朱 毅，孫立鵬，孫文彬

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都 610072)

0 前言

隨著 “數(shù)字中國”國家戰(zhàn)略的實施，水電水利工程建設(shè)行業(yè)以數(shù)字信息技術(shù)驅(qū)動工程智能化建設(shè)、電廠智慧化運維的條件已經(jīng)日趨成熟。業(yè)內(nèi)對數(shù)字化、信息化、智能化、智慧化的具體應(yīng)用目標(biāo)和實施路徑也日益明晰，發(fā)展方向更是隨著科技的進步及行業(yè)對其的認(rèn)知加深在不斷的升級，持續(xù)的變化。從最初的BIM技術(shù)致力于傳統(tǒng)勘察設(shè)計技術(shù)的數(shù)字賦能逐漸向通過新工具、新手段、新技術(shù)孵化創(chuàng)造新業(yè)務(wù)、新設(shè)備、新應(yīng)用、新項目轉(zhuǎn)變，逐漸呈現(xiàn)出了“業(yè)務(wù)數(shù)字化”和 “數(shù)字化業(yè)務(wù)”雙輪驅(qū)動、互補前進的態(tài)勢。其中水電水利工程機電專業(yè)因其在數(shù)字化、信息化、智能化、智慧化業(yè)務(wù)中所扮演的典型角色，BIM技術(shù)在工程機電領(lǐng)域全生命周期各階段均有著廣泛的應(yīng)用。智慧電廠運維管控、機電安裝智能建造、智能新設(shè)備的選型使用、老舊電廠智能升級改造、設(shè)備管線標(biāo)準(zhǔn)工藝優(yōu)化設(shè)計、信息模型輕量化交付交互、設(shè)備檢修及安裝虛擬仿真等，均是通過數(shù)字化、信息化技術(shù)的發(fā)展而新出現(xiàn)的機電專有典型業(yè)務(wù)。

本文以兩河口水電工程基于BIM技術(shù)的三維正向協(xié)同設(shè)計應(yīng)用實踐作為切入點，重點闡述三維正向協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)建設(shè)、流程優(yōu)化和實踐總結(jié)，并對以數(shù)字化設(shè)計成果為源頭的工程全生命周期信息化應(yīng)用進行了探索和思考，為未來BIM技術(shù)與水利水電工程專業(yè)設(shè)計的深度融合與應(yīng)用提供參考[1]。

1 工程概況

兩河口水電工程為我國第三大水電能源基地雅礱江干流中游的控制性水庫電站工程，位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，地下廠房內(nèi)安裝6臺單機容量為500MW的水輪發(fā)電機組。兩河口工程實現(xiàn)了全面的三維正向協(xié)同設(shè)計，并在模型整體總裝輕量化交付、三維設(shè)計流程優(yōu)化、模型成果質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化、模型的深化設(shè)計應(yīng)用、全要素的智能機電工程管控系統(tǒng)等領(lǐng)域進行了實踐應(yīng)用和探索研究。

2 機電三維正向協(xié)同設(shè)計的特點

隨著水電站機電工程新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在及未來水電工程建設(shè)的要求[2]。三維正向協(xié)同設(shè)計首先是工程語言從二維圖紙向三維數(shù)字化表達(dá)的轉(zhuǎn)變，其次是計算機輔助繪圖向計算機輔助設(shè)計的質(zhì)變，更重要的是數(shù)字化設(shè)計向智能化設(shè)計的發(fā)展[3]。三維正向協(xié)同設(shè)計不僅能在三維環(huán)境中表達(dá)工程全部的幾何外觀和設(shè)計構(gòu)想，還能通過模型中載入的數(shù)據(jù)在整個設(shè)計過程進行持續(xù)的優(yōu)化分析與方案對比，為工程建設(shè)的決策提供科學(xué)依據(jù)，降低實施風(fēng)險[4-5]。同時，三維協(xié)同設(shè)計可以充分發(fā)揮BIM模型多專業(yè)協(xié)同的優(yōu)勢，通過數(shù)據(jù)的共享、信息的流通，減少設(shè)計工作中人為誤差，避免錯漏碰缺，打造優(yōu)化、深化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計服務(wù)和各類信息化應(yīng)用的基礎(chǔ)[6-9]。

