基于BIM的水利工程全生命周期管理研究

基于BIM的水利工程全生命周期管理研究

殷大健

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摘要：建筑信息模型（BIM）以其信息化、可视化和参数化等特点，在项目全生命周期管理中具有重要作用。然而，目前在大型水利水电工程领域，BIM技术的应用仍较为有限。为了确保水利工程的可靠建设与运行，全生命周期管理得到了广泛应用。本文分析了全生命周期管理的价值和关键技术，明晰了BIM技术在水利工程全生命周期管理中的需求和架构，为水利工程全生命周期管理提供了理论依据和技术支持。

关键词：BIM技术；水利工程；全生命周期

根据《全国水利信息化规划》的要求，我国在21世纪初开始启动了信息化综合体系的建设。同时，水利工程建设与管理也经历了BIM技术提高设计效率和质量、BIM资源整合等应用之后，进入了BIM价值新发现阶段。智慧水利作为现代水利信息化发展的最新形态，将数字技术、信息技术与传统产业融合已成为大势所趋。

水利工程具有规模大、综合性强、受自然条件约束大、产业链条长、技术复杂等特点。因此，在水利方面应用高新技术是必然且合理的，也为水利行业带来了无限的机遇和挑战。在水利行业，BIM、GIS、协同平台等三维协同技术已经有了较多的成功应用案例，与其他行业不同的是，由于后期管理和运营的复杂性以及与自然环境紧密的相关性，水利行业的BIM应用一开始就贯穿于工程的全生命周期。因此，在水利行业中，BIM技术的应用更加广泛和深入，为水利工程的建设、运营和管理带来了更多的价值。

一、全生命周期与BIM概述

（一）价值

针对我国水利行业发展现状，全生命周期管理是一种集成的、信息驱动的管理方法，其应该将重点放在设计、采购、施工和运营阶段。水利工程的特点是投资大、实施过程复杂、资源投入密集等，因此面临着诸多方面的风险与压力。但是，通过实施全生命周期管理方法，可以有效地保障工程开发进度和质量，使投资始终处于可控和受控状态，从而保障水利工程的社会效益和经济效益。

在全生命周期管理方法中，需要对水利工程的整个生命周期进行全面的管理和控制，包括需求分析、规划设计、采购、施工、运营和维护等各个环节。在设计阶段，需要充分考虑工程的可行性和可持续性，注重技术创新和环保，从而为工程的后续阶段提供坚实的基础。在采购和施工阶段，需要加强对材料和设备的质量控制，注重施工过程的协调和监督，确保工程质量达到标准要求。在运营阶段，需要制定科学合理的运营计划和维护计划，进行全面的运营管理和维护工作，保障工程的安全和可靠性。

（二）关键技术

水利工程全生命周期管理中，需要对工程的各个阶段进行全面有效的管理。为此，在一定程度上依赖于集成信息化的计算机软件系统。其中，建筑信息模型BIM技术是一种重要的工具。通过BIM技术，可以全面反映水利建筑物的物理几何特性，包括工程外观、位置以及环境信息等。同时，BIM技术还可以集成建筑物各类工程信息，包括进度、材料信息以及造价信息等。

BIM模型中，所有信息都由统一的数据源提供，因此，工程信息互相联系、逻辑相关且连续一致。这种一体化的管理方式使得水利工程建设的各个环节之间可以实现无缝衔接，从而提高了工程管理的效率和准确性。

除此之外，BIM技术还可以实现三维空间展现，帮助管理人员在视觉上更加清晰地了解工程的整体情况。同时，BIM技术也可以进行静态和动态模拟，以帮助工程管理人员更好地预测和解决问题。

二、ＢＩＭ技术的特点与优势

（一）可视化

将建筑及构件、环境条件、相关设施及设备材料的施工方案和建造过程以三维方式呈现出来，这是一项非常重要的工作。通过可视化的手段，能够更加直观地展现工程建设的各个环节，从而提高工程建设的效率和质量。实践证明，可视化技术在工程建设过程中具有重要的作用。

