林 旭 王 麗 郭 瑞

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223005)

BIM(Building Information Modeling)——建筑信息模型，是一種應用于工程設計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行信息共享和傳遞，由建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)共同參與來對建筑物數(shù)據(jù)進行不斷的插入、完整、豐富，并供各相關方提取使用，達到綠色低碳化設計、綠色施工、成本管控、方便運營維護等目的。在整個系統(tǒng)的運行過程中，要求業(yè)主、設計方、監(jiān)理方、總包方、分包方、供應方多渠道和多方位的協(xié)調，通過網(wǎng)上文件管理協(xié)同平臺進行日常維護和管理。

EPC(Engineering Procurement Construction)是指公司受業(yè)主委托，按照合同約定對工程建設項目的設計、采購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包。通常公司在總價合同條件下，對其所承包工程的質量、安全、費用和進度負責。

結合BIM和EPC模式特點，總承包商以設計單位為主體，將設計階段和施工階段有機結合，制定BIM標準，實現(xiàn)BIM技術在各階段的應用，發(fā)揮EPC模式的優(yōu)勢。本文將基于無為泵站工程介紹BIM在水利工程總承包項目的應用，發(fā)掘BIM技術在水利工程EPC項目中的潛力與價值，探索BIM技術在水利工程總承包項目中應用的解決方案。

1 工程概況

無為泵站位于長江大堤處，其主要功能是一般年份排除圩區(qū)澇水，特殊年份抽排流域洪水。依據(jù)規(guī)劃分析，設計排澇面積 61.7km2，設計排澇標準 10～20 年一遇，設計排澇流量為 85m3/s。本次工程建設內容主要包括引水渠、攔污閘、前池及進水池、泵房、排澇出水涵、出水池，副廠房和管理房等。

2 BIM技術路線及標準

2.1 技術路線

工程應用BIM技術過程中，以總承包單位為主，對項目不同階段的工作職責進行分配和管理，建立BIM技術流程，見圖1。

圖1 BIM技術流程

2.2 模型標準

根據(jù)總承包項目特點，要求BIM在實施過程中具有信息傳遞性，通過統(tǒng)一的標準可以使BIM模型信息在設計、施工、運維等階段進行無障礙信息傳遞。

總承包項目BIM建模與交付標準可由總承包單位牽頭，負責標準整體框架的把控，設計單位對標準匯總的數(shù)據(jù)、模型、資料和建模要求等作統(tǒng)一規(guī)定和說明；施工單位對施工階段模型的編碼、拆分進行確定。BIM模型標準的建立，將為各參建單位開展BIM應用及信息共享建立基礎。

3 設計階段BIM應用

3.1 各專業(yè)協(xié)作建立模型

3.1.1 各專業(yè)設計協(xié)同

本項目為泵站工程，其涉及專業(yè)多，各專業(yè)協(xié)同難度大；電氣、水機、金結等設備繁多，敷設過程中容易錯、漏、碰、缺，模型建立精細化要求高。在服務端部署B(yǎng)IM工作平臺，基于平臺進行BIM人員組織與權限分配(項目部組織架構見圖2)，并按公司質量管理體系和項目管理體系建立工程項目文件管理結構。同時管理人員通過完善模型，可視化監(jiān)控施工圖模型深化進度。

圖2 BIM項目部組織架構

3.1.2 各專業(yè)模型創(chuàng)建

項目主要包括泵站、攔污閘、清污機、上下游翼墻等構筑物，涉及水工結構、水力機械、電氣及自動化、金屬結構、房屋建筑等專業(yè)，工程構筑物多涉及專業(yè)廣，模型建立工作量大。工程應用Revit、Inventor參數(shù)化設計、精細化建模、可視化出圖等功能對工程各構件進行設計(模型見圖3)，將輸出成果從傳統(tǒng)的二維平面圖轉化為三維設計模型與二維平面圖相結合的模式，方便檢查、校核，確保設計合理、精確。

圖3 各專業(yè)模型示意

3.1.3 各類工程量統(tǒng)計

根據(jù)已建立的BIM，自動生成所需工程量統(tǒng)計清單，包括根據(jù)建筑專業(yè)模型、水工專業(yè)模型生成的各類構筑物材料統(tǒng)計表，根據(jù)場地單位模型生成的挖填方統(tǒng)計表等報表。由于BIM模型包含豐富的屬性信息，因此可以非?？陀^精確地根據(jù)模型屬性進行分類統(tǒng)計，極大提高了工程概算的精度和速度。

3.1.4 各專業(yè)模型檢查

各專業(yè)模型建立整合后，利用NavisWorks對施工階段的構件與管線、建筑與結構、結構與管線等進行碰撞檢查、施工模擬等優(yōu)化設計，盡早發(fā)現(xiàn)未來將會面對的問題及矛盾，尋找出設計過程中不合理的地方并及時進行調整，或者商討出最佳方案與解決辦法，降低傳統(tǒng)二維模式的錯、漏、碰、缺等現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。

