黃 勇，楊黨鋒，蘇 鋒，劉曉東，賈新會(huì)，劉立峰

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 引 言

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)由于其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)[1]，已廣泛應(yīng)用于土木工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)[2]。趙繼偉等人[3]研究了水利工程信息模型的快速建模理論方法體系及模型構(gòu)建過程，并將其應(yīng)用于工程信息查詢及運(yùn)營(yíng)管理當(dāng)中；苗倩[4]將BIM技術(shù)應(yīng)用于水利水電工程可視化仿真當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了工程施工過程的動(dòng)態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢;黃建文等人[5]將BIM技術(shù)應(yīng)用于大壩施工期5D進(jìn)度-成本可視化模型及動(dòng)態(tài)聯(lián)合管控當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了基于BIM的施工進(jìn)度-成本聯(lián)合管控；陳強(qiáng)[6]結(jié)合工程實(shí)例，研究了BIM技術(shù)在市政道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;馬少雄等人[7]將BIM技術(shù)應(yīng)用于大跨度橋梁規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工過程當(dāng)中，顯著提高了橋梁信息化施工管理水平和建造效率；吳文高[8]結(jié)合項(xiàng)目案例，研究了BIM關(guān)鍵技術(shù)在軌道交通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。作為工程建設(shè)行業(yè)的一種發(fā)展主流，BIM技術(shù)提高了信息化應(yīng)用水平和應(yīng)用效果，有力地推動(dòng)著工程建設(shè)朝著精細(xì)化、集約化和工業(yè)化的方向發(fā)展。水電工程涉及測(cè)繪、地質(zhì)、壩工、泄水、廠房、水機(jī)、金結(jié)、電氣、通信、給排水、建筑、暖通、道路等多個(gè)專業(yè)，其BIM模型的構(gòu)建和應(yīng)用對(duì)軟件功能、人員素質(zhì)、計(jì)算機(jī)配置都有較高的要求，這在一定程度上影響著BIM模型在工程全生命周期不同階段的流轉(zhuǎn)和應(yīng)用。數(shù)字化移交是在BIM應(yīng)用基礎(chǔ)上繁衍出來(lái)的新型工程數(shù)據(jù)移交形式，是基于BIM技術(shù)構(gòu)建的“數(shù)字雙胞胎”工程，以移交平臺(tái)為載體，將BIM模型和工程建設(shè)過程產(chǎn)中生的各類數(shù)據(jù)通過輕量化、結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立模型和相關(guān)工程數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的全面、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、模擬及可視化表達(dá)，為工程全生命周期管理和大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基本應(yīng)用功能。相比較以BIM軟件為載體的BIM模型應(yīng)用，數(shù)字化移交通過模型輕量化、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理等手段，降低了水電工程BIM模型的使用門檻，有力地推動(dòng)著BIM模型在工程全生命周期不同階段的流轉(zhuǎn)和應(yīng)用；同時(shí)，基于數(shù)字化移交平臺(tái)，以BIM模型為載體統(tǒng)籌管理工程建設(shè)、運(yùn)維管理中的各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，解決了水電工程建設(shè)管理中數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重、數(shù)據(jù)共享困難、數(shù)據(jù)管理混亂、數(shù)據(jù)應(yīng)用無(wú)序等眾多問題。

本文面向水電工程全生命周期，深入研究基于BIM的數(shù)字化移交形式、實(shí)現(xiàn)流程、實(shí)現(xiàn)要素和數(shù)字化移交的特性。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了水電工程數(shù)字化移交的實(shí)現(xiàn)過程和數(shù)字化移交成果在工程全生命周期管理中的應(yīng)用，為相關(guān)工程開展數(shù)字化移交提供借鑒和參考。