2.1 正向設(shè)計的特點

兩河口水電工程的設(shè)計全過程均在三維環(huán)境中開展，設(shè)計過程的相關(guān)信息均通過模型承載和傳遞，主要體現(xiàn)在:

(1)設(shè)計意圖直接通過模型體現(xiàn)，模型的創(chuàng)建過程亦是設(shè)計的過程。

(2)在三維環(huán)境中進行性能指標(biāo)計算復(fù)核及設(shè)計成果的校審檢查等。

(3)以模型為載體進行設(shè)計方案的技術(shù)交底及成果輕量化交付。

(4)模型不僅具有出圖所需的外觀幾何信息，還承載了設(shè)備及管線的相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)信息。

(5)模型與圖紙具有聯(lián)動關(guān)系，圖紙是由模型直接剖切所得，保證圖模一致。

(6)材料表是由模型承載的不同信息通過分層過濾自動分類統(tǒng)計生成。

(7)模型及其所承載的信息具有可傳遞性，可直接或間接用于工程中多種BIM業(yè)務(wù)的應(yīng)用而不需要重新建模。

圖1為兩河口水電工程主廠房、母線洞、主變洞三個地下洞室隱藏土建模型后機電多專業(yè)三維正向協(xié)同設(shè)計的總裝模型。

圖1 兩河口水電站三維正向設(shè)計部分機電模型

2.2 協(xié)同設(shè)計的特點

兩河口水電站機電工程協(xié)同設(shè)計包含水力機械、電氣一次、電氣二次、通信工程、金屬結(jié)構(gòu)、暖通工程、給排水及輸變電工程八個專業(yè)，機電工程外的協(xié)同設(shè)計涉及廠房、壩工、建筑、結(jié)構(gòu)、水道等其他專業(yè)以及各個設(shè)備供應(yīng)廠商。

(1)專業(yè)內(nèi)協(xié)同

兩河口水電工程機電專業(yè)內(nèi)協(xié)同設(shè)計的重點是約束每一位設(shè)計人員均應(yīng)在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建模環(huán)境和操作界面中開展三維協(xié)同正向設(shè)計工作，并且保證不同設(shè)計人員所建模型之間的接口格式和屬性一致，專業(yè)內(nèi)提交的各個模型成果具有統(tǒng)一性和規(guī)范性[10]。

(2)專業(yè)外協(xié)同

由于不同的設(shè)計專業(yè)以及各個設(shè)備供應(yīng)廠商采用的三維設(shè)計軟件均不相同，故需在專業(yè)內(nèi)的協(xié)同成果基礎(chǔ)之上，將專業(yè)外協(xié)同的重點放在約定各相關(guān)方協(xié)同工作的方式、流程和模型數(shù)據(jù)格式上，通過協(xié)同設(shè)計并行工作的優(yōu)勢，保證信息傳遞的及時性、有效性以及模型數(shù)據(jù)的通用性。

3 三維正向協(xié)同設(shè)計的流程及重難點

隨著BIM技術(shù)在水電水利工程中的應(yīng)用和探索越來越深入，工程設(shè)計方對三維正向協(xié)同設(shè)計的理解和實施路徑也越來越清晰，行業(yè)內(nèi)對大型水電水利工程機電三維正向協(xié)同設(shè)計的流程及方法也逐步形成了范式，達(dá)成了共識[11-15]。但通過兩河口水電工程的實踐，仍發(fā)現(xiàn)流程中有一些重難點值得被關(guān)注，所以筆者在本項目中提出了 “區(qū)域劃分、超前設(shè)計、迭代更新”的理念開展協(xié)同設(shè)計工作，取得了較好的成果和應(yīng)用效果。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計環(huán)境配置及構(gòu)件資源庫基礎(chǔ)建設(shè)

