摘要：該項目利用專業軟件和工具，將航道項目規劃、設計、施工、運營維護等各階段的數據信息，通過BIM模型進行共享、傳遞和交換，使設計階段的設計方案優化，對施工階段的施工方案進行模擬、可視化交底、施工管控，以及運營維護階段的竣工模型交付、資產和空間管理等，從而實現參建各方協同工作。此項技術的實施促進了航道水運行業技術升級，幫助航道水運行業適應信息化發展需求，推動航道整治工程建設向精細化發展過渡，提高了項目建設運行的總體工作效率。目前，該技術已在長江航道整治工程中進行了應用。1.技術概況BIM技術是信息模型在工程建設行業中的具體應用，建立并利用三維信息模型對工程項目的規劃、設計、建造和運營全過程進行高效管理。它將顯著提高建設效率，降低工程風險，提升工程進度、費用、質量、安全管理水平。在政府部門、行業協會、科研機構和工程企業的努力下，BIM技術在建筑、市政、水運、鐵路等行業得到了快速發展。2016年交通運輸部將BIM技術在交通建設行業的應用規劃為“十三五”期間十大重大技術方向和技術政策之首，開展BIM技術在長江航道整治工程應用工作具有重大意義。2016年3月，長江航道局開展了“BIM（建筑信息模型）技術在航道工程中的應用研究”的課題研究，初步明確BIM技術應用軟件的選擇、BIM技術在航道整治工程全過程（設計、施工、運維階段）應用等內容。與此同時，長江航道局在后期項目中進行了實踐，通過在安慶二期、黑沙洲、蘄春、宜昌昌門溪等項目上的應用，逐步明確航道整治項目BIM技術應用內容和方法。2.技術原理和內容建筑信息模型（BIM）通過參數化實體造型技術使計算機可以表達真實建筑所具有的信息，信息化的建筑設計得以真正實現，突破了千百年來用抽象的視覺符號來表達設計的固有模式。概括來講，BIM是將規劃、設計、施工、運營等各階段的數據，全部逐漸積累于一個數據結構，其中既包含著三維模型的信息也儲存著具體構件的參數數據。信息模型的概念和運用已經不僅僅局限于建筑行業，道路橋梁、水利航道等行業也越來越多地使用BIM技術。BIM的數據由相關軟件程序產生，用以共享和交換項目的信息并協助建設項目過程中的整合操作。基于數字化設計信息的創建，與相關技術產品接口，可以改變建設工程信息的管理過程和共享過程，從而實現BIM。在前期設計階段，BIM便開始建立一個貫穿始終的數據庫檔案。隨著項目發展，BIM的數據信息跟隨方案不斷積累與更新，設計的方案隨著計劃的調整而改變。這就使得項目的前期設計工作在有限的時間得到更多的預選方案。BIM的前期數據進入到概念設計階段，將開始逐步擴充起來。有了BIM數據基礎，在做設計的同時，通過模型本身或者后期添加的數據，例如材料類型等，設計師就可以便捷地計算出方案的綠色指標、經濟指標、概預算等數值，反過來對方案的設計進行改良。之后，這些數據將繼續在擴初設計中得以細致化、完善化。基于BIM的擴初設計，通過BIM模型可以完成出圖，使用提取工具完成文案和明細表的編制，呈交一套完整的產品設計。BIM的數據傳承到施工階段，承建公司用來做工程量化、進度編制、工程造價等動工前的準備，用以安排采購、下包、后勤等工作任務。施工階段中的BIM數據庫也跟隨著工作安排的開展而得以補充。如設計變更信息、實際采購信息、設備租賃信息、人力資源信息等都可以更新到BIM模型數據庫中。最終完成的工程項目實體與BIM模型的數據是完全對應的，每項物質零件都有其準確的電子數據信息存檔備案。BIM信息傳遞的最終階段是投入運營使用的階段。理論上，一套完整的建設數據可以協助進行運營維護。如三維的圖形信息，結合信息技術和相應設備，對項目整體結構進行實時監測。3.