1 基于BIM的數(shù)字化移交技術(shù)研究

1.1 數(shù)字化移交形式及分類

按照數(shù)字化移交工作狀態(tài)的不同，將數(shù)字化移交分為靜態(tài)數(shù)字化移交和動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交。靜態(tài)數(shù)字化移交又叫一次性移交，是指在工程某一階段(設(shè)計(jì)、施工或調(diào)試)或工程建設(shè)結(jié)束時(shí)，在交付設(shè)計(jì)成果、工程實(shí)體的同時(shí)，給業(yè)主移交包含BIM模型和工程數(shù)據(jù)的“數(shù)字雙胞胎”工程，其特點(diǎn)是所有BIM模型和工程數(shù)據(jù)都是最終且唯一版本。動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交，是指在工程某一階段(設(shè)計(jì)、施工或調(diào)試)或工程建設(shè)的初始階段，就開始進(jìn)行數(shù)字化移交，直至某一階段或工程竣工；其特點(diǎn)是移交工作與工程建設(shè)同步，移交數(shù)據(jù)隨工程的進(jìn)展累積漸進(jìn)、逐漸完善，數(shù)據(jù)的版本動(dòng)態(tài)更新。水電工程建設(shè)周期長(zhǎng)，工程數(shù)據(jù)種類多、數(shù)量大，采用動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交的方式可以繼承工程建設(shè)各階段產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)，將前序工程建設(shè)數(shù)據(jù)服務(wù)于后續(xù)工程建設(shè)過程，還可動(dòng)態(tài)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的追溯和修正，是當(dāng)前普遍采用的數(shù)字化移交方式。

動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交，按照工程建設(shè)的不同階段又分為設(shè)計(jì)過程數(shù)字化移交、設(shè)計(jì)+施工過程數(shù)字化移交、設(shè)計(jì)+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交和工程全生命周期數(shù)字化移交，如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程Fig.1 Dynamic data flow process of digital delivery

(1)設(shè)計(jì)過程數(shù)字化移交。設(shè)計(jì)過程數(shù)字化移交是指設(shè)計(jì)階段BIM模型和設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)報(bào)告等工程數(shù)據(jù)的移交，根據(jù)不同設(shè)計(jì)深度及設(shè)計(jì)成果，動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)用和修正。

(2)設(shè)計(jì)+施工過程數(shù)字化移交。設(shè)計(jì)+施工過程數(shù)字化移交是指工程設(shè)計(jì)、施工階段BIM模型和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)的移交，包含工程變更數(shù)據(jù)；根據(jù)不同工程進(jìn)度及相關(guān)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)用和修正。

(3)設(shè)計(jì)+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交。設(shè)計(jì)+施工+調(diào)試過程數(shù)字化移交是指工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試階段BIM模型和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、調(diào)試數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)的移交，包含工程變更數(shù)據(jù)；根據(jù)不同工程進(jìn)度及相關(guān)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試數(shù)據(jù)移交過程和移交后，移交數(shù)據(jù)均可在工程全生命周期各階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)用和修正。

(4)工程全生命周期數(shù)字化移交。工程全生命周期數(shù)字化移交，是面向工程全生命周期全過程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)數(shù)字化移交。根據(jù)工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試不同階段進(jìn)度及相關(guān)工程數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)字化移交和移交數(shù)據(jù)更新。在工程運(yùn)維階段，基于數(shù)字化移交數(shù)據(jù)和移交平臺(tái)，將監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、巡檢、維修、物資等運(yùn)維過程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)至相應(yīng)BIM模型上，形成面向工程全生命周期的數(shù)字化移交，應(yīng)用于工程建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)維當(dāng)中。這種數(shù)字化移交模式更適合面向全生命周期的水電工程建設(shè)及運(yùn)維管理，已在新建水電項(xiàng)目中廣泛推廣，也是本文主要研究的數(shù)字化移交模式。