3.1.5 二維施工圖出圖

依托工程BIM，準確生成平立剖圖、綜合管線圖、綜合結構留洞圖，減少了傳統(tǒng)二維設計中繪制剖面圖的工作量，提高了設計工作效率。

3.2 分析軟件交互應用

為了確保泵站安全高效運行，項目設計過程中，將進行進、出水流道優(yōu)化水力設計研究工作，以及對工程主要構筑物進行三維有限元結構分析。利用BIM技術建立的模型與有限元計算軟件相互交互，節(jié)省分析計算前期建模的時間，提高分析計算的效率；結合分析結果，實現(xiàn)對工程設計優(yōu)化。

3.2.1 BIM+CFD技術運用，優(yōu)化流道運行效率

用Inventor建立肘形流道三維模型，將Inventor建立的模型與CFD軟件交互，減輕CFD數(shù)值計算前期建模的工作量，見圖4；同時利用Inventor特有的鈑金構件展開功能，對流道外輪廓進行分解，為施工階段流道澆筑鋼制模板提供依據(jù)。

圖4 Inventor建立流道模型 及CFD數(shù)值計算結果

3.2.2 BIM+CAE技術運用，提高結構計算速度

利用Revit模型與有限元軟件Midas GTS模型交互導入(技術路線見圖5)，提高結構計算的效率，同時根據(jù)計算結果優(yōu)化結構設計，實現(xiàn)BIM三維設計與其他計算軟件協(xié)同設計，使設計方案更科學高效。

圖5 MIDAS有限元結構計算技術路線

3.3 BIM+ GIS +AR+傾斜攝影技術運用

工程建設場地復雜，周邊實景模型建立困難。項目通過傾斜攝影建立精確實景模型，直觀反映工程與周邊環(huán)境關系，大幅減少現(xiàn)場踏勘工作量。

BIM+GIS+AR+傾斜攝影技術的應用，立體展示了設計成果，即時與建設方進行方案溝通，通過SuperMap iServer將集成的數(shù)據(jù)模型進行網(wǎng)頁端的發(fā)布，建設方還可通過手機、PC端的網(wǎng)頁瀏覽器隨時隨地查看模型。可視化的表達方式在信息傳達方面更加完善全面真實，有效提升了設計效率，縮短了設計周期，加快了工程建設總進度。

3.4 設計階段應用成果

水利工程是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及專業(yè)多、設計周期長、工程量大、環(huán)境多變、施工工期長、干擾因數(shù)多、施工機械布置困難，同時還要考慮施工導流、度汛等特殊要求。因此，通過BIM技術能夠使各專業(yè)協(xié)作建立全生命周期的模型，優(yōu)化設計，促進設計質量提升；設計協(xié)同，實現(xiàn)設計周期合理管控；預知結果，保證設計目標順利實現(xiàn)。同時工程設計引用BIM技術后，設計成本顯著降低，根據(jù)初步測算，設計階段節(jié)省成本約3%。

4 施工階段BIM應用

4.1 施工方案控制

4.1.1 場地布置

傳統(tǒng)的二維施工平面布置局限性較大，難以相對合理地展示出施工生產(chǎn)生活場地、材料堆放和加工場地等布局的具體情況。工程建設初期，項目部BIM團隊依據(jù)二維場地布置圖制作BIM三維場地布置圖，見圖6，可以通過多視角查看場地布置細節(jié)，方便多方案綜合對比。

圖6 施工場地布置流程

4.1.2 施工方案可視化

泵站站身造型獨特，結構部位理解難，通過三維圖片或者三維動畫進行交底，可使復雜的結構清楚、直觀地呈現(xiàn)出來，能有效避免施工過程中的質量問題，見圖7。

圖7 三維施工交底示意

4.2 施工質量控制

4.2.1 工地智慧云管理平臺

通過搭建BIM工地智慧云管理平臺，以終端BIM信息為核心，實現(xiàn)施工進度線上管理，質量安全云端信息同步、圖紙規(guī)范信息云端查詢等，使數(shù)字化管理深入項目常態(tài)化管理。

現(xiàn)場質量、安全管理人員將檢查中發(fā)現(xiàn)的質量安全信息，通過手機APP上傳至云平臺，由分管負責人確定處理措施后推送至相關責任人落實整改，完成后，通過云平臺進行驗收，提高了現(xiàn)場質量安全管理信息傳遞效率；將主要分部工程過程施工圖片、施工信息、質量管理過程及相關成品試驗檢測數(shù)據(jù)，添加到系統(tǒng)中生成二維碼，后期可通過掃碼直接查看構件信息，實現(xiàn)施工過程可追溯；通過對云平臺上傳數(shù)據(jù)的收集、整理、分析，確定工程重點巡視部位，制定定點巡視計劃。

4.2.2 人工振搗實時數(shù)字可視化饋控平臺

對于工程主體為大體積混凝土結構，施工質量對于混凝土抗裂具有至關重要的作用。為此，工程運用混凝土施工質量實時饋控系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為智能穿戴裝備系統(tǒng)和振搗效果遠程數(shù)字化管理平臺兩部分。