兩河口水電工程三維正向協(xié)同設(shè)計在項目可研階段初期就啟動了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計建模環(huán)境的配置，及構(gòu)件資源庫的建設(shè)等基礎(chǔ)類工作。本項工作的重要性首先是使參與設(shè)計的工程師都能在標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一環(huán)境中開展三維正向協(xié)同設(shè)計工作，其不僅可得到一套統(tǒng)一的模型成果，為后續(xù)的模型整合、協(xié)同設(shè)計以及 “區(qū)域劃分”的模型界面接口屬性一致打下良好的基礎(chǔ)，還能夠有效提升項目成果的整體品質(zhì)；其次是在項目前期設(shè)備未招標(biāo)、參數(shù)不確定時為 “提前設(shè)計，迭代更新”提供條件，提高構(gòu)件資源庫的復(fù)用率，從而有效提升項目設(shè)計工作的整體效率，節(jié)約人力成本。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的定制

BIM是工程物理特性與功能特性信息化、數(shù)字化的承載和可視化的表達(dá)，是傳統(tǒng)手繪制圖與CAD輔助設(shè)計的升級[16-18]。但目前市面上沒有針對水電水利工程的專有三維設(shè)計軟件，故需要在商業(yè)軟件中根據(jù)水電水利工程現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行定制的開發(fā)與完善，以實現(xiàn)所建立的項目三維模型在美觀、直觀的基礎(chǔ)上具有實際工程設(shè)計的指導(dǎo)意義，所載有的幾何信息與屬性信息滿足國家行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過模型剖切或轉(zhuǎn)換視角所生成的2D圖紙滿足行業(yè)圖紙的交付要求[10]。本項目的機電工程三維正向協(xié)同設(shè)計工作選擇在Autodesk Revit平臺中開展，標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的定制工作包含對專業(yè)系統(tǒng)功能分類、添加材質(zhì)屬性、定義連接性、配置模型顏色、確定填充圖案、線形線寬、尺寸標(biāo)注、字體字高、符號注釋、模型文件名稱、確定屬性信息種類等多達(dá)五十余個設(shè)置進行替換、修改或增補。

(2)專業(yè)構(gòu)件資源庫的建設(shè)

在Autodesk Revit平臺進行BIM設(shè)計的實施過程中，專業(yè)庫中構(gòu)件的數(shù)量和質(zhì)量直接影響到模型成果及圖紙成果的品質(zhì)，是實施BIM設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的重要基礎(chǔ)工作[10]。在本項目標(biāo)準(zhǔn)化建模環(huán)境定制的同時，同步開展了構(gòu)件資源庫的建設(shè)和資料儲備，為 “超前設(shè)計”打下基礎(chǔ)。專業(yè)構(gòu)件資源庫的建設(shè)包含參數(shù)化構(gòu)件和非參數(shù)化構(gòu)件兩大類，其中參數(shù)化構(gòu)件由外形驅(qū)動參數(shù) (csv或txt)數(shù)據(jù)表控制[19]，此類構(gòu)件雖然具有常用性、通用性、快捷性、簡便性等優(yōu)點，但不適合大型的、復(fù)雜的機電設(shè)備，故大多用于彎頭、法蘭、橋架連接件、支吊架、閥門、IPB、共箱母線等約束條件較少的機電設(shè)備或通用管線構(gòu)件模型中。非參數(shù)化構(gòu)件雖然不能根據(jù)參數(shù)驅(qū)動，但因其具有不受制于約束條件數(shù)量影響的優(yōu)點，故可創(chuàng)建出精細(xì)度較高的模型構(gòu)件，多來源于以往項目的積累、設(shè)備供應(yīng)商的提供和設(shè)計方有針對性的創(chuàng)建，特別適合大型的、復(fù)雜的機電設(shè)備，比如水輪發(fā)電機組、橋機、主變壓器及各類復(fù)雜的輔助設(shè)備等，如圖2所示。

圖2 專業(yè)構(gòu)件資源庫部分成果

3.2 超前設(shè)計

根據(jù)以往水電工程機電專業(yè)設(shè)計的經(jīng)驗，總結(jié)出水電工程與其他民建工程機電專業(yè)設(shè)計最大的不同就在于設(shè)計周期和實施過程。