1.2 數(shù)字化移交實(shí)現(xiàn)流程研究

數(shù)字化移交實(shí)現(xiàn)流程基本上分為移交準(zhǔn)備、工程數(shù)據(jù)收集整理、工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)內(nèi)容和質(zhì)量審核、工程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)移交、工程數(shù)據(jù)應(yīng)用及更新、數(shù)據(jù)完整性及準(zhǔn)確性審核、全過程數(shù)據(jù)移交、移交成果運(yùn)維階段應(yīng)用及運(yùn)維數(shù)據(jù)增加等過程(圖2)。移交準(zhǔn)備是數(shù)字化移交的基礎(chǔ)性工作，包括方案和標(biāo)準(zhǔn)定制、移交平臺(tái)搭建、實(shí)施團(tuán)隊(duì)組建等，準(zhǔn)備工作是否全面直接關(guān)系到數(shù)字化移交的成敗。工程數(shù)據(jù)收集整理是根據(jù)移交標(biāo)準(zhǔn)將模型、圖紙、報(bào)告、工程量、設(shè)計(jì)參數(shù)等按照一定的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行收集、整理，標(biāo)準(zhǔn)化處理是將收集到的碎片化工程數(shù)據(jù)進(jìn)行輕量化處理、統(tǒng)一格式轉(zhuǎn)換、編碼編號(hào)等，內(nèi)容和質(zhì)量核定是對(duì)處理過的工程數(shù)據(jù)按照移交標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核，均貫穿于工程建設(shè)全過程。工程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)移交包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、采購(gòu)、調(diào)試等各階段數(shù)據(jù)移交，按照移交數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序進(jìn)行漸進(jìn)式動(dòng)態(tài)移交。工程數(shù)據(jù)應(yīng)用及補(bǔ)充、添加、更新是一個(gè)不斷迭代的過程，工程前期數(shù)據(jù)可在后續(xù)工作中應(yīng)用，應(yīng)用過程中針對(duì)變更內(nèi)容又不斷更新完善。在工程竣工交付時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性進(jìn)行移交前審核，確認(rèn)數(shù)據(jù)無(wú)誤后進(jìn)行工程全過程數(shù)據(jù)移交。工程建設(shè)期數(shù)據(jù)移交后，應(yīng)用于運(yùn)維管理過程，并與運(yùn)維管理系統(tǒng)融合，將運(yùn)維階段數(shù)據(jù)持續(xù)增加至數(shù)字化移交系統(tǒng)，最終形成覆蓋工程全生命周期的數(shù)據(jù)中心。

圖2 基于BIM的數(shù)字化移交實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 Digital Delivery realization flow based on BIM

1.3 數(shù)字化移交實(shí)現(xiàn)要素研究

面向工程全生命周期的數(shù)字化移交，時(shí)間長(zhǎng)、跨度大、參與方多，移交過程復(fù)雜而繁瑣。在進(jìn)行數(shù)字化移交工作過程中，必須確定好移交內(nèi)容、移交標(biāo)準(zhǔn)、移交平臺(tái)和移交團(tuán)隊(duì)4項(xiàng)基本要素。移交內(nèi)容是數(shù)字化移交的核心，移交標(biāo)準(zhǔn)是移交內(nèi)容規(guī)范、有效的保證，移交平臺(tái)是移交數(shù)據(jù)的載體，移交團(tuán)隊(duì)是移交工作的保證，缺一不可。

(1)移交內(nèi)容。數(shù)字化移交內(nèi)容包含設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)維等工程全生命周期的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如BIM模型、設(shè)計(jì)報(bào)告、工程圖紙、質(zhì)量信息、材料特性、設(shè)備參數(shù)等。移交內(nèi)容應(yīng)充分結(jié)合工程特點(diǎn)，從工程全生命周期數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值的角度進(jìn)行綜合確定，確保移交數(shù)據(jù)規(guī)范、完整、有效、有用。

(2)移交標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)顆粒度、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)版本、數(shù)據(jù)更新周期、數(shù)據(jù)采集上傳方式、數(shù)據(jù)處理流程等與數(shù)字化移交工作相關(guān)的各種規(guī)范性文件，用以指導(dǎo)數(shù)字化移交工作的實(shí)施。移交標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合《發(fā)電工程數(shù)據(jù)移交》及工程各參與方的工作方式、信息化系統(tǒng)應(yīng)用情況、人員素質(zhì)等有針對(duì)性地制定，確保移交標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、合理、操作性強(qiáng)。

(3)移交平臺(tái)。當(dāng)前主流的數(shù)字化移交平臺(tái)為C/S模式(客戶端/服務(wù)器)和B/S模式(瀏覽器/服務(wù)器)，第一種模式系統(tǒng)功能強(qiáng)大、安全性高，但系統(tǒng)部署復(fù)雜、硬件依賴性強(qiáng)、人員專業(yè)性要求高；第二種模式使用門檻低、操作簡(jiǎn)單方便，但功能相對(duì)簡(jiǎn)單、模型加載對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性高。對(duì)于建設(shè)周期長(zhǎng)、模型操作頻繁、人員素質(zhì)多樣的水電工程而言，數(shù)字化移交平臺(tái)應(yīng)建設(shè)為基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的C/S+B/S模式，以滿足不同工程階段、不同業(yè)務(wù)、不同應(yīng)用人員的需求。

