张艳

青岛卓禹项目管理咨询有限公司 山东 青岛 266000

引言

传统的水利工程设计方式面临着工程效率低、施工难度大等问题，BIM技术则能够有效地解决这些问题，提高水利工程建设的效率和质量。我国的水利工程建设已经开始逐步引入BIM技术，但仍存在着实际运用方面的问题。因此，未来需要加强BIM技术的研究和推广，进一步推动其在水利工程设计中的广泛应用，为我国水利工程建设注入新的活力和动力。

1 BIM技术在水利工程应用中存在的问题和改进措施

1.1 人才培养体系不健全

在水利工程领域，BIM技术的应用需要涉及土木工程、水文学、水动力学、计算机科学等多个领域的知识和技能。然而，当前水利工程领域专业人才相对匮乏，特别是对于BIM技术应用专业人才的需求量更是远远超过供给量。因此，需要建立和完善人才培养体系，为水利工程BIM技术的应用提供更充足的人力资源[1]。具体来说，需要加强相关学科的培养和发展，增加BIM技术应用相关课程的设置，建立多学科交叉的人才培养机制，以及加强与企业合作，实现理论和实践的有机结合，提高人才培养的实效性。

1.2 应用与主流工程建设模式不匹配

当前，国内水利工程建设主要采用传统的建设模式和管理方式，较少采用数字化和信息化技术，BIM技术的应用还处于探索和推广阶段。一些水利工程建设单位和管理部门对BIM技术的应用缺乏理解和认可，缺乏相关技术人才和技术支持，导致BIM技术在实际工程中的应用存在诸多困难和障碍。要大力加强BIM技术的宣传和推广，提高各级领导和业主单位对BIM技术的认识和支持度。探索新的建设模式和管理方式，将BIM技术应用于整个水利工程建设和管理的全过程，实现信息化和数字化的整合和创新，推动水利工程建设和管理的转型和升级。

1.3 BIM软件及应用标准不统一

1.3.1 BIM体系软件的选择问题。目前市场上存在着各种不同的BIM软件，例如Revit、Civil3D、Navisworks等，这些软件功能、性能和适用范围各不相同。因此，在水利工程应用中，如何选择适合的BIM软件，是一个关键的问题。某些软件可能难以与水利工程的特殊要求和工作流程相匹配，从而导致BIM技术的应用效果不佳，甚至失败。应该结合水利工程的特点和要求，建立评价BIM软件的标准体系，明确各项评价指标和权重，对不同的软件进行评估和比较，从而选出适合水利工程应用的产品。例如，在软件性能方面，应考虑软件的处理速度、稳定性、数据格式的兼容性等；在水利工程特殊要求方面，应考虑软件是否支持水文和水动力学模拟、地形建模、水利工程结构设计等功能[2]。

1.3.2 不同版本间的数据标准统一和兼容性问题。由于各种BIM软件具有不同的数据结构和格式，导致在不同软件之间的数据传输和共享中出现了一些困难。某些时候即便使用同一软件的不同版本，也可能会出现兼容性问题，这些问题会导致数据丢失、数据不一致、重复录入等问题，从而降低工作效率，增加人工成本和错误率。为了解决此种现象，需要进行数据标准化和软件兼容性测试。数据标准化可以确保不同软件或版本之间的数据格式和结构相同，从而实现数据的互通和共享[3]；而软件兼容性测试则可以帮助用户在不同软件或版本之间无缝切换，以确保数据在各种软件环境中都可以正常使用。在实践中，建议优化数据交换标准协议、统一建模约束条件和要求、进行数据格式转换和兼容性测试等方式来改善当前现状。另外，也可以通过开发兼容性良好的BIM软件插件和接口来实现数据的互通和共享，这将有助于提高BIM技术在水利工程中的应用效率和准确性。

1.3.3 应用标准的颗粒度与业务应用需求的匹配度不够。国内外BIM技术的应用标准主要包括IFC、GB/T、ISO、BSI等多种标准，但这些标准的颗粒度往往与实际业务应用需求不完全匹配。例如，当前的BIM标准主要关注建筑和结构领域，而在水利工程领域，往往需要更多的专业标准和细节要求。为了改善这类情况，需要制定更为细化、针对性更强的BIM标准，并将其与水利工程的实际业务需求相匹配。同时，也需要加强BIM应用标准与水利工程领域的交流和合作，以便更好地理解和满足水利工程的业务需求。此外，针对水利工程的特殊性，可以开发定制化的BIM软件和应用工具，以适应水利工程的建模需求，提高建模的效率和精度。

2 BIM技术在水利工程设计中的运用

2.1 在总体设计方面的运用

在水利工程总体设计中，BIM技术可以通过建立数字模型、协同设计和分析等方式，实现全过程数据的管理和共享，提高设计效率和精度。该技术不仅可以整合水利工程的几何信息，还可以汇总材料、施工、运营和维护等相关数据，通过数字模型进行可视化设计和方案比较，让相关设计团队选择最佳的设计方案，还可以用于虚拟现实技术的应用，帮助设计人员更直观地了解工程设计的效果和影响。

2.2 构建地形模型

地形模型是指地面表面的数字化模型，可以根据其数据进行三维建模、仿真分析和施工规划。构建地形模型的主要步骤包括获取数据、处理数据和建模展示。获取地形数据可以通过多种途径获得，例如使用激光雷达、全球定位系统（GPS）、无人机等技术进行数据采集。然后用AutoCAD、Civil 3D、Revit等软件将数据导入到BIM软件中进行处理，一定要注意数据的精度和分辨率，以及是否存在数据缺失等问题，还要做好处理后数据的建模展示工作。在BIM软件中，将处理后的数据转换为三维模型，并根据需要进行添加、修改、删除等操作，以满足设计要求。同时，也可以进行三维可视化和交互式模拟，方便工程师和设计师进行实时的模型调整和设计优化。