實施方案3.1設計階段（1）三維可視化設計建立項目標準橫斷面裝配庫，進行三維可視化設計，為出圖算量提供基礎模型，同時直觀準確表達設計方案，消除傳統平面設計盲點。（2）仿真模擬基于BIM模型，結合數值計算軟件進行數值仿真分析，優化結構設計方案。（3）出圖算量基于設計BIM模型快速提取橫斷面圖紙和模型工程量，同時模型與圖紙和工程量是動態關聯的，一旦模型發生調整，圖紙和工程量也隨之修改，設計效率得到顯著提高。3.2施工階段（1）深化設計對設計BIM模型進行深化，通過增加或細化模型元素，形成深化設計模型。對深化設計模型按照工作分解結構（WBS）和施工方法進行必要的切分或合并處理，進而指導施工。（2）虛擬建造基于建立的BIM三維模型及搭建的各種臨時設施，可以對施工場地進行布置，合理安排施工區和生活區等的位置，解決現場施工場地劃分問題；通過與業主的可視化溝通協調，對施工場地進行優化，選擇最優施工路線。利用BIM模型可以直觀地對復雜工序進行模擬，提前模擬方案編制后的現場施工狀態，對現場可能存在的危險源、安全隱患、消防隱患等提前排查，對專項方案的施工工序進行合理排布，有利于方案的專項性、合理性。對于工程施工的關鍵部位，其施工過程相對復雜，因此規范的施工工藝非常重要。正確的施工方法能夠省時省費，傳統方法只有工程實施時才能得到驗證，這就可能造成二次返工等問題。同時，傳統方法是施工人員在完全領會設計意圖之后，再傳達給建筑工人，相對專業性的術語及步驟對于工人來說難以完全領會。基于BIM技術，能夠提前對重要部位的安裝進行動態展示，提供施工方案討論和技術交流的虛擬現實信息。（3）建立多層次全過程建設管理平臺建立BIM建設管理平臺，開展基于BIM技術的建設、施工、設計、監理多方參與協同工作，進度、質量、安全、費用全過程管理。充分利用BIM的直觀性、可分析性、可共享性及可管理性等特性，為建設管理的各項業務提供準確及時的基礎數據與技術分析手段，同時與建設管理的流程、統計分析等管理手段配合，實現數據產生、數據使用、流程審批、動態統計、決策分析的完整管理閉環，提升項目綜合管理能力和管理效率的過程。3.3運營階段（1）竣工模型交付通過BIM與施工過程記錄信息的關聯，甚至能夠實現包括隱蔽工程資料在內的竣工信息集成。未來將三維信息化模型關聯至電子航道圖，與GIS平臺及北斗導航結合，構建三維長江信息化航道，進一步提高運維管理水平。（2）維護計劃BIM模型結合運營維護管理系統可以充分發揮空間定位和數據記錄的優勢，合理制定維護計劃，分配專人專項維護工作，以降低航道構筑物在使用過程中出現突發狀況的概率。對一些重要監測點還可以跟蹤維護工作的歷史記錄，以便對設備的適用狀態提前作出判斷。4.技術創新點（1）可視化通過所見所得的形式，將大量的工程信息用三維形體直觀體現，圖紙表達不清楚或圖紙難以描述的信息用三維立體實物形象地展示，更容易理解設計意圖。可視化的結果不僅可以用于效果圖展示及報表生成，更重要的是項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。（2）可協調性傳統設計過程需要專業人員提交中間資料進行溝通，并且經常進行多次的反復協調變更，期間不可避免地會出現溝通不及時、溝通不到位的情況。利用BIM技術較好地解決了不同專業人員之間的協同設計問題。在同一設計平臺下，通過共享機制，相關人員能夠在本地查看到模型的變化，從而對做出及時準確的判斷和修改，各階段不同專業設計團隊緊密地同步設計成果，避免溝通不及時、溝通不到位造成的失誤和返工，工程設計質量可得到質的飛躍。（3）可模擬性對于建筑物來講，設計階段BIM可以進行節能模擬、緊急疏散模擬、日照分析、熱能傳導模擬、結構分析等；招投標和施工階段可以進行施工方案模擬、BIM4D模擬、BIM5D模擬，實現施工過程安全、進度、材料、費用的控制；運營階段可以模擬應急處理，例如地震人員逃生模擬、消防人員疏散模擬等。