(4)移交團(tuán)隊(duì)。面向全生命周期的水電工程數(shù)字化移交工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的工作，項(xiàng)目業(yè)主負(fù)責(zé)各方協(xié)調(diào)、過程監(jiān)管等工作，設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、技術(shù)管理等工作，施工、安裝、調(diào)試等各參與房負(fù)責(zé)各自工作范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的采集并按移交標(biāo)準(zhǔn)上傳；在數(shù)字化移交的不同階段，應(yīng)成立專門的機(jī)構(gòu)或組建專門的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)施，團(tuán)隊(duì)成員的專業(yè)背景或工作經(jīng)歷應(yīng)包含計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字工程及水工、機(jī)電等水電工程相關(guān)專業(yè)人員。

2 基于BIM的數(shù)字化移交特性研究

相比較傳統(tǒng)的工程檔案交付、BIM模型應(yīng)用、工程數(shù)據(jù)管理等數(shù)據(jù)應(yīng)用和交付模式，基于BIM的數(shù)字化移交使模型應(yīng)用簡(jiǎn)單化、數(shù)據(jù)展示可視化、數(shù)據(jù)管理關(guān)聯(lián)化、數(shù)據(jù)共享信息化；除了發(fā)揮數(shù)據(jù)的直觀應(yīng)用價(jià)值外，還可通過工程全生命周期不同階段、不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的挖掘、處理和分析，對(duì)工程建(構(gòu))筑物和設(shè)施設(shè)備性態(tài)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)和預(yù)處置，使工程建設(shè)、管理模式朝著數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)創(chuàng)新的方向發(fā)展。基于BIM的數(shù)字化移交主要特性如下：

(1)輕量級(jí)模型應(yīng)用。輕量級(jí)模型，是指在不改變模型文件結(jié)構(gòu)屬性的基礎(chǔ)上，將模型文件通過參數(shù)化處理、減面優(yōu)化、實(shí)例化、數(shù)據(jù)壓縮等方式將模型體積壓縮[9]，使原本幾G、幾十G甚至上百G的原始模型轉(zhuǎn)碼成幾M,幾十M、幾百M(fèi)的輕量級(jí)模型。輕量級(jí)模型對(duì)計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)的要求較低，通過瀏覽器展示和應(yīng)用時(shí)能有效避免原始模型加載時(shí)間過長(zhǎng)、程序卡死或者系統(tǒng)崩潰等現(xiàn)象，提高模型的體驗(yàn)性。作為數(shù)字化移交的載體和主要移交數(shù)據(jù)之一，水電工程BIM模型一般由地質(zhì)、樞紐、廠房、機(jī)電等多專業(yè)模型組成，模型體量通常較大，難以適用于建設(shè)、管理等單位計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)資源有限的應(yīng)用環(huán)境。因此，在數(shù)字化移交過程中，應(yīng)在充分保留模型幾何、屬性信息的原則下，盡可能壓縮模型體積，并在數(shù)字化移交系統(tǒng)建設(shè)時(shí)采用分層傳輸?shù)燃夹g(shù)進(jìn)行模型加載和顯示，從而在保證良好應(yīng)用效果的同時(shí)最大限度降低計(jì)算的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)資源要求。

(2)多維度數(shù)據(jù)管理。數(shù)字化移交不同階段、不用參與方的應(yīng)用場(chǎng)景各不相同，根據(jù)水電工程的特點(diǎn)，數(shù)字化移交數(shù)據(jù)應(yīng)按照專業(yè)、部位和區(qū)域3種方式進(jìn)行管理，以滿足不同工程階段、不同參與人員在不同業(yè)務(wù)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程全生命周期全過程信息高效傳遞和共享。

(3)智能化數(shù)據(jù)融合。數(shù)字化移交的核心是數(shù)據(jù)之間相關(guān)關(guān)聯(lián)、相互驅(qū)動(dòng)，在進(jìn)行數(shù)字化移交工作時(shí)，應(yīng)通過智能抽取、關(guān)聯(lián)及分類等手段，快速建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)管理，實(shí)現(xiàn)水電工程多維數(shù)據(jù)集成管理、融合鏈接和相互驅(qū)動(dòng)，通過數(shù)據(jù)迭代和數(shù)據(jù)融合，保證數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確。

