BIM技术在水工工程中的应用

引言

BIM技术是近几年才提出和发展的工程建设管理综合集成技术，是英文术语“Building Information Model" 或“Building Information Modeling”的缩写。前者可以译为“建筑信息模型”，后者可以译为“建筑信息建模”。BIM技术是以三维数字建模技术为基础，集成了建筑工程项目全生命周期各种相关信息的工程数据模型，是计算机数字技术在建筑工程中的直接应用，它涵盖了工程项目建设中设计、施工、管理的全过程。

一、施工应用实例

大连东港区搬迁改造水工工程位于大连湾的南岸，工程包括永久护岸一至八标段、游艇港、临时围堰及陆域回填等，工程结构形式为钢筋砼圆筒、沉箱结合软基加固直立式和堤心抛石爆破挤淤斜坡式，软基处理包括大断面开挖、塑料排水板和土工格栅软基加固、水下振冲碎石桩加固、爆破挤淤和抛石挤淤等多种形式。护岸总长近10公里，水上回填陆域3平方公里。下图是工程施工期间利用Inventor软件建立的工程信息模型，该模型涵盖了工程合同范围内的全部信息，在工程投标、生产组织、工程结算等等施工全过程都发挥了重要作用。

二、BIM技术在水工工程应用中的特点

1.工程承揽、竞争优势

BIM技术的显著特点就是可视化，即“所见所得”的形式。BIM技术的参数化实体建模极大地提升施工企业在招投标的经营承揽能力，无论是响应招标文件要求采用信息化施工技术，还是确定合理施工工艺、快速核算工程数量、提高施工管理水平，降低工程造价，都提升了企业的核心竞争力，增加了中标几率。右图就是利用AutoCAD civil3D2008把Googl Earth里的数据civil3D中来，把山体地形资料和水深资料整合成BIM模型，使山体爆破区域和海里回填区域联系起来，布置运输通道、 临建等设施，在投标过程中的得到评标专家的肯定，为公司顺利中标发挥积极作用。

2.三维渲染、宣传展示

很多人说过去我们也曾经做过工程三维动画或工程效果图，来宣传企业形象，但该工作通常分包给专业的效果图制作团队或多媒体影视公司，这和BIM技术有本质的区别。首先是使用目的不同，宣传用三维动画建模侧重于视觉效果的逼真，是为了看，而BIM软件的三维建模不仅仅是看着逼真，更包含了大量的工程信息，如质量、密度、材质、工艺、逻辑关系等，是为了在工程中用到这些模型。其次，行为主体不同，宣传用三维动画地主体是分包专业团队，BIM技术的主体是工程技术人员。行为结果不同，宣传用三维动画在我们支付了大笔的费用之后，得到的通常是一段视频或一张图片，即是提供三维建模素材，在工程中也不可使用，而BIM技术的三维模型自始至终都为工程服务，实现互动性和反馈性的可视，而且还拥有自主知识产权。可以说，BIM技术实现的三维动画和工程效果图，只是其应用的一个方面。

3.快速算量、精度提升

工程建设中工程量的核算对建设单位的投资和施工单位的造价影重大。BIM技术之前的工程量核算通常采用人工核算，在有着众多分部分项的庞大工程面前，该项工作难度很大，通常需要大量的人力投入，但计算效率低，计算精度差，校核困难。BIM技术给工程量核算带来了革命性变化，真正做到了自动计算、校核易，精度准、效率高。由于BIM数据库的数据精度达到构件级，是通过实体建模技术建立，无论是工程构件的混凝土浇筑量、水下基槽开挖量或沉箱基床的抛石量，还是构件表面的涂料面积或模板面积都可以高效得到。

4.图纸会审、科学高效

施工图纸核对审查在施工技术管理中非常重要，BIM技术是施工图纸核对审查最有效的方法，通过BIM建模的过程，对工程总图、工艺、结构检查其是否相符，土建与配套工程是否衔接，内部结构与工艺系统设备有无矛盾，图纸尺寸及高程有无错误等。通过图纸会审可以充分理解设计意图，及早发现设计缺陷，为施工工艺确定及施工索赔做好准备。

5.工程交底、新颖实用

BIM技术在单位工程和分项工程技术交底过程中发挥重要作用。BIM可以使全体被交底人员对整个工程更直观地了解工程概况，结构形式、主要施工工艺、施工进度计划、材料和设备使用计划等。BIM技术提供实时交互可视化平台，对典型施工的新工艺、新技术、新材料和新设备能更高效地讲解工艺原理、规程操作要点。以上图挂蓝施工为例，以BIM作为工程组织实施的技术、安全交底的手段，其工作效率是无以伦比的，成效显著。

6.工艺制定、科学合理

BIM技术提供的完整工程信息模型加深了对工程全貌和重点难点的分项工程的研究和理解。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。通过虚拟施工技术可以在施工方案确定上提前谋划，早作决定。

7.数值计算、保障工程

工程施工管理的核心是确保工程安全、质量、进度和成本可控，施工方案确定的原则是技术上可行，经济上合理，实现的手段就是科学计算，进行多方案比选，优中选优，精益求精。钢筋混凝土现浇或预制离不开模板使用，大体积混凝土温度应力分析控制，防止混凝土施工裂缝的发生，沉箱下水拖运也离不开沉箱浮游稳定计算。BIM技术为工程可靠性分析提供了基础，通过模型进行有限元分析，设定单元类型、材料属性、定义荷载和边界约束条件，可以对模板的强度、刚度和稳定性进行计算，对混凝土浇筑后因水泥胶凝材料水化热反应释放热量，通过热传导、对流，砼徐变及构件形状的数值模拟分析，掌握温度、应力和变形等在构件内部的分布和影响，更好为工程施工服务。

8.竣工决算、效益显著

由于BIM的巨大技术优势，在施工工艺描述、工程量计算的精确和直观性，使得在工程竣工决算、设计变更索赔中，施工单位和监理单位、建设单位以及审计单位的沟通变得更加容易和高效。正因为施工单位率先采取了BIM技术在行业中具有领先地位，使得施工单位在竣工决算和变更索赔处于较有利地位，极大地保护了施工单位的利益。

三、结束语

BIM技术的应用可以起到立竿见影的各方面管理水平的提升，在BIM基础上的工程可靠性分析和人机交互式的虚拟施工技术必将施工企业管理推上更高的高度，因为虚拟施工技术是包括产品数字化定义、仿真技术、虚拟现实技术、可视化技术、数据集成、优化技术等，是一门跨学科的综合性技术，是工程领域发展的未来。

参考文献

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作者：中交一航局第三工程有限公司杨光 张双鹏 陈强；天津海岸带工程有限公司 陈怡

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