基于 BIM的水利水电工程全生命周期管理研究
摘要：建筑信息模型(BIM)主要应用几何学、信息管理等学科的知识，对建筑全生命周期的信息进行管理和存储，具有信息完整性、参数化、信息集成、可视化、协同仿真优化、可视化等优势和特点。
关键词：BlM技术：水利工程；全生命周期管理；
生命周期思想最初源于产品生命周期管理(PLM)，随后被引入建筑行业，全生命周期管理的运用与建筑行业信息化发展趋势相关。为保障水利工程建设与运行的可靠性，全生命周期管理得到了广泛的运用。
一、全生命周期管理价值与关键技术
1．全生命周期管理价值。全生命周期管理是一种集成的、信息驱动的管理方法，考虑我国水利行业发展现状，全生命周期管理应将重点放在设计、采购、施工、运行阶段。水利工程具有投资大、实施过程复杂、资源投入密集等特点，面临着诸多方面的风险与压力，通过全生命周期管理方法的运用，可有效保障工程开发进度、质量，使投资始终处于可控、受控状态，保障
水利工程的社会效益和经济效益。
2.全生命周期管理关键技术。水利工程全生命周期管理中，在一定程度上依赖集成信息化的计算机软件系统。建筑信息模型BIM技术的运用，可全面反映水利建筑物物理几何特性，在三维空间展现工程外观、位置以及环境信息等，同时集成建筑物各类工程信息，包括进度、材料信息以及造价信息等。BIM模型中，所有信息由统一的数据源提供，工程信息互相独立、逻辑相关且连续一致。
二、水利水电工程设计阶段BIM应用
1.基于Revit软件的面板堆石坝BIM模型建立技术。（1）坝体BIM模型建立技术。对于堆石坝，可按照坝段，通过断面形状，基于Revit软件“族”工具运用放样融合命令完成一个坝段实体建模。具体操作步骤为：选取参照平面（可选为参照标高），绘制路径（即该坝段坝轴线），绘制前后轮廓，成为该坝段实体。在坝段中，包含砼面板、过渡层、垫层、主堆石区、次堆石区，可对每个部位分别以建“族”操作步骤进行绘制。对于所绘制族，可赋予相关参数信息，实现信息化，如砼面板可以添加部位、砼等级、坝段编号、坝顶标高等属性特征信息，以供后期调取查看时使用。最后，新建项目文件，将各族载入、定位、整合，整个坝
体就可按设计要求完成。后期二维图纸可通过剖切所需要的断面生成，三维模型调整后，剖面也会实时更新，避免了普通CAD绘图时某一部位更改而引发同时修正其他剖面图的麻烦。此外Revit还提供了dynamo插件，实现可视化编程，数据驱动，建立坝体模型，大大提高了建模效率和方便性。dynamo插件无需十分专业的编程能力，通过拖拽节点命令即可达到编程效果。在地形处理方面，可借助Civ13ｄ生成地形面或生成基于不同地层的地质情况，也可直接在Revit中通过导入高程点csv文件生成地形。之后将地形与坝体运用链接方式整合为一个文件，坝体和地形建模完成。（2）大坝安全监测仪器BIM 模型建立与布置。关于大坝安全监测仪器，如钢筋计、应变计等，可通过建立相关族 ，赋予属性信息方式实现，各个族建立完成后，按定位布置到Revit项目中。每个仪器对应一个图元ID，ID具有唯一性，在后期运维阶段调取仪器数据时可根据ID来调取该构件，方便数据库的建立与数据处理和运用。
2.设计深化与应用。（1）协同设计与深化。协同设计是BIM的优势之一，实时交互所需的设计参数和信息可通过统一的协作平台（如Vault）实现，以确保数据的唯一性和及时性，有效避免重复的专业间更新，减少信息传输错误，提升设计效率和质量。各专业数据共享、参照和关联可实现模型更新的实时传递和并行设计，大大节省了沟通时间。设计深化可通过Navisworks 软件，将不同专业成果集成到一个整体模型中，实现碰撞检查、施工模拟等，在
施工前，解决不同专业碰撞问题，减少了施工过程中的设计变更，提高了施工效率，提升了投资控制水平。（2）BIM模型导出与结构计算结合应用。基于设计完成的BIM模型，通过导出SAT格式文件，导入hypermesh 软件简化模型及剖分网格，之后导入有限元计算软件中进行计算。堆石坝的有限元模型共有8891个单元，9620个节点，包含接触单元668个，缝单元156个。其中面板厚度方向分３层，面板分1416个单元，1888个节点。采用有限元求解程序MSC ．Mare 分析计算堆石坝面板温度场和应力场进行稳定分析、应力分析、位移分析等。BIM模型直接导出大大减少平时结构计算过程中在hypermesh软件建立三维模型的工作量，实现了BIM模型导出与结构计算结合应用。