(4)可視化信息協(xié)同。數(shù)字化移交應(yīng)通過三維可視化、體驗(yàn)式信息交互，消除信息壁壘、提高溝通效率；通過模型、數(shù)據(jù)的基本操作，服務(wù)于工程全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)管理。

(5)開放性系統(tǒng)架構(gòu)。數(shù)字化移交作為工程大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，移交系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)有充分的開放性，既能通過底層數(shù)據(jù)對(duì)接實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)管理、PM、檔案等原始工程數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取，又能通過與工程建設(shè)、運(yùn)維期的各種信息化系統(tǒng)融合服務(wù)于工程全生命周期。

(6)大數(shù)據(jù)分析決策。數(shù)字化移交不但具備數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)分析和決策功能。通過數(shù)字化移交集中管理工程數(shù)據(jù)，形成包含海量信息的工程大數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)挖掘、處理和分析，實(shí)現(xiàn)工程信息快速獲取、工程狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握、工程問題綜合分析。

(7)多終端應(yīng)用支持。為滿足不同場(chǎng)景下工程數(shù)據(jù)的應(yīng)用，數(shù)字化移交系統(tǒng)應(yīng)支持個(gè)人計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)、大屏等不同應(yīng)用終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)便捷、高效地工作。

(8)多措施安全保障。在數(shù)字化移交過程中，應(yīng)采取多種措施保障數(shù)據(jù)安全。在數(shù)據(jù)管理方面，可通過建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)共享等方式，保障數(shù)據(jù)安全。在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，可通過權(quán)限管理、用戶身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等方式，確保數(shù)據(jù)安全。

3 水電工程全生命周期數(shù)字化移交應(yīng)用

3.1 工程建設(shè)階段數(shù)字化移交應(yīng)用研究

3.1.1 方案規(guī)劃及輔助決策

水電工程建設(shè)涉及水文、氣象、地質(zhì)、勘探、環(huán)保、水保、移民、動(dòng)植物保護(hù)等多種要素，專業(yè)性強(qiáng)、協(xié)作頻繁?；跀?shù)字化移交平臺(tái)，制定基于空間地理信息的對(duì)象分解和編碼規(guī)則，進(jìn)行規(guī)劃數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理。工程規(guī)劃階段，以現(xiàn)狀地質(zhì)、地形及建筑物三維模型為載體統(tǒng)籌管理規(guī)劃數(shù)據(jù)，消除信息不對(duì)稱、專業(yè)間協(xié)作不緊密等產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)可視化環(huán)境下規(guī)劃數(shù)據(jù)管理、工程規(guī)劃和方案決策。工程設(shè)計(jì)階段，以規(guī)劃數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，集成設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)，在可視化環(huán)境下推敲、比選不同設(shè)計(jì)方案和不同建筑物的布置形式、不同建(構(gòu))筑物的銜接方式，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案比選及設(shè)計(jì)優(yōu)化。工程施工階段，以規(guī)劃、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，在可視化環(huán)境下進(jìn)行施工場(chǎng)地布置、進(jìn)度管理、復(fù)雜施工及安裝工藝的模擬、仿真，輔助施工人員進(jìn)行施工方案優(yōu)化并進(jìn)行科學(xué)決策(圖3)。

圖3 基于數(shù)字化移交的方案規(guī)劃及輔助決策Fig.3 Scheme planning and auxiliary decision based on digital delivery

3.1.2 碰撞分析

水電工程三維模型涉及地質(zhì)、水工、機(jī)電等多個(gè)專業(yè)，不同專業(yè)之間的碰撞干涉問題眾多，且由此引起的消缺工作耗費(fèi)大量的人力、物力資源?；跀?shù)字化移交平臺(tái)，整合各專業(yè)三維設(shè)計(jì)模型，在三維虛擬環(huán)境下進(jìn)行不同專業(yè)間的碰撞分析，提前消除設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量(圖4)。

圖4 基于數(shù)字化移交的多專業(yè)碰撞分析檢查Fig.4 Multi discipline collision analysis and inspection based on digital delivery

3.1.3 三維會(huì)審

會(huì)審是設(shè)計(jì)過程中的重要工作，是把控設(shè)計(jì)質(zhì)量、消除專業(yè)間銜接障礙的主要手段之一?；跀?shù)字化移交系統(tǒng)，利用三維模型作為多方會(huì)審的載體，可在會(huì)審過程中通過對(duì)三維設(shè)計(jì)成果進(jìn)行漫游、測(cè)量、剖切等，并針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷自動(dòng)生成圖文并茂的會(huì)審清單，從而大大提高會(huì)審效率和會(huì)審質(zhì)量(圖5)。

