第2章　HydroBIM概念、体系架构与应用模式

2.1　HydroBIM概念及优势

2.1.1　HydroBIM起源与发展

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司(以下简称中国电建昆明院)是国内水利水电行业较早开展三维数字化技术应用的单位。在秉承“解放思想、坚定不移、不惜代价、全面推进”的三维设计指导方针和“面向工程,全员参与”的三维设计理念下,经过多年的应用、研发与项目实践,中国电建昆明院三维设计已经实现多设计软件在平台级下的整合、多专业协同方式确定、多设计软件的插件开发、BIM与CAD/CAE桥技术的无缝对接、三维地质建模系统开发、工程边坡三维设计系统、大体积三维钢筋绘制辅助系统开发、虚拟仿真施工交互、文档协同编辑系统开发、三维数字化移交IBIM系统开发等。打造自有HydroBIM-水电站综合勘测设计平台及技术规程体系,实现了全流程、全专业三维协同设计,并提供三维施工详图和云交付以指导施工建设。在测绘、地质、水工、施工、机电、监测等主要水电设计专业中,年度三维设计产品达3000余件,中青年工程师三维设计普及率达70%~90%。三维数字化设计技术已成功应用在糯扎渡、梨园、阿海、观音岩、黄登、戛洒江、曲孜卡、印尼Kluet-1、老挝北本、缅甸腊撒、滇中引水、红石岩堰塞湖整治工程等几十个国内外大中型水电水利工程,设计产品质量保障率达99%以上。

虽然中国电建昆明院三维设计起步在业内并非是最早的,但结合工程建设管理需要,注重研究三维设计增值服务,探索将三维数字化价值向工程建设和运维管理延伸,却是最早的。针对高土石坝安全质量控制关键难题,在马洪琪院士、钟登华院士、张宗亮设计大师领导下,在充分总结天生桥一级面板堆石坝工程实践的基础上,提出了超高土石坝工程数字化管理理念,集成互联网、大物流、大数据、物联网、3S集成技术等综合技术创新,创造了工程技术、质量、安全一体化的管理模式,并成功在国内建设了最高的糯扎渡心墙堆石坝(高261.5m),见图2.1。

2011年初,中国电建昆明院针对水电工程在项目周期中的业务特点(图2.2)和发展需求(图2.3),充分总结糯扎渡工程实践,凝练出了HydroBIM综合平台,作为水电工程规划设计、工程建设、运行管理一体化、信息化的最佳解决方案,见图2.4。Hydro-BIM即水电工程三维信息模型(Hydroelectrical Engineering Building Information Modeling),是学习借鉴建筑业BIM和制造业PLM理念和技术,引入“工业4.0”和“互联网+”概念和技术,发展起来的一种多维(3D、4D-进度/寿命、5D-投资、6D-质量、7D-安全、8D-环境、9D-成本/效益……)信息模型大数据、全流程、智能化管理技术,是以信息驱动为核心的现代工程建设管理的发展方向,是实现工程建设精细化管理的重要手段。中国电建昆明院HydroBIM已正式获得由国家工商行政管理总局商标局颁发的商标注册证书。HydroBIM与公司主业最贴切,具有高技术特征,易于全球流行和识别。

HydroBIM的核心理念是:①一个平台:HydroBIM综合平台;②两种手段:常规分析和云计算;③三个阶段:规划设计阶段、工程建设阶段、运行管理阶段;④四大工程:枢纽工程、机电工程、水库工程、生态工程;⑤五位一体:设计质量、工程质量、建设管理、工程安全、综合效益;⑥六方和谐:政府机构、发包人单位、设计单位、监理单位、施工单位、制造单位。HydroBIM核心理念详见图2.5。

HydroBIM是中国电建昆明院在三维数字化协同设计基础上,持续推进数字化、信息化技术在水电工程建设和运维管理中的集成创新应用的结晶,使设计企业为工程服务的能力、为业主创造价值的能力取得重大突破。

HydroBIM响应中国电力建设集团有限公司(以下简称中国电建集团)“履约为先、管理为重、创效为本”的管理理念和“抓两场,强两部”的管理要求,得到中国电建集团领导的高度认可。为更好地支持中国电建昆明院HydroBIM的落地,中国电建集团分别于2012年、2014年和2015年,批准了中国电建昆明院关于设计施工一体化信息化提升工程项目管控能力的三个重点科技项目,在中国电建集团批准的同类科技项目中,合同数量及经费均居首位。

