BIM在水利工程设计施工中的应用

BIM在水利工程设计施工中的应用
摘要:BIM技术是一种建筑信息模型技术，其通过信息化技术表达建筑构件，
对项目建筑生命周期进行全面展示，应用在水利工程中，可以直观体现建筑信息，按实际工程方案要求优化数据，缩小实际参数与设计参数之间的误差，提高工程
设计的先进性和设计质量。

但由于人们的认知限制，技术水平有待加强，制约了
水利工程建设发展。

关键词：BIM技术；工程设计；施工应用
引言
BIM（Building Information Modeling）技术是指利用3D数字模型，将有
关工程项目中的各类数据进行有效集成，并进行数字化处理。

BIM技术可以为项
目生命周期管理、数字水利枢纽建设、水利枢纽运营提供解决方案，为运营管理
部门创造价值，为设计产品延长服务周期，提高生产力，助力企业成长。

为了使BIM技术运用更加稳定、健康，必须根据不同的业务特点，制订符合其发展要求
的方案，并逐步完善相关的质量管理制度。

1 BIM研发理念
BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型系统，源于“节能增效”。

1973年在全球石油危机影响下，美国企业都在考虑如何提高行业效益。

ChunkEastman教授提出了BIM概念，此后经历了萌芽、产生及发展的不同阶段。

Eastman教授认为BIM的出现能便于实现建筑工程可视化及量化的分析。

随着水
利工程迅猛发展、建设规模增大、技术难度明显提升，其勘测、设计、施工、运
维等数据量日益增长；且水利工程建设周期长、涉及专业多，各专业协同标准严格。

基于“节能增效”的技术理念，在水利工程建设中引入BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型（模拟）。

对于水利工程，建立完善的
BIM信息模型后，能对工程项目不同阶段的数据和资源进行优化整合，便于不同
参与方使用，具有节能增效，提升经济及社会效益等诸多优点。

2 BIM技术在水利工程设计中的应用
2.1 深基坑边坡设计
水利工程施工区地形复杂。

如果在勘探阶段无法对基坑的开挖和填筑进行分析，将影响后期施工。

水利工程地质勘探需要借助无人机拍摄，为了直观体现地
质情况，还应建立三维仿真模型，工作人员可以对周边生态系统维护做提前规划，在工程开工建设前做好相关准备，避免水利工程填挖边坡环节缺乏依据，提高对
工程施工的细节把控程度，确保水利工程项目实施的可行性。

2.2 可视化、联动化、多专业协调设计
基于BIM软件的三维模型可以准确绘制图纸，包括每个项目的剖面图和详图，从而提高设计效率。

令人兴奋的是，BIM建模具有联动功能，所有模型、视图、
截面和细节在一次更改中自动更新，减少了设计修改引起的联动修改。

众所周知，在水电站设计中，各专业的设计冲突时有发生。

不言而喻，BIM模型联动实时更
新在减少碰撞冲突和设计变更方面做出了突出贡献。

另外再结合有限元计算，实
现设计的系统分析，更高效率地实现设计的校核与优化。

BIM的应用，不仅大大
提高了效率，还可以有效避免不必要的错误。

下面系统介绍规划与设计阶段的
BIM应用。

水利工程的规模大，一旦发生变更，带来的变更数据也是庞大的，全
生命周期管理理念贯穿始终的优势比较明显。

在规划设计阶段，根据基本资料，
建立三维地形地质模型，然后多专业在线协同设计，这种协同有跨部门的也有专
业间的，融合了大量的计算分析过程，项目管理层可以在后台在线进行设计进度
管理，设置最终交付成果。

2.3 利用BIM可视化仿真展示混凝土坝施工过程的三维动态过程
由于施工现场受温度、应力、浇筑机械设备配置、浇筑能力等诸多因素影响，施工过程采用分段浇筑混凝土坝的方法。