圖5 基于數(shù)字化移交的三維會(huì)審Fig.5 Three dimensional joint review based on digital delivery

3.1.4 施工交底

施工交底是工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，是施工人員了解工程特點(diǎn)、技術(shù)要求、施工工藝、工程難點(diǎn)、操作要點(diǎn)的主要工作。傳統(tǒng)以CAD平面圖為主的施工交底不夠直觀，難以精確表達(dá)復(fù)雜的施工工法、接底人與交底內(nèi)容理解偏差等問題?；跀?shù)字化移交系統(tǒng)，利用三維模型進(jìn)行施工交底，通過漫游、截面剖切、方案工法模擬，使交底內(nèi)容直觀、可視，有效提高交底內(nèi)容的直觀性和精確度，消除接底人對(duì)交底內(nèi)容理解的偏差，快速理解施工方案和操作要求，從而保證設(shè)計(jì)方案的順利實(shí)施(圖6)。

圖6 基于數(shù)字化移交的三維施工交底Fig.6 Three dimensional construction disclosure based on digital delivery

3.1.5 變更管理

受地形條件、地質(zhì)條件的影響，水電工程施工過程中極易發(fā)生施工實(shí)際與規(guī)劃設(shè)計(jì)存在偏差的情況，變更管理工作異常繁重，竣工交付時(shí)也難免存在變更過程難以追溯、變更資料缺失、設(shè)計(jì)資料與實(shí)際工程不符等現(xiàn)象?；跀?shù)字化移交系統(tǒng)，以BIM模型為載體動(dòng)態(tài)管理施工過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)管理的完整性、及時(shí)性。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)條件與規(guī)劃設(shè)計(jì)不符等情況時(shí)，施工人員通過數(shù)字化移交系統(tǒng)將地質(zhì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)至相關(guān)模型上，發(fā)出相關(guān)的設(shè)計(jì)變更申請(qǐng)；設(shè)計(jì)人員接收設(shè)計(jì)變更申請(qǐng)并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)核實(shí)后，更新設(shè)計(jì)模型及相應(yīng)的設(shè)計(jì)資料，并通過版本控制的方式進(jìn)行管理。通過數(shù)字化移交系統(tǒng)進(jìn)行施工過程中的變更管理，可實(shí)現(xiàn)從變更原因、變更申請(qǐng)到變更結(jié)果的全過程管理，提高變更過程中施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性和可追溯性。

3.2 工程運(yùn)維階段數(shù)字化移交應(yīng)用研究

3.2.1 設(shè)備信息管理

水電站設(shè)備信息是設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的基礎(chǔ)，設(shè)備信息管理是運(yùn)維管理工作的重要內(nèi)容之一。設(shè)備信息管理既包括設(shè)備銘牌、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造加工、安裝調(diào)試、操作手冊(cè)等靜態(tài)信息管理，也包括設(shè)備巡檢、缺陷處理、保養(yǎng)、運(yùn)行監(jiān)控等動(dòng)態(tài)信息，動(dòng)態(tài)信息隨著設(shè)備運(yùn)維累加漸進(jìn)。遵循設(shè)備全生命周期管理理念，基于數(shù)字化移交系統(tǒng)，將設(shè)備信息關(guān)聯(lián)至相應(yīng)的三維模型上，建立設(shè)備模型和設(shè)備信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的一體化、集成化、可視化管理，在最短的時(shí)間內(nèi)獲取最有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省人力、時(shí)間成本，提高運(yùn)維管理效率(圖7)。

圖7 基于數(shù)字化移交的設(shè)備信息管理Fig.7 Equipment information management based on digital delivery