在中国电建集团重点科技项目的支持下,HydroBIM得到了进一步发展,现已初步完成HydroBIM综合平台开发,重点包括四大系统:HydroBIM-乏信息条件下前期勘测设计、HydroBIM-3S及三维CAD/CAE集成技术、HydroBIM-EPC信息管理系统、HydroBIM-工程安全运行管理系统,并开展了大量工程应用实践,可为工程建设项目精细化管理提供强有力的技术和平台支持,见图2.6。

(1)HydroBIM-乏信息条件下前期勘测设计。服务于规划、预可研[MOU]设计阶段,主要应用于国际水利水电工程、国内藏区项目及应急抢险工程等,如印度尼西亚Lariang河流域梯级水电开发规划设计、Kluet-1及Paleleng水电站预可和可研勘测设计,泰王国克拉运河规划设计,红石岩堰塞湖应急排险等。

(2)HydroBIM-3S及三维CAD/CAE集成技术。服务于预可研、可研、招标、施工图设计的勘测设计全阶段,主要应用于国内外水电水利工程及新能源工程,如澜沧江黄登、古水、曲孜卡,金沙江梨园、阿海、观音岩,缅甸腊撒,老挝北本等水电工程勘测设计;牛栏江滇池补水工程、滇中引水工程、牛栏江红石岩堰塞湖整治工程等水利工程勘测设计;李子箐风电场、大龙山风电场、天子山并网光伏电站等新能源工程勘测设计。

(3)HydroBIM-EPC信息管理系统,主要用于国内外水电水利工程及新能源工程,如戛洒江一级、轩秀、觉巴、圣何塞、黄桷树等水电站EPC项目管理,雅砻江杨房沟水电站设计施工总承包投标设计,大中山、对门梁子、清溪、石梁山、吉丹、茨柯山、对门山、小菁山等风电场EPC项目管理。

(4)HydroBIM-工程安全运行管理系统,主要用于国内水电水利工程及市政工程等,如澜沧江小湾高拱坝安全监测智慧服务平台、澜沧江糯扎渡高堆石坝安全评价及预警系统以及北京、昆明、玉溪等城市地下管网智能管理系统等。

2.1.2　HydroBIM优势

引入HydroBIM技术后,将从建设工程项目的组织、管理和手段等多个方面进行系统的变革,实现理想的建设工程信息积累,从根本上消除信息的流失和信息交流的障碍。理想的建设工程信息积累变化见图2.7。

HydroBIM中含有大量的工程信息,可为工程提供强大的后台数据支持,可以使业主、设计单位、咨询单位、施工总包、专业分包、材料供应商等众多单位在同一个平台上实现数据共事,使沟通更为便捷、协作更为紧密、管理更为有效,从而弥补传统的项目管理模式的不足。HydroBIM引入后的工作模式转变见图2.8。

基于HydroBIM的管理模式是创建信息、管理信息、共享信息的数字化方式,其具有很多优势,具体如下:

(1)通过建立HydroBIM模型,能够在设计中最大限度地满足业主对设计成果的细节要求。业主可在线以任何一个角度观看设计产品的的构造,从而使精细化设计成为可能。

(2)工程基础数据如量、价等数据可以实现准确、透明及共享,能完全实现短周期、全过程对资金风险以及盈利目标的控制。

(3)能够对投标书、进度审核预算书、结算书进行统一管理,并形成数据对比。

(4)能够对施工合同、支付凭证、施工变更等工程附件进行统一管理,并对成本测算、招投标、签证管理、支付等全过程造价进行管理。

(5)HydroBIM数据模型能够保证各项目的数据动态调整,方便追溯各个项目的现金流和资金状况。

(6)根据各项目的形象进度进行筛选汇总,能够为领导层更充分地调配资源、进行决策提供有利条件。

(7)基于HydroBIM的4D虚拟建造技术能够提前发现在施工阶段可能出现的问题,并逐一修改,提前制定应对措施。

(8)能够在短时间内优化进度计划和实施方案,并说明存在问题,提出相应的方案用于指导实际项目施工。

(9)能够使标准操作流程可视化,随时查询物料及产品质量等信息。

(10)利用虚拟现实技术实现对资产、空间管理以及建筑系统分析等技术内容,从而使用于运行管理阶段的运维应用。

(11)能够对突发事件进行快速应变和处理,快速准确掌握建筑物的运营情况,如对火灾等安全隐患进行及时处理,减少不必要的损失。

综上,采用HydroBIM技术可使整个工程建设项目在规划设计、工程建设和运行管理等阶段都能有效地实现制订资源计划、控制资金风险、节省能源、节约成本及提高效率。应用HydroBIM技术,能改变传统的项目管理理念,引领信息技术走向更高层次,从而提高建设项目管理的集成化程度。