
1.2 BIM的來源
1975年，“BIM之父”——喬治亞理工大學(xué)的Chunk Eastman教授創(chuàng)建了BIM理念至今，BIM技術(shù)的研究經(jīng)歷了三大階段：萌芽階段、產(chǎn)生階段和發(fā)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(yè)需要考慮提高行業(yè)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(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析，提高工程建設(shè)效率
1.3 BIM的特點
BIM的特點：1）可視化；2）協(xié)調(diào)性；3）模擬性；4）優(yōu)化性；5）可出圖性。
1.3.1 基于BIM 的工程設(shè)計
實現(xiàn)三維設(shè)計。能夠根據(jù)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(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動更新；設(shè)計過程中所創(chuàng)建的對象存在著內(nèi)建的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)某個對象發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的對象隨之變化。
實現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計之間的信息共享。各專業(yè)CAD系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計參數(shù)和相關(guān)信息，不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯誤。
實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計。某個專業(yè)設(shè)計的對象被修改，其他專業(yè)設(shè)計中的該對象會隨之更新。
實現(xiàn)虛擬設(shè)計和智能設(shè)計。實現(xiàn)設(shè)計碰撞檢測、能耗分析、成本預(yù)測等。
1.3.2 基于BIM 的施工及管理
實現(xiàn)集成項目交付IPD（Integrated Project Delivery）管理。把項目主要參與方在設(shè)計階段就集合在一起，著眼于項目的全生命期，利用BIM 技術(shù)進行虛擬設(shè)計、建造、維護及管理。
實現(xiàn)動態(tài)、集成和可視化的4D 施工管理。將建筑物及施工現(xiàn)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(xiàn)建設(shè)項目施工階段工程進度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的動態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬。
實現(xiàn)項目各參與方協(xié)同工作。項目各參與方信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，進行工程洽商、協(xié)調(diào)，實現(xiàn)施工質(zhì)量、安全、成本和進度的管理和監(jiān)控。
實現(xiàn)虛擬施工。在計算機上執(zhí)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(yù)測，包括施工方法實驗、施工過程模擬及施工方案優(yōu)化等。
2.1 BIM在水電工程施工總布置設(shè)計中的應(yīng)用
BIM是一個設(shè)施（建設(shè)項目）物理和功能特性的數(shù)字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項目的不同階段，不同利益相關(guān)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(zé)的協(xié)同作業(yè)。
2.1.1總體規(guī)劃
AutoCAD Civil 3D強大地形處理功能，可幫助實現(xiàn)工程三維樞紐方案布置以及立體施工規(guī)劃，結(jié)合AIM快速直觀的建模和分析功能，則可輕松、快速幫助布設(shè)施工場地規(guī)劃，有效傳遞設(shè)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(jié)構(gòu)等專業(yè)按照相關(guān)規(guī)定建立基本模型與施工總布置進行聯(lián)合布置。
（1）基礎(chǔ)開挖處理
結(jié)合AutoCAD Civil 3D建立的三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，在壩基開挖中建立開挖設(shè)計曲面，可幫助生成準(zhǔn)確施工圖和工程量。
（2）土建結(jié)構(gòu)
水工專業(yè)利用Autodesk Revit Architecture進行大壩及廠房三維體型建模，實現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計，協(xié)同施工組織實現(xiàn)總體方案布置。
（3）機電及金屬結(jié)構(gòu)
機電及金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)在土建BIM模型的基礎(chǔ)上，利用Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Architecture同時進行設(shè)計工作，完成各自專業(yè)的設(shè)計，在三維施工總布置中則可以起到細(xì)化應(yīng)用的目的。
2.1.3施工導(dǎo)流
導(dǎo)流建筑物如圍堰、導(dǎo)流隧洞及閘閥設(shè)施等及相關(guān)布置由導(dǎo)截流專業(yè)按照規(guī)定進行三維建模設(shè)計，AutoCAD Civil 3D幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計方案，AIM利用AutoCAD Civil 3D數(shù)據(jù)進行可視化布置設(shè)計，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與信息管理。
2.1.4場內(nèi)交通