（4）可優化性整個設計、施工、運營的過程就是一個不斷優化的過程。整個模型是可參數化動態關聯的信息模型，通過模型傳遞信息給工程參與人員，通過客觀的判別條件進行參數優化，實現模型的動態更新以達到優化目的。項目方案優化：把項目設計模型和投資回報分析結合起來，設計變化對投資回報的影響可以實時計算出來；業主單位能夠提前通過三維模型感知自己投資項目的后期效果，為風險的規避提供決策支撐。工程設計優化：局部復雜的位置關系以及局部與整體之間、工程與環境之間的協調優化，設計中錯、漏、碰等檢查和優化。（5）可出圖性采用BIM技術設計時，圖紙的生成可通過對三維模型進行投影變換、切割、消隱得到，可快速建立工程設計需要的圖紙和明細表等。模型與圖紙的雙向關聯，一處修改處處更新，方便后期的修改和變更。將設計人員從繁雜的繪圖工作中解放出來，使設計人員有更多的精力和時間去關注設計方案的完善和優化。（6）全生命周期應用基于BIM技術可進行工程項目設計、施工、運營等全生命周期的應用管理。BIM的技術核心是一個由計算機三維模型所形成的數據資源，不僅包含建筑的設計信息，而且可以容納從設計到建成使用，直至生命周期終結的全過程信息。（7）參數化通過參數化建模功能，簡單地改變模型參數值就能快速更新模型。BIM模型的圖元是以構件的形式出現，這些構件之間的不同，是通過參數的調整反映出來的，參數保存了圖元作為數字化建筑構件的所有信息。（8）信息完備性信息完備性體現在BIM技術可對工程對象進行3D幾何信息和拓撲關系的描述，以及完整的工程信息描述，符合信息化交付和融合的社會發展需求。5.技術應用關鍵點（1）全過程應用全過程應用BIM技術，在技術、進度、成本、質量、安全、現場管理、協同管理，甚至交付和運營方面，都可以有很多BIM應用點，而不僅局限于某一條線某一兩個應用點，導致投入產出不夠。多一次應用，就增加一次投入產出。這需要好的BIM技術系統，專業化、本地化強。（2）集成化應用航道項目是一個綜合性的多專業系統工程，BIM的應用也需要實現多專業的集成化應用，實現更為精準的技術方案模擬、成本控制和進度控制。單專業的應用在電腦中理論上可行，在實際施工運用中綜合多專業多因素后，很可能無法實現，也就失去了意義。（3）協同級應用基于BIM平臺的互聯網協同應用，經授權的項目參建人員都能隨時隨地、準確完整地獲得基于BIM的工程協同管理平臺的數據和技術支撐。項目參建方的所有人員可以基于同一套模型、同一套數據進行協同，有效提高協同效率；同時數據能被項目和企業掌握，數據授權能實現分級控制。（4）企業級BIM數據庫建立企業的BIM數據庫平臺，大量項目數據在企業數據中心被集中管理。企業級的BIM數據庫可以為所有業務和管理部門提供強大的數據支撐、技術支撐和協同管理支撐。在建造過程、運營過程，到全生命周期的客戶服務提供工程基礎數據庫，提供管理支持。不管是設計階段還是施工、運營階段，BIM技術在建筑行業、基礎設施行業已得到充分運用，可靠性得到充分驗證。通過在黑沙洲、安慶二期、蘄春和昌門溪等項目上的應用實踐，借助于專業BIM軟件和BIM管控平臺，與專業知識和施工運營經驗結合，設計階段方案合理性和設計效率均有所提升，施工階段施工組織設計合理性、施工作業人員素質和項目管理水平一定程度上得到提高，運營階段維護效率較高，航道行業BIM技術應用切實可靠。6.安全可靠性（1）數據信息安全航道整治項目BIM模型數據包含了地理位置信息、地形數據信息和設計方案信息。一般來說，項目的BIM實施團隊都會有專門的信息管理人員對項目模型信息進行管理。