2.3 构建建筑物模型

BIM技术（Building Information Modeling，建筑信息模型）在水利工程设计中的应用，可以通过构建建筑物模型来实现，其操作方式如下：首先，需要选择合适的BIM软件，根据水利工程设计的需求，建立建筑物模型。这个过程需要在三维模型中创建建筑物的墙、柱、梁等不同部分，通过输入建筑物的尺寸和形状，自动生成建筑物的基本结构。再将管道、阀门、水泵等水利工程相关的元素添加到建筑物模型中，可以先在软件中选择相应的元素，然后将其拖放到建筑物模型中的合适位置[4]；然后，需要对建筑物模型进行细化。这包括对建筑物中管道的材料、直径和长度等每个元素的属性进行设置，生成水力分析和水力计算等完整的水利工程设计信息模型；最后，可以使用建筑物模型进行可视化分析和协作，通过添加摄像头，让设计团队和客户实时查看建筑物模型，并提出建议和修改意见，也可以使用BIM协作工具，实现多人协同设计和数据共享。

2.4 布置建筑物枢纽

熟练运用该技术，能够快速而准确地确定建筑物枢纽的位置、大小和形状，避免了传统二维图纸所存在的信息不全面、难以理解的问题。在进行建筑物枢纽的布置前，需要在BIM软件中新建一个工程，并设置工程的地理位置和相关的环境参数。随后，可以通过在工程中添加建筑物模型的方式，创建建筑物枢纽的三维模型，选择现有的标准模型或者自定义建筑物模型，以满足不同的设计需求。还要通过更改建筑物模型的参数，快速调整建筑物枢纽的大小、高度等参数，以达到最佳的设计效果。

2.5 计算土方量

在BIM技术中，计算土方量的过程实际上是通过对不同区域的体积计算来实现的，需要使用建模软件中的算法，其中最常见的算法是剖面法和格网法。剖面法是一种基于截面的计算方法，通过对截面进行测量和分析，确定土方量，在建模软件中要将整个水利工程切割成若干个垂直于水流方向的截面，并测量每个截面的宽度和高程。接着，在每个截面上定义挖方和填方区域的边界，并计算每个区域的体积。把所有截面的体积相加，得到整个水利工程的土方量。格网法是一种基于体积网格的计算方法，通过将整个水利工程划分成若干个立方体网格，定义挖方和填方区域的边界，并计算每个区域的体积，将所有网格的体积相加，就能获得需要的数据。在计算土方量时，还需要考虑工程的修正系数和余地系数等参数。修正系数包括土方开挖后收缩和松散系数、土方填筑后压实系数等，用于修正土方量的实际值；余地系数则是为了考虑工程施工误差、土方开挖后坍塌和土方填筑后沉降等因素，提高土方量的安全储备。

2.6 模拟工程进度

为了实现准确的模拟工程进度，需要建立详细的BIM模型，应包含水利工程的大坝、水库、引水渠道、泵站等各个部分，并对这些部分的构件序列和时间安排进行科学分配。在模型中定义这些信息后，还要使用软件中的进度分析工具对工程进度进行模拟，计算出不同阶段的工作量和资源需求，包括人力、材料和设备，并结合实际情况进行调整，以获得最优的进度计划[5]。

2.7 研究交付内容

交付内容是指在设计过程中需要交付给其他团队或利益相关者的文件和数据。这些文件和数据可以包括建筑模型、图纸、材料清单、工程计算和分析结果等。在进行水利工程设计时，需要定义交付内容的类型和格式。例如，需要交付哪些文件和数据，以及这些文件和数据应该采用何种格式，最好通过与利益相关者进行沟通和协商来确定。并建立BIM模型，将其作为交付内容的基础，一定要包含各个设计阶段的模型、图纸、分析结果等。这些数据可以与其他团队共享，以提高沟通效率和准确性。在建立标准和流程时，需要考虑交付内容的质量、可读性和可操作性，使用BIM软件进行交付内容的管理和控制，帮助管理交付内容的版本、变更和审批，从而提高交付内容的准确性和溯源的精准程度。

2.8 信息和模型的创建和表达

在建立水利工程项目的BIM模型之前，需要收集和整合各种相关的信息，如建筑物形状、土地形态、地形数据、水文数据等，以确保模型的准确性和完整性。然后，通过BIM软件对这些数据进行处理和分析，生成一个可视化的三维模型，将设计和施工过程中的各种信息和数据相互关联，实现协同设计和管理。使用BIM软件生成高质量的渲染图、动画和虚拟现实等展示方式。这些展示方式可以帮助利益相关者更好地理解设计概念和设计方案。在表达BIM模型时，还需要考虑呈现的内容和细节，对重要信息进行标注、注释和图例，以确保表达的准确性和可读性。

3 结束语

综上所述，BIM技术在水利工程设计中的应用已经取得了显著的成效，带来了高效、精准、可视化的设计效果，同时也提升了项目管理和运维水平。当科学技术在不断发展时，BIM技术也将更加普及，人工智能、大数据等技术的应用也将与BIM技术相结合，为水利工程设计提供更加全面、高效的解决方案，进一步提升水利工程的建设水平。