其他工程建設(shè)領(lǐng)域大多都是在設(shè)計方提供完整的設(shè)計資料后方才開展施工，而水電工程涉及的專業(yè)眾多，土建開挖和澆筑周期較長，所以機電工程的設(shè)計、選型、招標(biāo)、采購、出圖、施工是根據(jù)工程整體的建設(shè)情況分期實施，并互相緊密牽制。這就導(dǎo)致設(shè)計成果交付的時間大量集中在設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)計聯(lián)絡(luò)會確定最終技術(shù)參數(shù)之后，這讓本就處在整個工程設(shè)計鏈下游的機電專業(yè)很難獲取合理的設(shè)計周期，嚴(yán)重影響了三維正向協(xié)同設(shè)計工作的有效開展。鑒于此，在兩河口水電工程中首次提出了 “超前設(shè)計”的理念。其難點在于需要合理的根據(jù)工程建設(shè)進度編制科學(xué)的設(shè)計計劃，給三維設(shè)計留有足夠的實施周期，以及統(tǒng)一設(shè)計人員的認(rèn)識，將三維設(shè)計的過程理解為設(shè)計本身，而將出圖過程僅理解為設(shè)計成果的表達(dá)，并非設(shè)計過程。其優(yōu)勢在于可利用數(shù)字化設(shè)計軟件在三維環(huán)境中提前開展設(shè)計工作，將設(shè)計工作啟動的時間點前移，此過程中根據(jù)實際情況不斷地優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計方案，在方案最終確定后可短時間快速完成出圖任務(wù)，動態(tài)延長設(shè)計周期而非出圖周期。 “超前設(shè)計”可有效避免各類矛盾在施工高峰期疊加到設(shè)計環(huán)節(jié)，在提高人力資源使用計劃性的同時，還能通過持續(xù)地進行模型維護和階段性整體設(shè)計成果的可視化會商，提升業(yè)主對設(shè)計服務(wù)的體驗和參與度。

3.3 區(qū)域劃分

BIM行業(yè)內(nèi)極力推行同步分布式交互的協(xié)同設(shè)計方式，即多個協(xié)作成員在同一時間、不同地點進行實時協(xié)同設(shè)計[6-9]。但在實踐過程中發(fā)現(xiàn)難度很大，原因是此種方式首先受制于項目是否有投入進行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等軟硬件的建設(shè)；其次受制于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)安全；然后還對設(shè)計人員電腦終端的性能要求較高；更為重要的是運用此種協(xié)同方式要有明確統(tǒng)一的模型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層級、轉(zhuǎn)換格式；最后還要求每一位參與項目協(xié)同設(shè)計的人員理解統(tǒng)一的實施規(guī)則和具備一定的三維設(shè)計能力?？紤]各種因素、結(jié)合實際情況，本項目采用了異步分布式交互協(xié)同，即多個協(xié)作成員在不同時間、不同地點通過網(wǎng)絡(luò)文件管理、E-mail、分布式數(shù)據(jù)庫等手段進行協(xié)同設(shè)計。在實施過程中，逐漸的總結(jié)發(fā)現(xiàn)并提出了 “區(qū)域劃分”的理念，效果顯著，具有一定的推廣價值。

本項目將機電專業(yè)的設(shè)計范圍按系統(tǒng)功能和土建結(jié)構(gòu)物理區(qū)域劃分為若干個協(xié)同實施分區(qū)，區(qū)域之間界面清晰，采用標(biāo)準(zhǔn)化的建模環(huán)境保證界面接口格式和屬性一致，每個區(qū)域內(nèi)均可獨立完成各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計工作，區(qū)域與區(qū)域之間的模型能夠便捷的進行總裝。區(qū)域劃分的原則可根據(jù)項目的特點由項目部組織各專業(yè)討論確定，劃分的區(qū)域個數(shù)可隨項目階段的不同而不斷的細(xì)化或適當(dāng)調(diào)整。