三、运维阶段BIM应用
html5源代码免费1.运维阶段功能结构。运维阶段是基于竣工工程实体现状，进一步完善施工阶段BIM模型，搭建具有运维精度的竣工BIM模型，实现综合BIM模型展示、监测管理、设备资产管理、定检管理和用户管理等功能，为大坝运行管理单位提供管理服务。（１）综合BIM模型展示。在运维平台上，对具有运维精度的BIM模型进行轻量化展示，保证管理人员在平台上可查看所有构件信息，方便漫游与定位。可实现构件的隐藏、剖切、长度测量等。（２）监测管理。
基于BIM技术监测水文、水质及工程安全等，能收集监测传感器的数据，如坝体三向变位、缝隙张开度、钢筋应力、砼应变、渗透水力梯度、渗透总量、库水位等，及时进行监测、统计、分析并能进行相关预警，使业主及时作出调度与控制决策。（３）设备资产管理。利用BIM模型建立资产数据库，管理资产信息，辅助投资决策和制定短期、长期的管理计划。对设备资产基本数据、设备维护和检查、设备维修、巡检故障报修、设备报养记录有完善的管理。（４）定检管理。根据《水电站大坝安全定期检查监督管理办法》，大坝每隔５～10年必须定检，评价大坝安全，对病险坝应采取合理处理措施。定检管理包括定检记录、定检报告管理、定检合同管理，便于在运行阶段大坝寿命期内的定检管理。（５）用户管理。用户管理方便管理单位用户人员的注册、密码修改、权限设置等，方便用户对平台操作控制。
2.运维平台开发关键技术。（1）系统构架设计。考虑到系统架构应具有良好的稳定性、先进性和开放性，本系统在架构设计上采用了成熟的Ｂ／Ｓ为基础服务模式。Ｂ／Ｓ架构为一种浏览器／服务器的运行模式，与之前的本地应用程序不同，通过浏览器用户可直接实现各种应用的操作，大大降低互联网环境下维护成本。系统分为数据层、业务逻辑层和表示层３个层次，其中，数据层位于底层，主要关注数据的存储和访问；业务逻辑层包含许多使用ＰＨＰ语言编写的Ｗｅｂ应用程序，基于各种引擎或服务接口构建的各种功能应用用，是框架的
关键部件，构成了系统架构的真正核心；表示层是指为最终用户提供数据可视化、交互式查询和操作的用户界面即ＵＩ，作为展示平台，采用ＨＴＭＬ５、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ和ＣＳＳ进行开发，可在Ｗｅｂ浏览器（如ＧｏｏｇｌｅＣｈｒｏｍｅ、ＭｏｚｉｌｌａＦｉｒｅ－ｆｏｘ、ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｘｐｌｏｒｅｒ等）上显示３Ｄ内容。（2）BIM模型轻量化Ｗｅｂ展示技术。由于水利水电工程的复杂性及多专业结合后数据、模型的庞大情况，BIM模型轻量化和Ｗｅｂ展示问题亟待解决。本系统采用作为二次开发平台的BIMFACE，其基础功能中含有轻量化与Wed 展示技术，且操作更简便。 （3）Wampserver 应用。Wampserver集成了Wampserver系统下Ａ－pache 网页服务器、PHP动态网页语言解释器及MySQL 数据库等建立网站必备的软件，该集成软件拥有简单的图形、菜单安装和配置环境，便于操作。此外，PHP 语言为一种编写动态网页的程序语言，能免费使用且开放源代码。
总之，水利工程是重要的基础设施，在保障国家水安全方面发挥着重要作用。为充分发挥水利工程应有的效益，应重视全生命周期管理理念的落实，积极推进BIM技术的运用，构建完善的管理系统，为项目设计、施工、运营管理等提供可靠支撑，切实保证工程顺利完工、正常运营，发挥相应的发电及水资源协调等功能。
参考文献：
[1]李南．BIM技术在运维中的应用研究.2019．
[2]白香欢．基于BIM的水利水电工程全生命周期管理分析.2020