劉喜珠，李汶諭，王曉蕾

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013）

我國水利工程勘測設計已經(jīng)形成了一套較為完備的體系，但這套傳統(tǒng)設計體系在應用過程中，還存在設計信息量表達不夠、專業(yè)間協(xié)調(diào)設計不夠、布置出現(xiàn)碰撞等“不完美”狀況。同時，現(xiàn)代工程實施和運行維護過程中，對工程各方面的信息要求越來越高，對水利工程設計提出了三維立體化信息的更高要求。這種“不完美”與“更高要求”的有效碰撞，成為促進我國水利工程勘測設計手段向前發(fā)展的強大推動力。

在此背景下，工程設計技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了BIM、GIS、BIM+、BIM+GIS等技術(shù)的應用。近十年，BIM技術(shù)在工程領域應用的報道鋪天蓋地，水利行業(yè)也逐漸采用BIM技術(shù)解決傳統(tǒng)設計中的問題。為了滿足水利市場發(fā)展需求，山東省水利勘測設計院（以下簡稱山東水院）、山東新匯建設集團有限公司（以下簡稱山東新匯）分別于2017年、2018年引入BENTLEY系列軟件，試水BIM設計領域。通過近2年的學習應用，山東水利設計BIM應用稍見成果，已成功在黃水東調(diào)二期、莊里水庫等工程項目上成功應用。山東勘察設計行業(yè)BIM應用逐步走上正軌，正逐步試水BIM+GIS等熱點應用技術(shù)。

1 BIM技術(shù)應用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)以三維數(shù)字技術(shù)為基礎，搭建出集成了工程項目各階段相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。在工程項目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在數(shù)據(jù)模型中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協(xié)同作業(yè)。水利是建設工程與機電安裝工程的結(jié)合體，通過BIM技術(shù)的應用，能夠集成項目全生命周期內(nèi)各個階段不同類型的信息，解決大量信息的溝通、協(xié)調(diào)問題，建立項目功能和實體一體化的數(shù)字化模型，整合項目全生命周期內(nèi)的全部建造信息，為設計、施工以及運營單位在內(nèi)的各參建主體提供協(xié)同工作的基礎，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的水利工程建設全生命周期管理。目前，山東水利勘察設計行業(yè)在各設計階段BIM應用的現(xiàn)狀如下。

1.1 工程規(guī)劃階段

測繪專業(yè)利用衛(wèi)星或無人機對場地進行快速實景建模。規(guī)劃設計專業(yè)運用BIM技術(shù)創(chuàng)建工程的概念模型，結(jié)合實景模型對設計方案進行優(yōu)化調(diào)整，并進行相關(guān)工程量、社會經(jīng)濟影響估算，并可通過VR技術(shù)進行身臨其境的工程場景瀏覽。目前，山東水院已在山東省黃水東調(diào)應急調(diào)水工程的宋莊閘區(qū)域運用傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建了不同工程方案區(qū)域的三維實景模型，以輔助項目選址，并探索實現(xiàn)了三維實景模型與工程BIM模型的無縫融合技術(shù)（如圖1所示）。

圖1 黃水東調(diào)二期宋莊閘實景建模

1.2 勘測設計階段

隨著勘測設計工作的逐步深入，在工程建設的可行性研究、初步設計、招標設計、施工詳圖設計等階段需要對概念模型進行逐步細化，并附加各種屬性信息、剖切成圖，以便于三維信息模型和二維施工圖紙一并移交給建設方。該階段，引進三維設計軟件的山東水院、山東新匯均實現(xiàn)了各專業(yè)間的BIM協(xié)同設計，通過各專業(yè)實時碰撞檢查、設計校審，大大降低了設計產(chǎn)品的差錯率，提高了設計產(chǎn)品的質(zhì)量和信息內(nèi)容。同時，為提高設計效率，山東水院依托華東勘測設計研究院有限公司各設計專業(yè)均不同程度對所購買的BIM設計平臺進行了二次開發(fā)，逐步實現(xiàn)了項目區(qū)域地質(zhì)特性的數(shù)據(jù)庫編錄、地質(zhì)三維模型的自動建立、分析和出圖；逐步實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)、水工、水機、電氣、金屬結(jié)構(gòu)、施工組織等專業(yè)的模塊化、參數(shù)化（如圖2所示）。結(jié)合山東省黃水東調(diào)應急調(diào)水工程、泗河紅旗閘除險加固工程、山東省莊里水庫工程、西藏湘河水利樞紐工程等項目應用積累，山東省級水利勘察設計單位實現(xiàn)了數(shù)字化三維協(xié)同設計，工程設計質(zhì)量得到了大幅度提升。