如圖3(a)所示，首先將工程以土建結(jié)構(gòu)物理區(qū)域劃分為安裝間、母線洞、第一副廠房、第二副廠房、主變室、主廠房等若干個協(xié)同設(shè)計實施區(qū)域，若在實施過程中發(fā)現(xiàn)某區(qū)域劃分范圍太大，還可繼續(xù)細(xì)分，例如將主廠房再細(xì)分為單機組段，如圖3(b)所示。其次在單個區(qū)域內(nèi)具體開展多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，單個區(qū)域內(nèi)的設(shè)計深度到達(dá)技施出圖深度后，固化本區(qū)域內(nèi)的總裝模型，再返回各專業(yè)開展最后的出圖工作。采用 “區(qū)域劃分”的方式進行協(xié)同設(shè)計其難點在于前期對區(qū)域劃分的原則制定，需要多專業(yè)進行討論，界定責(zé)任范圍、明確每個區(qū)域的設(shè)計邊界。其優(yōu)勢在于每個實施區(qū)域內(nèi)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計進度互不影響，可有效避免混亂，例如安裝間區(qū)域的成果已達(dá)出圖深度，而母線洞區(qū)域仍處于方案設(shè)計階段，兩個區(qū)域之間互不影響；其次每個區(qū)域可進行快速的同坐標(biāo)系總裝，隨時可展現(xiàn)工程整體面貌，讓參建各方清晰的了解工程設(shè)計進度和最新成果。

圖3 部分 “區(qū)域劃分”設(shè)計成果

3.4 迭代更新

傳統(tǒng)的CAD設(shè)計流程存在如下不足[19-20]:

(1)在開展施工圖設(shè)計之前，設(shè)計人員手中只有草圖，缺乏完整的設(shè)計資料或者因設(shè)備招標(biāo)采購未完成而缺少設(shè)備最終的技術(shù)參數(shù)，所以在繪制最終技施圖紙時往往需要重新繪制，草圖則被作為輔助參考，故草圖的工作價值被折損。

(2)在設(shè)計過程中的草圖因受制于設(shè)備廠家供圖時間或相關(guān)上游專業(yè)出圖時間等因素，不能一次性準(zhǔn)確傳遞到最終的施工設(shè)計中，以至于后期現(xiàn)場實際施工時更改頻繁，造成工期的延誤和成本的增加。

(3)在開展工程各專業(yè)協(xié)同設(shè)計的過程中，由于CAD圖紙均為局部的、零散的單專業(yè)成果，沒有一個完整的綜合性設(shè)計方案供設(shè)計人員在出圖前進行內(nèi)部碰撞檢查和進一步優(yōu)化設(shè)計。

(4)業(yè)主在最終的施工圖紙交付現(xiàn)場之前無法了解工程機電整體性設(shè)計方案，以至于在圖紙交付現(xiàn)場或施工完成后又提出諸多的優(yōu)化建議，導(dǎo)致機電設(shè)計及安裝工程多次返工。

(5)各項目、各專業(yè)的二維產(chǎn)品及資料難以流通和傳承，導(dǎo)致許多工程的設(shè)計資產(chǎn)價值隨時間衰減嚴(yán)重或直接遺失。

水電工程的設(shè)計是隨著外部數(shù)據(jù)的輸入而不斷加深的，行業(yè)內(nèi)三維正向協(xié)同設(shè)計主推的全生命周期應(yīng)用理念最重要的體現(xiàn)就是做到 “一套模型、一個工程”，保證模型隨著工程的進展不斷細(xì)化加深，同時模型所承載的數(shù)據(jù)也具有延續(xù)性。通過兩河口水電工程三維正向協(xié)同設(shè)計的工作經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合水電工程的建設(shè)習(xí)慣和現(xiàn)場實際反饋，筆者對三維正向協(xié)同設(shè)計的流程進行了適應(yīng)性改良和優(yōu)化，結(jié)合 “超前設(shè)計、區(qū)域劃分”提出了 “迭代更新”的方法。

優(yōu)化后的設(shè)計流程為:機電設(shè)備及管線選型計算→各專業(yè)在三維環(huán)境中利用構(gòu)件資源庫開展初步設(shè)計→向其他專業(yè)提供三維設(shè)計初步方案→機電設(shè)備招標(biāo)設(shè)計→復(fù)核機電設(shè)備及管線選型計算→向其他專業(yè)提資→根據(jù)劃分的區(qū)域和設(shè)備資料的獲取情況持續(xù)優(yōu)化初步設(shè)計方案中的模型 (迭代更新)→區(qū)域協(xié)同成果三維環(huán)境中聯(lián)合會審→優(yōu)化設(shè)計方案或?qū)嵤┢渌罨O(shè)計應(yīng)用 (根據(jù)需要)→固化模型→完成技施出圖→基于模型的各類信息化應(yīng)用 (根據(jù)需要)。

