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BIM技术在水电开发中的应用研究

近年来,BIM技术进入高速发展时期,在水电开发过程应用BIM技术,基于BIM实现水电开发过程全生命周期管理已经成为水电开发的大势所趋。
发布时间:2019-01-16 15:33        来源:互联网        作者:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 刘军

摘要:近年来,BIM技术进入高速发展时期,在水电开发过程应用BIM技术,基于BIM实现水电开发过程全生命周期管理已经成为水电开发的大势所趋。中南院引入BIM技术以来,在水电开发各阶段进行了应用,并取得了较好的成效。经过几年的积累,中南院对引进的各种BIM软件进行梳理和重组,研究出了一套适合水电开发的BIM技术体系,同时通过企业服务总线(ESB)与公司相关管理系统进行对接,研究出了基于BIM技术在水电开发中实现全生命周期管理的方法。本文结合近几年中南院在水电开发设计中引进和自主研发的各类BIM软件,从三个方面,阐述了BIM技术在水电开发全生命周期管理中的应用价值:(1)BIM协同工作机制,不仅实现地质、水工、机电、观测等11个专业协同设计,更实现业主、设计、监理、施工多方协同作业,并通过工作空间推送实现标准化设计;(2)BIM数据统一存储,建立工程数据中心,实现对设计、施工、运营过程数据统一存储;(3)多BIM平台的融合,通过组件式重组,建立工程集成设计系统。同时通过企业服务总线(ESB)与公司相关管理系统对接,可以实现工程数据中心的建立和数字化交付,最终实现工程的全生命周期管理。最后,本文通过一些实际工程案例对BIM技术在水电开发中应用的前景进行了展望。

关键词:BIM;全生命周期管理;ESB;协同设计;工程数据中心

中图分类号:文献标识码:A

1引言

BIM作为建筑工程信息化产业的“热词”,已深入建筑施工领域各个环节。近年来,BIM技术进入高速发展时间,在水电开发过程应用BIM技术,基于BIM实现水电开发过程全生命周期管理已经成为水电开发的大势所趋。中南院引入BIM技术以来,在水电开发各阶段进行了应用,并取得了较好的成效。经过几年的积累,中南院对引进的各种BIM软件进行梳理和重组,研究出了一套适合水电开发的BIM技术体系,同时通过企业服务总线(ESB)与公司相关管理系统进行对接,研究出了基于BIM技术在水电开发中实现全生命周期管理的方法。

2中南院BIM技术发展历程

2010年底,中南院与Bentley公司签订了战略合作协议,引入了以MicroStation为基础平台,以ProjectWise为协同平台三维可视化协同设计系统,在托巴、琼中、溧阳、天池等多个项目全面推广三维设计。2013年5月,成立了中南院/Bentley工程数字集成设计系统研发基地,与Bentley公司在国际领先的数字化基础设施全生命周期管理领域展开合作,通过Bentley的先进IT技术与中南院的工程领域丰富经验相结合,使中南院能够为中国水电行业提供包括三维可视化协同设计、数字化移交、基础设施全生命周期管理、智能化基础设施在内的技术领先、具有竞争力的整体解决方案,打造中南院数字工程集成设计系统。经过7年的建设,中南院推出了中南院BIM平台。

中南院BIM平台功能涵盖设计、施工、运营三大环节。图1是中南院整个BIM平台的架构图,它以三维设计系统为核心,集成设计工具集、BIM元件库、数字工程平台和CAE等软件,实现工程三维协同设计和施工期的可视化方针模拟。通过不同的配置、组合形成基于行业和业务领导与的解决方案-数字工程集成设计系统。基于统一的PowerBIM平台,将所有工程给相关数据汇总到工程数据中心,通过公司企业服务总线(ESB)与企业管理系统对接,实现对工程的全生命周期管理。

图片 1

图1 中南院BIM系统架构

3BIM技术在水电开发中全生命周期管理的应用价值

BIM应用的终极目标是工程全生命周期管理,中南院在水电开发中应用BIM技术,也是始终朝着这一目标不断进取。下面将通过BIM协同工作机制、BIM数据统一存储和全生命周期管理思路等三个方面,阐述BIM技术在水电开发全生命周期管理中的应用价值。