4.2.2.1 智能穿戴裝備系統(tǒng)

通過智能穿戴裝備系統(tǒng)，運用GPS定位技術解決了工人現(xiàn)場振搗時的定姿定位問題，見圖8。

圖8 裝備智能系統(tǒng)的工人振搗效果

4.2.2.2 振搗效果遠程數(shù)字化管理平臺

該系統(tǒng)可實現(xiàn)混凝土澆筑振搗質量可視化模擬及數(shù)字化控制。確保施工現(xiàn)場振搗信息實時有效導入、動態(tài)效果評價與指標精準顯示，使混凝土振搗施工質量始終處于受控狀態(tài)。

系統(tǒng)網(wǎng)絡結構見圖9，采用C/S(Customer/Server)+ B/S(Browser/Server)架構模式，整個應用系統(tǒng)由混凝土數(shù)字化施工工藝實時饋控系統(tǒng)和Web在線饋控系統(tǒng)兩大部分組成，建立了施工質量數(shù)據(jù)與BIM模型的雙向鏈接，實現(xiàn)了施工質量信息的共享和應用。

圖9 平臺總體架構

4.3 施工進度控制

依托云平臺，利用進度計劃導入平臺與對應模型關聯(lián)，分析進度計劃合理性以及與實際進度進行實時對比，若發(fā)現(xiàn)進度偏差，及時對現(xiàn)場人員、材料、機械配置進行調整，以保證節(jié)點進度目標，在云平臺上傳周施工進度計劃，通過手機端上傳每日實際進度情況和形象進度圖片、勞動力統(tǒng)計等，形成數(shù)字周報，實現(xiàn)進度計劃的動態(tài)管理。

4.4 施工成本控制

BIM創(chuàng)建后，可以準確快速計算工程量，提升施工工程量計量的精度與效率。與傳統(tǒng)的根據(jù)圖紙計算工程量相比，BIM在異形構件工程量計量中尤為突出，見圖10。

圖10 模型統(tǒng)計用量與實際計量對比

4.5 安全控制

4.5.1 隱患排查

對所建BIM，對“四口五臨邊”等危險性較大的危險源進行分析，生成分析報告，三維動態(tài)安全交底，讓一線作業(yè)人員了解和掌握作業(yè)面的安全注意事項，提高生產(chǎn)作業(yè)人員的安全意識，保障施工的安全，見圖11。

圖11 危險源分析

4.5.2 安全教育

使用BIM-VR安全體驗系統(tǒng)，通過項目BIM結合虛擬危險源，讓體驗者走進真實的虛擬現(xiàn)實場景中，通過沉浸式、互動式體驗使體驗者得到更深刻的安全意識教育，提升全員安全意識水平,見圖12。

圖12 VR安全體驗館

4.5.3 勞務管理

使用工地勞務管理系統(tǒng)，結合BIM、可穿戴智能安全帽、人員進出口閘道機，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的勞務實名制系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，實時統(tǒng)計工人的出工情況，對施工工人進行實時定位。

4.5.4 數(shù)字監(jiān)控

針對塔吊使用安全要求引進了塔吊監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有風速報警、防傾斜、禁行區(qū)域設置保護、多塔吊的防碰撞、制動控制、塔吊黑匣子等多種功能，對每一臺塔吊，系統(tǒng)都對其幅度、高度、附近風速、力矩比、荷載比、轉角和傾角進行實時監(jiān)測，且在BIM平臺中實時查看。

4.6 施工階段應用成果

在施工階段，利用設計階段建立的BIM，結合施工進度計劃進行4D施工模擬，協(xié)調各方優(yōu)化時間安排，根據(jù)模擬結果指導現(xiàn)場施工；并且構建人員、設備與材料管理模型，在施工實施過程中，不斷完善模型構件的產(chǎn)品信息及施工、安裝信息；最后在施工過程中，在BIM中輸入主要工藝、電氣設備的必要信息，如設備名稱、制造商、型號、用途等，為后續(xù)運維管理打下基礎。

5 結 語

相較于傳統(tǒng)的設計模式，BIM技術能夠利用全專業(yè)協(xié)同、分析軟件交互等特點提高設計質量和效率，且直觀反映工程信息。結合總承包的特點，利用制定的統(tǒng)一標準，將設計階段和施工階段有機結合起來，讓施工單位更好地理解設計意圖，并對施工進行模擬，加快工程進度，提高施工質量，并為建成后的運維提供數(shù)據(jù)。

鑒于BIM技術在水利工程EPC項目中具有巨大的潛力與價值，本文介紹了水利工程EPC項目中BIM技術的應用，利用BIM技術整合設計和施工過程，并前后延展，涵蓋規(guī)劃、運維過程，形成一套完整的項目全生命周期解決方案，為同類項目的BIM技術積累了成功經(jīng)驗。