3.2.2 運(yùn)維檔案管理

運(yùn)維檔案是電站運(yùn)維管理、事件追溯的重要依據(jù)。傳統(tǒng)以電子文件和紙質(zhì)文件為主的檔案管理模式，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，數(shù)據(jù)重復(fù)、數(shù)據(jù)缺失等現(xiàn)象頻發(fā)，嚴(yán)重影響著運(yùn)維檔案作用的發(fā)揮?；跀?shù)字化移交的運(yùn)維檔案管理，從運(yùn)維初期就考慮檔案數(shù)據(jù)在整個(gè)運(yùn)維期的應(yīng)用。參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用科學(xué)的檔案管理方法對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容、格式等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)定義，并對(duì)檔案數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，保證運(yùn)維檔案的完整性、有效性?；贐IM模型，將運(yùn)維檔案信息進(jìn)行附加、關(guān)聯(lián)。使用過程中，通過模型定位可快速獲取運(yùn)維檔案信息，避免時(shí)間、人員變動(dòng)等對(duì)運(yùn)維檔案管理和應(yīng)用的影響(圖8)。

圖8 基于數(shù)字化移交的運(yùn)維檔案管理Fig.8 Operation and maintenance file management based on digital delivery

3.2.3 仿真模擬

水電站運(yùn)維工作專業(yè)性強(qiáng)、操作復(fù)雜，操作不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，而培訓(xùn)是運(yùn)維人員掌握操作方法、預(yù)防操作事故的最主要途徑，傳統(tǒng)以視頻、文檔為主的培訓(xùn)模式難以讓運(yùn)維人員快速掌握運(yùn)維操作要點(diǎn)及工藝流程?；跀?shù)字化移交的模型、數(shù)據(jù)等移交成果，將電站運(yùn)維過程中的運(yùn)行流程、操作步驟、管理標(biāo)準(zhǔn)、工作票等以可視化形式表現(xiàn)出來(lái)，通過仿真模擬給運(yùn)維人員提供一個(gè)沉浸式、交互式、標(biāo)準(zhǔn)化、和物理電站一一對(duì)應(yīng)的虛擬化培訓(xùn)操作環(huán)境，使運(yùn)維人員熟練掌握運(yùn)維操作要點(diǎn)，防止操作失誤(圖9)。

圖9 基于數(shù)字化移交的運(yùn)行仿真模擬Fig.9 Operation simulation based on digital delivery

3.2.4 數(shù)據(jù)集成展示

常規(guī)的電廠運(yùn)維管理系統(tǒng)都是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立構(gòu)建，導(dǎo)致各類自動(dòng)化系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)接口不一致，使得系統(tǒng)的整體性和協(xié)調(diào)性不足，各類業(yè)務(wù)應(yīng)用之間數(shù)據(jù)信息共享困難，業(yè)務(wù)流程之間無(wú)法形成有效互動(dòng)，后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)維成本高，無(wú)法滿足集約化生產(chǎn)及運(yùn)行管理的需求?；跀?shù)字化移交成果，在可視化環(huán)境下，集成水電站監(jiān)測(cè)、監(jiān)控等各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)模型、一套數(shù)據(jù)、一個(gè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、一個(gè)查詢系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)集成展示系統(tǒng)，在三維可視化環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合展示、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)、管理及運(yùn)行的“一張圖”管理，從而提高運(yùn)維管理效率(圖10)。

圖10 基于數(shù)字化移交的運(yùn)維數(shù)據(jù)可視化集成管理Fig.10 Visual integrated management of operation and maintenance data based on digital delivery

4 結(jié) 論

(1)基于BIM的數(shù)字化移交，將割裂、分散、孤立的工程數(shù)據(jù)通過BIM模型統(tǒng)籌和關(guān)聯(lián)起來(lái)，能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)在水電工程全生命周期管理中的應(yīng)用價(jià)值；通過數(shù)據(jù)的集成展示、統(tǒng)計(jì)分析，為生產(chǎn)、管理提供決策依據(jù)，從而提高水電工程的建設(shè)管理水平。

(2)面向水電工程全生命周期的數(shù)字化移交，時(shí)間長(zhǎng)、跨度大、參與方多，移交過程復(fù)雜而繁瑣。在進(jìn)行基于BIM的水電工程數(shù)字化移交過程中，必須確定好移交內(nèi)容、移交標(biāo)準(zhǔn)、移交平臺(tái)和移交團(tuán)隊(duì)四項(xiàng)基本要素。

(3)基于BIM的數(shù)字化移交通過數(shù)據(jù)的集成化、結(jié)構(gòu)化、可視化管理，實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，為水電工程大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)的不斷累積，應(yīng)結(jié)合具體需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析，為生產(chǎn)管理提供決策支持。