3.1BIM协同工作机制

中南院采用ProjectWise作为各专业设计的协同设计平台,搭建了公司总部、国内分院及项目部、国外办事处及项目部的协同服务器群。集团与分院通过部署集成服务器实时同步项目数据,实现项目的统一管理。集团与国内外设代处设置了缓存服务器,定期同步数据。

通过ProjectWise协同设计平台的项目管理功能和协同工作机制,实现地质、水工、机电、观测等11个专业协同设计。与传统的二维设计相比,协同工作机制节省沟通时间成本,提高综合设计效率30%左右。

通过项目权限管理,实现了业主、设计、监理、施工等多方协同作业,并通过工作空间推送实现标准化设计;

在各专业三维协同设计过程中, 2013年中南院联合Bentley公司成立了工程数字集成设计系统研发基地,解决BIM应用的最后一公里问题,研发适合中国标准的BIM应用、项目管理和企业管理相关软件。同时研究基于BIM的工程质量安全监管、施工图审查、工程监理、造价咨询以及工程档案管理。

在系统研发过程中,中南院打造了自主开发团队,针对协同设计平台对专业支持的不足开展研发工作,完成了三维地质系统、三维配筋系统、厂用电系统、BIM元件库、设计工具集、等软件的开发,下图是部分软件开发成果展示。

总体说来,BIM协同的工作机制在水电开发中的优势主要体现在以下几个方面:

1)实现了全专业三维协同设计;

2)设计过程图纸和模型统一管理;

3)项目工程内容安全可靠;

4)工作进度实时掌控;

5)项目成果清晰直观;

6)对于生产效率和沟通效率的提升有着效果显著。

3.2BIM数据统一存储

数据的统一存储好处很多,比如信息统一存储便于管理,提高安全性、便捷性、容灾容错等。中南院在建设BIM平台时,就充分考虑了这点。针对水电工程的特点,研究建立工程数据中心,实现对设计、施工、运营过程数据的统一存储。

基于BIM平台的工程数据中心的建设主要分为BIM设计数据的存储、BIM施工数据的收集和积累、BIM运维数据的更新三个部分。

1)BIM设计数据的存储

中南院在水电工程设计阶段,运用BIM技术和协同管理平台,将规划、设计、招标、施工、运营等阶段数据串联在一起,分项目分阶段对数据进行统一存储,所有过程数据有据可查,所有模型数据统一存储,各系统关联关系存入工程数据库中。

2)BIM施工数据的收集和积累

中南院在水电工程施工阶段BIM技术的主要应用是模拟施工过程、碰撞检查、模型的三维渲染展示等。通过对施工过程的模拟、碰撞检查、模型展示,对施工过程进行管理,统计施工进度信息,记录施工过程信息,收集的施工数据以项目的形式存入工程数据库中。

3)BIM运维数据的更新

中南院在水电工程运维阶段结合业主运营系统需求,将BIM成果交付给业主,为业主各管理系统提供数据支撑,同时,亦可以收集业主营运数据,实现集中管控、系统三维化展示、设备实时监控、自动预警、远程操作、虚拟巡检、三维仿真培训等内容。

综上三点所述,BIM数据的统一存储,是工程数字化交付的数据基础。借助全信息三维模型建立工程数据中心为业主各类管理系统提供数据支撑。广泛收集勘测、设计、施工、设备厂家相关资料,分阶段建立涵盖测绘、地质、土建、机电等专业的全景数字信息三维模型。建立设备/物资主数据、三维模型、工程资料之间的相互关联关系。最后结合业主运营系统的需求,将项目的完整数据遵循一定的数据规范、移交标准,从数据中心一次性抽出,为业主提供完整的数据交付。

3.3水电工程全生命周期管理思路

中南院在全生命周期管理研究上取得了一定成功,通过几年的BIM技术推广实施,也积累了宝贵的经验。在水电工程领域,BIM平台的发展必然是多元化的,一款软件不可能包打天下。因此,中南院对Bentley软件进行了重组,将其它平台计算软件融合进中南院BIM体系,通过组件式重组,形成了对不同行业和业务的解决方案,建立数字工程集成设计系统,同时通过企业服务总线(ESB)与公司相关管理系统对接,可以实现工程数据中心的建立和数字化交付,最终实现水电工程的全生命周期管理。