圖2 閘墩參數(shù)化建模示意

工程勘察設計階段，設計單位提交可向工程參建各方移交的工程三維數(shù)字化模型，是數(shù)字化施工、監(jiān)理、運維的必要數(shù)據(jù)準備。通過該階段建立的BIM數(shù)據(jù)模型，為施工、運維階段數(shù)據(jù)庫建立，統(tǒng)一管理勘察、設計、建模、分析中的工程數(shù)據(jù)奠定了基礎。

1.3 工程建設階段

在工程施工階段，監(jiān)理、施工企業(yè)依據(jù)設計企業(yè)提供的三維信息模型開展建設與相關(guān)管理工作，進行制造與預拼裝、4D施工策劃、4D施工管理、結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與動態(tài)更新、5D資源管理、數(shù)字化校驗與移交，建造完成后將真實反映建筑物的竣工模型和包含質(zhì)量、設備、文檔等信息的數(shù)據(jù)庫移交到運維方。目前，我國大型水利水電項目施工均不同程度實現(xiàn)了數(shù)字化施工質(zhì)量管理、施工過程實時監(jiān)測等BIM+物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應用。山東省水利勘察設計單位努力實現(xiàn)了水利工程的施工過程、施工工藝的模擬，為施工單位提供了直觀、高效的施工組織方案，提高了設計交底效率。同時，逐漸嘗試依托水利設計BIM數(shù)據(jù)模型，為施工單位提供了BIM+的施工管理應用平臺。

目前，在西藏湘河水利樞紐工程中，山東水院探索實現(xiàn)了瀝青混凝土心墻壩的施工過程模擬，但施工組織的整體方案展示仍在探索。

1.4 工程運維階段

隨著國家對水利工程管理的重視加強，以及對水利信息化的加推，山東水利設計單位已意識到數(shù)字化管理的廣大市場需求，正在極力提高專業(yè)技能，拓展在該領域的市場地位。在該階段，試水依托設計院承攬的EPC項目，以施工階段移交的竣工模型為基礎，開發(fā)工程信息管理系統(tǒng)，探索了工程的數(shù)字化管理和虛擬仿真應用。比如，山東水利設計院積極與科技公司合作，進行丘陵區(qū)智慧水庫建設的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究。

BIM技術(shù)在設計行業(yè)已經(jīng)得到廣泛的應用和推廣，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)瓶頸的突破，三維設計在水利行業(yè)的推廣也會越來越迅猛。

2 熱點應用技術(shù)及趨勢

隨著BIM應用逐步走向深入，單純應用BIM的項目越來越少，更多的是將BIM與其他先進技術(shù)集成或與應用系統(tǒng)集成，以發(fā)揮更大的綜合價值。BIM+GIS就是其中一種。對水利行業(yè)而言，GIS不僅可以進行各種信息的存儲、檢索、輸出，還可以通過一系列工具軟件進行流域與河網(wǎng)的提取、產(chǎn)匯流分析、洪水預報、風險管理和預警及洪水風險圖編制、水資源的管理，并可以通過三維模擬技術(shù)實時在線模擬洪水過程和洪災損失。GIS技術(shù)已成為水利行業(yè)中水文、移民、水保等專業(yè)的熱點應用技術(shù)。而且，GIS技術(shù)可聯(lián)合RS、GPS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對流域的地理環(huán)境、自然資源、生態(tài)環(huán)境、人文景觀、社會和競技狀態(tài)等各種信息進行采集和數(shù)字化管理、分析，以便于流域綜合信息和三維影像、BIM模型的管理應用。隨著三維GIS與BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM+GIS技術(shù)的應用必將成為水利勘察設計行業(yè)的應用趨勢。

山東水利設計單位正在以BIM+GIS技術(shù)為核心，積極探索搭建數(shù)字化工程管理平臺，聚合分散的現(xiàn)狀基礎地理數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)、設計圖紙、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、業(yè)務信息數(shù)據(jù)等，充分發(fā)揮數(shù)字工程BIM信息集成和共享的優(yōu)勢，完成工程BIM設計數(shù)據(jù)的信息化、精細化、高效化、一體化的全流程管理。

3 結(jié)束語

在數(shù)字和互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，將GIS、BIM、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與水利業(yè)務相結(jié)合，是時代發(fā)展的產(chǎn)物。為滿足水利工程市場發(fā)展需求，山東省級水利勘察設計院配備傾斜攝影、三維BIM設計相關(guān)軟件和設備，積極應對產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的設計技術(shù)手段升級需求。同時，BIM、GIS等技術(shù)在水利工程中的應用，對水利勘察設計產(chǎn)品的質(zhì)量、信息等產(chǎn)生了積極影響。