摘要

BIM是一個(gè)設(shè)施（建設(shè)項(xiàng)目）物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)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(xiàng)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(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM 是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個(gè)完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目生命期中動(dòng)態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。建筑信息模型同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、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(gè)進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。

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(jī)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(shí)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(diǎn)

BIM的特點(diǎn)：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(jì)

實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。能夠根據(jù)3D 模型自動(dòng)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(shí)，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動(dòng)更新；設(shè)計(jì)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(gè)對象發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的對象隨之變化。

實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)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(cuò)誤。

實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對象被修改，其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對象會隨之更新。

實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)和智能設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)集成項(xiàng)目交付IPD（Integrated Project Delivery）管理。把項(xiàng)目主要參與方在設(shè)計(jì)階段就集合在一起，著眼于項(xiàng)目的全生命期，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)及管理。

實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目施工階段工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置的動(dòng)態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬。

實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方協(xié)同工作。項(xiàng)目各參與方信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖檔和視檔的提交、審核、審批及利用。項(xiàng)目各參與方通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，進(jìn)行工程洽商、協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、安全、成本和進(jìn)度的管理和監(jiān)控。

實(shí)現(xiàn)虛擬施工。在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行建造過程，虛擬模型可在實(shí)際建造之前對工程項(xiàng)目的功能及可建造性等潛在問題進(jìn)行預(yù)測，包括施工方法實(shí)驗(yàn)、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(jì)中的應(yīng)用

BIM是一個(gè)設(shè)施（建設(shè)項(xiàng)目）物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的知識資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)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(xiàng)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(qiáng)大地形處理功能，可幫助實(shí)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(jì)意圖，并進(jìn)行多方案比選。

2.1.2樞紐布置建模

樞紐布置、廠房機(jī)電等需由水工、機(jī)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(jìn)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(jì)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(jìn)行大壩及廠房三維體型建模，實(shí)現(xiàn)壩體參數(shù)化設(shè)計(jì)，協(xié)同施工組織實(shí)現(xiàn)總體方案布置。

（3）機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)

機(jī)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(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì)，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(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，AutoCAD Civil 3D幫助建立準(zhǔn)確的導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案，AIM利用AutoCAD Civil 3D數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化布置設(shè)計(jì)，可實(shí)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(qiáng)大的地形處理能力以及道路、邊坡等設(shè)計(jì)功能的支撐下，通過裝配模型可快速動(dòng)態(tài)生成道路挖填曲面，可準(zhǔn)確計(jì)算道路工程量，通過AIM可進(jìn)行概念化直觀表達(dá)。

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(shí)現(xiàn)渣場、料場三維設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確計(jì)算工程量，且通過AIM實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)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(jī)械設(shè)備，聯(lián)合AutoCAD Civil 3D可實(shí)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(dá)。

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(jìn)行二維規(guī)劃，然后導(dǎo)入AIM進(jìn)行三維信息化和可視化建模，可快速實(shí)現(xiàn)施工生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)等的布置，有效傳遞設(shè)計(jì)意圖。

2.1.8施工總布置設(shè)計(jì)集成

BIM信息化建模過程中將設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行同步關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)模型的碰撞檢查、綜合校審、漫游瀏覽與動(dòng)畫輸出。其中，AIM將信息化與可視化進(jìn)行完美整合，可以不僅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)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(jìn)行施工總布置三維一體信息化設(shè)計(jì)中，通過BIM模型的信息化集成，可實(shí)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(gè)施工區(qū)，快速全面了解項(xiàng)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(jià)中的應(yīng)用

水利工程牽扯面廣，投資大，專業(yè)性強(qiáng)，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(jī)電設(shè)備多、管線密集，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法，無法直觀的從圖紙上展示設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，造成各專業(yè)之間打架碰撞，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更、工程量漏記或重計(jì)、投資浪費(fèi)等現(xiàn)象出現(xiàn)。

采用基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)為有效的解決上述問題提供了機(jī)遇。通過基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件，建立設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)人員的協(xié)同工作平臺，設(shè)計(jì)人員可以在不改變原來設(shè)計(jì)習(xí)慣的情況下，通過二維方法繪圖，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了工程信息的緊密連接。

由于水利工程造價(jià)具有大額性、個(gè)別性、動(dòng)態(tài)性、層次性、兼容性的特點(diǎn)，BIM技術(shù)在水利建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)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(jià)工作的效率和準(zhǔn)確性，通過BIM技術(shù)建立三維模型自動(dòng)識別各類構(gòu)件，快速抽調(diào)計(jì)算工程量，及時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)變化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效避免漏項(xiàng)和錯(cuò)算，提高清單計(jì)價(jià)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(jià)工程師可以與設(shè)計(jì)人員協(xié)同工作，從造價(jià)控制的角度對工藝和方案進(jìn)行比選優(yōu)化，可有效控制設(shè)計(jì)變更，降低工程投資。