水电工程全生命周期管理包含了工程的规划、设计、施工、交付以及运营管理。企业通过对工程信息模型的扩展应用,为企业实现标准化、专业化、精细化管理搭建标准、受控、规范、高效的基础信息管理平台,为企业谋求新跨越、实现大发展提供强有力的技术支撑,进而实现全行业的信息增值链效应。

4案例展示

4.1某电站管线可视化查询系统

中南院根据业主需求,建立了电站管线可视化查询系统,根据已提供的资料,整理电站主要工程技术资料,建立三维模型之间、三维模型与工程技术资料(如图纸、图片、视频、文档、报告、检修记录等)之间的关系,使得设备主数据、物资主数据、三维模型、工程文档一一对应。

该系统主要实现了工程技术资料基于三维模型快速查询和检索,具备电站各系统属性信息、图档资料、厂家资料、维护记录等的多维信息查询功能;并可快速查询设备工程信息、关联图纸、查询电缆敷设信息等。另外,系统在移动终端可以通过wifi、4G网络连接到平台,也可以离线访问下载工程项目资源,直接查询三维模型、图纸、报表、工程技术资料等。提高工程资料浏览的便捷性,方便监理、工程管理者实时查看对比设计方案与实体建筑。

4.2某电站运营管理

地形、水工建筑物、厂房、主、辅机设备、管道、桥架、进行三维建模或模型轻量化,形成高精度、等比例的三维模型,构建现实电厂一致的虚拟电厂。

4.3某电站大坝施工进度管理

中南院在某电站施工过程中,开发了大坝施工进度三维仿真模拟系统,以分期逆序的建模方法对大坝施工进度进行了模拟。

并在此基础上,探索对工程关键线路、乃至施工总进度进行模拟的方法,实现完整的施工进度仿真模拟,同时改进工程信息的统计分析功能,完善了水电工程全生命周期管理中进度这一环节内容。

5前景展望

应用BIM技术在水电开发中实现全生命周期管理,有着很重要的价值,主要可以分为以下五个方面:

1)规划阶段

在规划阶段可以运用BIM技术,对工程项目快速建模,为规划决策提供技术支撑;

2)设计阶段

全专业协同设计,精确化建模,建立工程全信息三维模型;完善的数据模型存储机制,将传统二维设计和管理方式产生的零散的图纸、文档和数据记录等与信息三维模型建立关联关系,为电站各类运行维护管理系统提供数据支撑,实现信息快速检索、分类归档,降低使用工程数据的人力和时间成本;

3)施工阶段

施工阶段通过BIM技术,可以实现碰撞检查、施工进度可视化仿真模拟、大坝施工质量监控、施工分仓、安全监测、施工成本管理等。利用三维信息模型建立效果逼真、数据全面的可视化系统,能够直接在计算机中通过虚拟漫游进行虚拟巡检,尤其是对埋管、埋件、锚索、监测仪器、等不可见设施设备的可视化信息查询和管理;

4)交付阶段

在水电开发中运用BIM技术可做数字化交付,借助全信息三维模型建立工程数据中心为业主各类管理系统提供数据支撑。广泛收集勘测、设计、施工、设备厂家相关资料,分阶段建立涵盖测绘、地质、土建、机电等专业的全景数字信息三维模型。建立设备/物资主数据、三维模型、工程资料之间的相互关联关系。最后结合业主运营系统的需求,将项目的完整数据遵循一定的数据规范、移交标准,从数据中心一次性抽出,为业主提供完整的数据交付;

5)运营阶段

应用交付的BIM信息模型,在水电开发运营期,可向业主提供三维虚拟电厂、可视化培训、数字化档案管理、安全生产管理、工艺仿真等多方面的应用系统定制服务。

随着BIM技术在水电开发领域的全面铺开,全面周期管理的理念也将贯穿于整个水电站开发过程中。而BIM也将成为新时代水电开发领域的标签之一。

参考文献:

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