參與項目的各方都會有相應的權限來進入模型和數據庫，防止了關鍵信息的泄露。隨著項目的實施，更新信息也會由信息管理人員根據項目的進度而不斷更新，保證項目信息的及時可靠。（2）施工安全在施工階段，通過BIM技術和其他手段相結合的方式，可以更好地對現場施工人員進行安全教育和人員管控，可有效提高施工作業人員的安全意識和應急處理能力，從源頭上杜絕施工事故的發生，降低施工安全風險。例如，制作特殊施工過程的視頻模擬，對工人進行安全培訓，提醒施工過程中的注意事項，讓工人在操作前了解整體工序，避免因不熟悉而造成安全事故。（3）運營安全在項目的運營階段，通過BIM結合信息化技術，實現對重點部位關鍵結構的實時監測。例如利用各類監控傳感器，將監測數據回饋到基于BIM模型的運營管理平臺，附著到相應模型構件或者地形位置。維護人員通過對平臺的管控，實現對整個項目運營的安全保障。7.技術應用情況7.1技術適用領域隨著BIM技術的蓬勃發展，從最初的建筑行業BIM資源一家獨大，到現在各行業BIM技術百花齊放。水運行業從設計到施工及后期的運營，基本上實行一種傳統粗放的管理模式，缺乏一種先進有效的管理工具。積極推進BIM技術在水運行業中的應用，深化BIM技術在協同設計、方案比選、施工組織、質量閉環追溯等方面的應用；搭建質量安全信息平臺、危險源臺賬和質量通病數據庫，實施全壽命周期下工程項目大數據建設工程；研究開展大數據的分析、利用，深挖數據價值，實現信息共享、科學管理和智慧決策，提升質量安全動態監管、風險預警和突發事件應對管控水平，推動質量安全管理現代化是水運行業當前面臨的迫切任務。BIM在公路水運基礎建設項目中應用日漸增多，在長江航道整治工程建設處于起步階段。“長江南京以下12.5m深水航道二期工程”中不同階段的設計工作和項目管理中通過應用BIM技術，完成了設計任務和工程項目管理工作。長江上游銅鼓灘-宜賓大橋河段航道整治工程前期工作中，四川省交通勘察設計研究院自主研發的BIM設計平臺，實現了模型創建、智能三維航線可視化設計、整治建筑物設計、工程量統計和出圖等，大幅提高了航道整治工程的設計效率和品質。“十三五”長江航道整治重點建設項目從前期工作開始大力推廣應用BIM技術，例如“長江中游新洲至九江河段航道整治二期工程”“長江下游蕪裕河段航道整治工程”“長江干線武漢至安慶段6.0m水深航道整治工程”在可行性研究、初步設計、施工圖設計階段和項目管理中均采用了BIM技術，高效地完成了任務，開啟了BIM應用的新階段。7.2當前的應用情況在中國多個基礎設施領域中，水電行業已開始廣泛應用BIM。專家表示，約10%的新建和待建水電項目涉及大量BIM應用。在鐵路和城市規劃領域，僅有2%至3%的新項目應用BIM。最少應用BIM的是道路和高速公路領域，只有不到1%的新項目進行了運用。中國的絕大多數基礎設施項目尚未廣泛應用BIM。BIM在這些項目中的一大應用挑戰是，多數高管高度重視項目信息的保密性。因此，他們認為在模型中集中管理項目數據的做法帶來了信息安全風險，而這一問題尚待解決。從建設喜馬拉雅山脈大型水壩到批建連接中亞和新疆的道路、橋梁和鐵路，中國施工企業在眾多項目中面臨大量后勤方面的挑戰。在這一方面，基于云技術的BIM具有大量優勢，可進一步推動其應用。航道治理項目和其他大部分的基建項目類似，BIM技術的運用整體較晚，但是各相關單位已經開始對這一技術進行探索和運用工作。二航院通過多年的實踐和探索開發，已經建立了比較完善的BIM技術體系，培養了水運工程行業的BIM技術服務能力，并在近年開展了較多項目的BIM應用實踐，其探索的BIM技術應用進程已經深入施工建造階段和運營管控階段。8.