在AutoCAD Civil 3D強大的地形處理能力以及道路、邊坡等設(shè)計功能的支撐下，通過裝配模型可快速動態(tài)生成道路挖填曲面，可準(zhǔn)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(shù)字地面模型為參照，可快速實現(xiàn)渣場、料場三維設(shè)計，并準(zhǔn)確計算工程量，且通過AIM實現(xiàn)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(shù)化定義造型復(fù)雜施工機械設(shè)備，聯(lián)合AutoCAD Civil 3D可實現(xiàn)準(zhǔn)確的施工設(shè)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(guī)劃，然后導(dǎo)入AIM進行三維信息化和可視化建模，可快速實現(xiàn)施工生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)等的布置，有效傳遞設(shè)計意圖。
2.1.8施工總布置設(shè)計集成
BIM信息化建模過程中將設(shè)計信息與設(shè)計文件進行同步關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)整體設(shè)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(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，而且大大減少的不同專業(yè)之間協(xié)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(shè)計中，通過BIM模型的信息化集成，可實現(xiàn)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(qū)，快速全面了解項目建設(shè)的整體和細(xì)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(shù)在水利工程造價中的應(yīng)用
水利工程牽扯面廣，投資大，專業(yè)性強，建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，尤其是水庫、水電站、泵站工程，水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機電設(shè)備多、管線密集，傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計方法，無法直觀的從圖紙上展示設(shè)計的實際效果，造成各專業(yè)之間打架碰撞，導(dǎo)致設(shè)計變更、工程量漏記或重計、投資浪費等現(xiàn)象出現(xiàn)。
采用基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計和協(xié)同設(shè)計技術(shù)為有效的解決上述問題提供了機遇。通過基于BIM技術(shù)的設(shè)計軟件，建立設(shè)計、施工、造價人員的協(xié)同工作平臺，設(shè)計人員可以在不改變原來設(shè)計習(xí)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(yè)提供含有BIM信息的布置條件圖，增加專業(yè)溝通，實現(xiàn)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(tài)性、層次性、兼容性的特點，BIM技術(shù)在水利建設(shè)項目造價管理信息化方面有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢：一是大大提高了造價工作的效率和準(zhǔn)確性，通過BIM技術(shù)建立三維模型自動識別各類構(gòu)件，快速抽調(diào)計算工程量，及時捕捉動態(tài)變化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效避免漏項和錯算，提高清單計價工作的準(zhǔn)確性；二是利用BIM技術(shù)的模型碰撞檢查工具優(yōu)化方案、消除工藝管線沖突，造價工程師可以與設(shè)計人員協(xié)同工作，從造價控制的角度對工藝和方案進行比選優(yōu)化，可有效控制設(shè)計變更，降低工程投資。
BIM技術(shù)的出現(xiàn)，使工程造價管理與信息技術(shù)高度融合，必將引發(fā)工程造價的一次革命性變革。目前，國內(nèi)部分水利水電勘測設(shè)計單位已引進三維設(shè)計平臺，并利用BIM技術(shù)實現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計，在提高水利工程造價的準(zhǔn)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(shè)中應(yīng)用實例
2.3.1南水北調(diào)中線工程
在南水北調(diào)工程中，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院（簡稱長江設(shè)計院）將建筑信息模型 BIM 的理念引入其承建的南水北調(diào)中線工程的勘察設(shè)計工作中，并且由于 AutoCAD Civil 3D 良好的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性和協(xié)調(diào)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(guī)劃和道路建設(shè)等的三維建模、設(shè)計和分析等工作，提高設(shè)計效率，簡化設(shè)計流程。其三維可視化模型細(xì)節(jié)精確，使工程三維里立圍觀一目了然?；?nbsp;BIM 理念的解決方案幫助南水北調(diào)項目的工程師和施工人員，在真正的施工之前，以數(shù)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(xiàn)信息共享，從而有效避免了可能產(chǎn)生的設(shè)計與施工、結(jié)構(gòu)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(shè)計研究院在水電設(shè)計中也引入了 BIM 的概念。在云南金沙江阿海水電站的設(shè)計過程中，其水工專業(yè)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(yè)（包括水力機械、通風(fēng)、電氣一次、電氣二次、金屬結(jié)構(gòu)等）建立完備的機電設(shè)備三維族庫，最終完成整個水電站的 BIM設(shè)計工作。BIM 設(shè)計同時提供了多種高質(zhì)量的施工設(shè)計產(chǎn)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(xié)同設(shè)計與BIM技術(shù)的融合