然而，混凝土坝的浇筑量巨大，通常需
要数千吨甚至数万吨混凝土。

此外，混凝土坝的施工限制太多，难以安排人工浇
筑顺序和进度。

目前，在水利水电建设中，混凝土浇筑施工根据浇筑层数、每月
增加的混凝土浇筑强度等参数，采用经验类比法。

然而，由于缺乏对大坝工程进
行量化分析的技术，不能准确地判定各个阶段的施工进度，以及混凝土坝的抬高
过程能否满足大坝建设的需要。

随着计算机与系统仿真技术的发展，如今可以在
计算机上实时地仿真模拟大坝的施工过程。

通过对混凝土工程的各种施工方案进
行仿真模拟对比，并进行数值比较，可得出科学、合理、准确的施工进度规划。

在此基础上，将多种可能对灌浆过程产生影响的可变参数输入计算机中，构建出
一个基于此模型的水库大坝仿真计算程序，再利用该软件进行水利水电项目的仿
真建造，输入可实现的机械配合方案和相关技术参数，即可得到最优机械利用率。

3 BIM技术在工程施工中的应用
3.1 技术交底与质量安全控制
借助信息软件，可自动生成水利工程的三维模型及相关设计说明、原理图、
进度图、运输方案等，并可结合工程造价进行可视化图纸审查、碰撞检查和数据
库建立。

确保在水利工程施工前完成相关试验，避免工程设计中的缺陷，提前发
现工程的难点和不足。

工程图纸审查过程中发现专业碰撞点54 个，避免因盲目
投入施工造成原材料浪费或者重复施工。

水利工程施工人员应将施工实际情况通
过照片传输至数据库系统，并借助 BIM技术进行模块关联，工程管理人员及监理
人员可以借助信息化系统实施远程监控，避免施工人员由于自身专业性不强而延
误施工进度。

3.2 施工阶段的 BIM 应用
BIM技术下的全生命周期管理，改变了工程项目的重心，数字化交付模式大
大减少了设计变更产生的系列负面效应，这使得项目的施工阶段有更多的精力做
出科学合理的施工计划和施工组织方案，减少工期延误，材料浪费等问题。

施工
阶段的BIM技术应用可以从技术应用和管理应用两个角度来看，一是使用BIM技
术对项目进行BIM施工深化设计、施工方案预演、模拟关键施工过程等，提高施
工的规范性，降低返工风险，保证施工质量；二是以BIM模型为基础，加载相应
的管理功能，实现进度管理、成本管理、质量管理、安全管理、竣工管理等。

3.3 模型信息创建和表达
首先，创建模型信息。

水利工程施工人员应借助BIM模型准确表达工程建筑
实体的特征，以信息为载体，实现从二维图到三维图的转换，确保建模效率。

工
程技术人员应具有一定的建模知识。

BIM设计的三维效果应避免传统的渲染形式，而是利用水利工程的基础数据，准确呈现工程的各种参数，增强实用性，确保水
利工程的顺利实施。

随着信息化技术发展，建模工具不断更新迭代，目前广泛应
用Autodesk、3Dmax等，在具体实施过程中，应结合水利工程实际，建立完善的
建模平台，确保BIM技术在水利工程建设中有效应用。

其次，模型的信息表达。

BIM模型具备完善的数据信息，可以从基础的图纸、文字对模型精准地表达，BIM
技术可以优化水利工程设计方案，实现可视化沟通，模型的信息表达具备多样化、丰富化特点。

结束语
随着信息化、数字化技术发展，水利工程领域已经应用了神经网络、人工智
能技术，项目工程施工采用精细化管理，可以有效借助各类资源，不断完善工程
管理组织机构及优化管理模式，确保水利工程管理人员、设计人员、施工人员及
监理人员利用信息化系统实现信息的互融、互通，便于各专业协同施工，提高水
利工程施工质量及施工效率。

参考文献
[1] 孙斌.BIM技术的现状和发展趋势［J］.水利规划与设计，2017（3）：
13-14，22，72.
[2] 孙少楠，张慧君．BIM技术在水利工程中的应用研究[J]．工程管理学报，2016(20):103-108.。