技術效益分析8.1節能低碳效益近年來，我國政府積極推廣建筑信息模型技術（BuildingInformationModel，BIM），該模型本身作為參數化建模的信息載體，包含大量設計相關信息，以及支持施工過程信息的加載，對施工過程節材控制和統計，施工工藝過程能源消耗和碳排放計量具有強大的數據支撐作用。BIM技術在各類項目節能減排中的應用，能夠實現項目全壽命周期的節能和質量管理，推動了節能減排的進一步發展。無論是房建項目還是水利航道等基建項目，BIM技術在節能低碳中的應用優勢是顯著的。從項目的前期規劃、方案設計，到項目施工、最后運營維護等各階段，BIM技術都有著巨大的潛力來實現項目節能環保的目標。（1）前期規劃階段在規劃階段，場地的地貌、植被、氣候條件都是影響設計決策的重要因素。往往需要通過場地分析對景觀規劃、環境現狀、施工配套及建成后通航流量等各種影響因素進行評價及分析。傳統的場地分析存在諸如定量分析不足、主觀因素過重、無法處理大量數據信息等弊端。通過BIM結合地理信息系統(GeographicInformationSystem，簡稱GIS)，對場地及擬建的建筑物空間數據進行建模。通過BIM及GIS軟件的強大功能，迅速得出令人信服的分析結果，幫助項目在規劃階段評估場地的使用條件和特點。從而做出新建項目最理想的場地規劃、交通流線組織關系。BIM的性能分析與傳統規劃方案的設計、評審結合起來，將會對我國航道整治規劃多指標量化、編制科學化和城市規劃可持續發展產生積極影響。（2）方案設計階段BIM技術的出現首先是應用于設計，對設計單位來說，BIM采用三維數字技術，實現了可視化設計。因為實現了圖紙和構件的模塊化，并且有功能強大的組合庫的支持，設計人員可以方便地進行模型搭建。因此，BIM技術創建的工程項目模型實質上是一個可視化的數據庫，這是與傳統繪圖軟件顯著不同的地方；另一個不同之處是采用BIM技術以后，枯燥的制圖變成了一個類似“搭積木”的工作，過程和結果都更加直觀，更有趣味性。設計完整的BIM模型包含了建筑、結構、安裝等所有專業信息，實現了各專業的協同，避免沖突，降低了成本。BIM技術在設計階段的另一重要應用是碰撞檢測工程，BIM碰撞檢測是指對構筑物功能完整性和質量標準進行檢驗，一般包括構件是否有重疊、結構受力是否合理、是否符合法律法規的標準等。利用BIM的模擬仿真技術，進行碰撞檢測，可以及時發現設計中的不足，也避免了由于施工過程中出現設計漏洞、導致施工進度延誤等問題。（3）施工建造階段在建造施工過程中，借助BIM的沖突檢測、施工模擬及工程量統計等功能，可達到避免浪費、節約資源的綠色目標。通過BIM建立三維信息模型，在設計及施工階段對各專業管線進行綜合及碰撞檢查，是BIM比較直觀、突出的功能之一。尤其是對于較復雜項目，BIM自動檢測建筑與結構及各類機電管線的沖突，及時在設計階段進行優化修改，避免在現場發現后返工造成時間、材料的浪費。由于BIM是帶有材質、尺寸信息的數字模型，在模型信息量足夠的前提下，可以方便地計算出各類材料的用量。對于預制構件，BIM為精確加工及連接提供了強有力的技術支撐。借助于BIM技術準確測算建筑材料用料，避免預制構件的設計尺寸錯誤，也達到了減少材料浪費的目的。（4）運營維護階段將BIM技術與運營維護管理系統相結合，通過信息化手段對航道環境和結構進行檢測管理，對可能發生的災害進行預防，降低運營維護成本。具體實施中常將無人機實時監測等手段和BIM模型、運營系統與移動終端等結合起來應用，最終實現航道、航標、河口和險灘等重要部位的及時維護。8.2經濟效益美國斯坦福大學整合設施工程中心（CIFE）根據32個采用BIM的項目總結了使用建筑信息模型的優勢：消除40%預算外更改；造價估算控制在3%精