目前我們所說的協(xié)同設(shè)計，很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計溝通交流手段，以及設(shè)計流程的組織管理形式。而BIM（建筑信息化模型）的出現(xiàn)，則從另一角度帶來了設(shè)計方法的革命，BIM技術(shù)與協(xié)同設(shè)計技術(shù)將成為互相依賴、密不可分的整體。協(xié)同是BIM的核心概念，同一構(gòu)件元素，只需輸入一次，各工種共享元素數(shù)據(jù)并于不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素。從這個意義上說，協(xié)同已經(jīng)不再是簡單的文件參照?？梢哉fBIM技術(shù)將為未來協(xié)同設(shè)計提供底層支撐，大幅提升協(xié)同設(shè)計的技術(shù)含量。因此，未來的協(xié)同設(shè)計，將不再是單純意義上的設(shè)計交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設(shè)計手段本身的一部分。借助于BIM的技術(shù)優(yōu)勢，協(xié)同的范疇也將從單純的設(shè)計階段擴展到建筑全生命周期，需要設(shè)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(shè)計到三維BIM設(shè)計
當(dāng)前，2D圖紙是我國建筑設(shè)計行業(yè)最終交付的設(shè)計成果，這是目前的行業(yè)慣例。因此，生產(chǎn)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(shù)廣泛應(yīng)用的一個重要原因）。
3D設(shè)計能夠精確表達建筑的幾何特征，相對于2D繪圖，3D設(shè)計不存在幾何表達障礙．對任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。盡管3D是BIM設(shè)計的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過進一步將非幾何信息集成到3D構(gòu)件中，如材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計屬性、價格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)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(yè)出圖規(guī)則自動獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統(tǒng)計表等，還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析、客流物流分析等諸多方面。
3.3 BIM技術(shù)在水利水電工程中的強大優(yōu)勢
3.3.1設(shè)計方優(yōu)勢
（1）可視化交流：依托BIM軟件進行三維建模，可以準(zhǔn)確生成壩工程各部分剖面圖，減少了傳統(tǒng)二維設(shè)計中繪制剖面圖的工作量，提高了設(shè)計工作效率。
（2）聯(lián)動化設(shè)計：傳統(tǒng)二維設(shè)計時，由于工作人員疏忽，容易導(dǎo)致錯誤。BIM建模之后，所有視圖、剖面以及三維圖具備聯(lián)動功能，一處更改之后，其他自動更新，方便設(shè)計修改。
（3）多專業(yè)協(xié)調(diào)：水電站設(shè)計中各專業(yè)的最新設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計：傳統(tǒng)的二維設(shè)計'對工程設(shè)計人員空間想象力的要求很高，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。應(yīng)用BIM，可以有效避免一些由于工程設(shè)計人員空間想象不正確而導(dǎo)致的錯誤
3.3.2施工方優(yōu)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(jié)合進行四維模擬建設(shè)，通過與概預(yù)算結(jié)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(zhǔn)確度。
（3）施工現(xiàn)場管理：BIM可有效支撐施工管理過程，針對技術(shù)探討和簡單協(xié)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(yōu)勢
（1）運營信息集成：BIM可有效地集成設(shè)計、施工各個環(huán)節(jié)的信息，減少傳統(tǒng)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(yōu)化管理。
（2）資產(chǎn)及空間管理：通過BIM，對資產(chǎn)及空間進行優(yōu)質(zhì)、高效的管理，可視化進程與監(jiān)控系統(tǒng)有機結(jié)合，節(jié)省人力、物力。
（3）建筑加固改造：建筑運營過程中出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)化控制和質(zhì)量管理體系，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立工作亟待進行。
（2）在水利工程建設(shè)中，BIM理念仍然未深如，應(yīng)用工程尚處在摸索起步階段，對BIM系列軟件的應(yīng)用也不成熟，軟件二次開發(fā)基本無人關(guān)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(tǒng)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(shè)生命周期的管理。
（5）BIM技術(shù)從業(yè)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(jié)語
BIM是基于全生命周期管理的數(shù)據(jù)庫，在工程建設(shè)管理領(lǐng)域具有強大的優(yōu)勢。結(jié)合目前水利工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用BIM的現(xiàn)狀，未來通過政府政策層面的標(biāo)準(zhǔn)化先行、項目參與方層面的協(xié)同共享、軟件開發(fā)企業(yè)的技術(shù)公關(guān)、項目參與企業(yè)的軟件二次開發(fā)嵌入、BIM從業(yè)人員的深入培訓(xùn)等多種有效手段，充分發(fā)揮BIM在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用價值之后，水利工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化建設(shè)必將邁上一個新的臺階。
來源：嘉圖BIM
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