（二）参数化

将每个构件赋予参数化图元，并通过调整参数来改变和区分它们，在模型中更改参数，从而重新构建和分析模型。这一方法能够有效地改变构件的特征，使其在模型中呈现不同的形态。

（三）模拟性

BIM的模拟性指的是在设计阶段将虚拟建筑模型、环境等相关信息导入到建筑性能分析软件中，借助这些信息和规则的设置，计算机可自动完成性能分析过程，最终提供所需的分析结果。相较于人工方式，BIM模拟可以缩短分析时间，同时保证分析结果的质量。

（四）优化性

BIM的价值不仅在于解决信息本身的问题，还在于其自动关联功能和计算功能，能够极大地缩短工作流程时间，并支持相关方制订满足自身需求的方案。

（五）一体化

BIM的信息不仅限于设计阶段的几何信息、材料、结构、性能等方面，也包括建造过程和运维管理等全过程的信息，这些信息可以由多个参与方进行建立、提取、修改和完善，帮助管理整个项目的全寿命周期。

三、实际应用方案

通过各方和各专业的信息协同，BIM技术以信息数据为模型基础，利用数字信息仿真建筑物全生命周期的各个阶段，指导工程项目的设计、施工和运维。在水利水电工程中，BIM全生命周期管理流程如图1所示。其中，在设计阶段，BIM技术实现了三维可视化、信息化和多专业协同设计，通过有限元计算实现设计的校核和优化，从而减少不同专业之间的碰撞冲突和设计变更。在施工阶段，BIM技术实现了5D施工管理、进度管理、合同管理和造价管理。在运维阶段，基于“互联网+BIM”，综合BIM模型展示、大坝安全监测管理和设备资产管理。可以看出，BIM技术在数字化方面的有效作用已经显而易见，成为推动水利工程发展的新动力。在创新应用方面，BIM技术在以下几个方面比较突出。

（一）数据库

转化为数字化产品交付的目标，是将项目中所有构件的实体和功能特征存储在数据库中，以消除项目各参与方之间以及参与方与技术工具之间的信息交流障碍，从而实现设计和施工的更加协调。此外，整个项目都有一个“数字化备份”，为后期运营和维护提供了安全、可靠的保证。

（二）分布式模型

在分布式BIM环境下，建筑信息模型需要分阶段、分专业、分精度进行制作，通常由不同的单位负责。主要包括设计模型、施工深化模型、建造模型、施工管理模型、以及运维模型等。BIM数据库技术可以存储各个BIM智能对象的信息，并根据需要将特定的子集数据公布给分析工具，这是一个无缝、快速、高效的过程。

（三）工具与程序

BIM是一款功能强大的工具，它不仅集成了建模和分析功能，而且具有一体化和兼容性的程序。

（四）ＢＩＭ实施

BIM的应用需要贯穿整个过程，而不应局限于部分阶段，否则容易导致各阶段成果之间的信息隔离。为此，需要从政府和业主角度出发，建立统一的政策指导和技术标准，进行行业层面的系统设计。建设单位应成为核心，对BIM应用进行全面统筹和管理，加强项目各参与方之间的协作能力，推动BIM在整个过程中的应用。这一过程将有助于提升水利工程建设的效率和质量，推动行业向数字化转型迈进。

四、结语

本文介绍了一种基于ＢＩＭ的水利水电工程全生命周期管理应用方案，它覆盖了设计、施工和运维各个阶段，并提供了可操作性强的关键技术，为相关工程ＢＩＭ应用提供了切实可行的参考。

在水利水电工程全生命周期中，运维阶段持续时间最长，因此需要特别重视。基于ＢＩＭ的运维管理平台对大坝运行管理有一定的作用，但仍有改进空间。未来可以进一步开展“互联网＋”、云计算、大数据的应用研究，以提高大坝运行管理平台的安全性和效率。

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