J. Intell. Constr.：水利水電工程 BIM（HydroBIM）綜合管控平臺—數(shù)字化設(shè)計、智能化建設(shè)和智能化運營

HydroBIM—Digital design, intelligent construction, and smart operation

水利水電工程 BIM（HydroBIM）綜合管控平臺 — 數(shù)字化設(shè)計、智能化建設(shè)和智能化運營

水利水電工程；生命周期；建筑信息模型（BIM）；數(shù)字化設(shè)計；智能施工；智能運行

出版年份：2023年

來源：Journal of Intelligent Construction

課題組：中國工程院張宗亮院士

水電工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題在于如何提高水電樞紐建筑的設(shè)計效率，推動智能化在工程建設(shè)和運行管理中應(yīng)用。其中，水電工程建設(shè)主要面臨多專業(yè)協(xié)作困難、多方協(xié)同工作效率低下等挑戰(zhàn)。源于美國的建筑信息模型（BIM）技術(shù)已在我國水利水電工程行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近年來，學(xué)者們一直在探索 BIM 在水利水電工程各階段（規(guī)劃設(shè)計、施工和運行管理等）的協(xié)同工作。例如，使用三維建模技術(shù)實現(xiàn)建筑材料可視化、通過實時監(jiān)控采集工程業(yè)務(wù)信息和數(shù)據(jù)等。BIM 技術(shù)在提高水利水電工程設(shè)計、施工和運行管理的效率和質(zhì)量方面展現(xiàn)出巨大潛力。

當(dāng)前我國水利水電工程已從傳統(tǒng)的設(shè)計、施工、運行獨立進行的建設(shè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛?BIM 技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計、智能化施工和智能化運營新模式。該模式可對水利水電工程進行集成控制。然而，當(dāng)前我國尚未建立基于 BIM 技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計、智能化施工和智能化運營系統(tǒng)。

本文將建筑信息模型（BIM）技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）、計算機輔助工程（CAE）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）等技術(shù)相結(jié)合，提出了一種基于BIM的數(shù)字化設(shè)計、智能化施工和智能化運營的技術(shù)體系架構(gòu)。所提出的系統(tǒng)包括：基于 BIM 的多專業(yè)正向協(xié)同設(shè)計方法、基于 BIM 的工程施工管理模型、基于實測安全信息和施工的實時安全分析與評價技術(shù)系統(tǒng)。此外，本文開發(fā)了水電工程 BIM（HydroBIM）綜合管控平臺。

圖1 HydroBIM的核心概念

圖2水電工程規(guī)劃設(shè)計、工程施工、運行管理一體化解決方案

圖3 水利水電工程管理系統(tǒng)和 HydroBIM 集成管控平臺功能（RFID：射頻識別裝置；GPS：全球定位系統(tǒng)；CFD：計算流體力學(xué)）

圖4 HydroBIM-協(xié)同設(shè)計與分析集成（RCC：碾壓混凝土）

圖5 HydroBIM-工程建設(shè)管理信息平臺

圖6 HydroBIM-大壩安全運行管理

圖7 樞紐布置方案三維可視化模擬

圖8 三維數(shù)值模擬

圖9 三維可視化模擬與優(yōu)化

圖10 樞紐區(qū)域地質(zhì)信息模型

圖11 BIM 在該技術(shù)中的應(yīng)用示例

圖12 大壩材料運輸軌跡監(jiān)測

圖13 壩面碾壓過程信息實時監(jiān)控系統(tǒng)

圖14 安全評價與預(yù)警管理信息系統(tǒng)

本文基于自主開發(fā)的水電工程 BIM（HydroBIM）綜合管控平臺，提出了一種綜合的的數(shù)字化設(shè)計、智能化建設(shè)和智能化運營水電工程方法。研發(fā)并應(yīng)用了HydroBIM技術(shù)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)體系、IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、GeoBIM 三維地質(zhì)建模軟件、協(xié)同設(shè)計和分析集成平臺、工程建設(shè)管理系統(tǒng)、大壩安全運營管理信息平臺以及全生命周期HydroBIM控制平臺。主要結(jié)論如下：

HydroBIM系列系統(tǒng)平臺可顯著提高各參與方的協(xié)同作業(yè)能力、工作效率和信息集成度，并保障水電工程生命周期的質(zhì)量和安全。此外，應(yīng)進一步發(fā)掘人工智能（AI）、知識圖譜、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實（VR）、區(qū)塊鏈、元宇宙等新興技術(shù)的潛力，以創(chuàng)新水利行業(yè)的工作模式并提高其工作效率?？偠灾?，HydroBIM系統(tǒng)平臺代表了一種有前景的水電工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法，具有極大的發(fā)展和應(yīng)用前景。