BIM技術(shù)的出現(xiàn)，使工程造價(jià)管理與信息技術(shù)高度融合，必將引發(fā)工程造價(jià)的一次革命性變革。目前，國內(nèi)部分水利水電勘測設(shè)計(jì)單位已引進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺，并利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)，在提高水利工程造價(jià)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性方面進(jìn)行了有益探索，值得借鑒。

2.3 BIM在水利建設(shè)中應(yīng)用實(shí)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(jì)研究院（簡稱長江設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)和分析等工作，提高設(shè)計(jì)效率，簡化設(shè)計(jì)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(xiàng)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(gè)使用周期中的各個(gè)階段。該解決方案在項(xiàng)目各參與方之間實(shí)現(xiàn)信息共享，從而有效避免了可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)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(fèi)。

2.3.2云南金沙江阿海水電站

中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院在水電設(shè)計(jì)中也引入了 BIM 的概念。在云南金沙江阿海水電站的設(shè)計(jì)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(jī)電專業(yè)（包括水力機(jī)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(jī)電設(shè)備三維族庫，最終完成整個(gè)水電站的 BIM設(shè)計(jì)工作。BIM 設(shè)計(jì)同時(shí)提供了多種高質(zhì)量的施工設(shè)計(jì)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(jì)與BIM技術(shù)的融合

目前我們所說的協(xié)同設(shè)計(jì)，很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)溝通交流手段，以及設(shè)計(jì)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(jì)方法的革命，BIM技術(shù)與協(xié)同設(shè)計(jì)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?cái)?shù)據(jù)并于不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素。從這個(gè)意義上說，協(xié)同已經(jīng)不再是簡單的文件參照。可以說BIM技術(shù)將為未來協(xié)同設(shè)計(jì)提供底層支撐，大幅提升協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)含量。因此，未來的協(xié)同設(shè)計(jì)，將不再是單純意義上的設(shè)計(jì)交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設(shè)計(jì)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(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期，需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、維護(hù)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(jì)到三維BIM設(shè)計(jì)

當(dāng)前，2D圖紙是我國建筑設(shè)計(jì)行業(yè)最終交付的設(shè)計(jì)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(jìn)行（客觀地說，這是阻礙BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因）。

3D設(shè)計(jì)能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征，相對于2D繪圖，3D設(shè)計(jì)不存在幾何表達(dá)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(jì)的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過進(jìn)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(jì)屬性、價(jià)格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體，3D模型升級為BIM模型。BIM模型可以通過圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動(dòng)獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統(tǒng)計(jì)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(qiáng)大優(yōu)勢

3.3.1設(shè)計(jì)方優(yōu)勢

（1）可視化交流：依托BIM軟件進(jìn)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(jì)中繪制剖面圖的工作量，提高了設(shè)計(jì)工作效率。

（2）聯(lián)動(dòng)化設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)時(shí)，由于工作人員疏忽，容易導(dǎo)致錯(cuò)誤。BIM建模之后，所有視圖、剖面以及三維圖具備聯(lián)動(dòng)功能，一處更改之后，其他自動(dòng)更新，方便設(shè)計(jì)修改。

（3）多專業(yè)協(xié)調(diào)：水電站設(shè)計(jì)中各專業(yè)的最新設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)反映在同一BIM上，錯(cuò)誤碰撞、交叉干擾的問題顯而易見。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)'對工程設(shè)計(jì)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(jì)人員空間想象不正確而導(dǎo)致的錯(cuò)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(jìn)行三維施工工況演示，與施工進(jìn)度結(jié)合進(jìn)行四維模擬建設(shè)，通過與概預(yù)算結(jié)合進(jìn)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(jìn)行可視化操作，自動(dòng)計(jì)算工程量，有效減少工藝沖突。

3.3.3運(yùn)營方優(yōu)勢

（1）運(yùn)營信息集成：BIM可有效地集成設(shè)計(jì)、施工各個(gè)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(cuò)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(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效的管理，可視化進(jìn)程與監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，節(jié)省人力、物力。

（3）建筑加固改造：建筑運(yùn)營過程中出現(xiàn)的病險(xiǎn)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(jìn)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(bào)的各參與方合作理念和意識難于統(tǒng)一。

（4）BIM在施工及運(yùn)營階段成熟軟件過少，直接影響到整個(gè)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(jìn)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。

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(qiáng)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(xiàng)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(xiàng)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(jià)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(gè)新的臺階。

來源：嘉圖BIM

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