圖4為兩河口水電工程機電專業(yè)通過三維正向協(xié)同設(shè)計的方式提交工程現(xiàn)場的技施圖紙。

圖4 兩河口三維正向協(xié)同設(shè)計部分機電技施圖紙

雖然優(yōu)化后的設(shè)計流程比傳統(tǒng)的設(shè)計流程多了迭代更新、模型校審、優(yōu)化設(shè)計等過程，但從實施效果來看，采用積累的構(gòu)件資源庫在三維環(huán)境中開展初步設(shè)計能夠節(jié)省大量的時間和人力，加之將設(shè)計工作啟動的時間點前移，拉長了設(shè)計服務(wù)周期，有效的避免了各類矛盾在施工高峰期疊加到設(shè)計環(huán)節(jié)，留出更多的時間和人力投入到提高設(shè)計品質(zhì)的工作中，很大程度地緩解了人力 “洪峰”，同時還提高了成果質(zhì)量。

通過實踐，在兩河口水電工程三維正向協(xié)同設(shè)計中將 “迭代更新”分為 “大迭代”和 “小迭代”。“小迭代”是根據(jù)區(qū)域劃分的結(jié)果，根據(jù)設(shè)計進度、施工進度、設(shè)計資源獲取的情況，各相關(guān)專業(yè)在單個單元區(qū)域內(nèi)的迭代更新過程?！按蟮眲t是根據(jù)工程的重要節(jié)點，將各個單元區(qū)域的 “小迭代”成果進行總體裝配，再通過參建各方的聯(lián)合會審得到工程階段性整體模型最新成果的過程。通過 “大迭代”和 “小迭代”的交替實施，能夠很好的將 “一套模型、一個工程”的全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用理念落在實處。

4 總結(jié)

隨著BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入和普及，國內(nèi)對BIM技術(shù)的認(rèn)知已逐漸從簡單的三維設(shè)計演變到了利用模型解決各種工程具體的問題，把關(guān)注點放在了提高項目全生命周期設(shè)計、建設(shè)、運維的各種信息化應(yīng)用技術(shù)中[21-25]，而三維正向協(xié)同設(shè)計正是BIM技術(shù)各種應(yīng)用價值體現(xiàn)的基礎(chǔ)。

以工程勘察設(shè)計工作的維度來看，傳統(tǒng)CAD時代的設(shè)計成果是零散的、不連貫的、信息共享不暢的，而BIM技術(shù)的出現(xiàn)則給設(shè)計方案的整體呈現(xiàn)、深化設(shè)計和其他價值挖掘創(chuàng)造了良好的條件。兩河口水電工程在三維正向協(xié)同設(shè)計總裝模型上對機電設(shè)備及綜合管線標(biāo)準(zhǔn)工藝優(yōu)化設(shè)計、電纜及橋架二次優(yōu)化設(shè)計、模型輕量化交付、可視化設(shè)計交底會商、智能碰撞檢測、材料量統(tǒng)計和成本測算等方面均進行了應(yīng)用實踐，同時也在全過程質(zhì)量監(jiān)督管控、工程進度三維可視化實時展示與預(yù)警分析、關(guān)鍵機電設(shè)備狀態(tài)跟蹤等信息化管控方面進行了探索和研究，并對工程竣工后的智能電站建設(shè)提出了規(guī)劃[26-28]，如圖5所示。

圖5 兩河口機電設(shè)備及綜合管線標(biāo)準(zhǔn)工藝優(yōu)化設(shè)計部分成果

筆者從兩河口水電工程三維正向協(xié)同設(shè)計的實踐應(yīng)用中總結(jié)得出了 “數(shù)字化設(shè)計→信息化賦能→智能化應(yīng)用→智慧化服務(wù)”的水電水利工程BIM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的推薦技術(shù)路線，可供參考。

(1)數(shù)字化設(shè)計:打造標(biāo)準(zhǔn)化的三維設(shè)計環(huán)境、創(chuàng)建或積累構(gòu)件資源庫，編制三維正向協(xié)同設(shè)計各要點的實施標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范生產(chǎn)過程、提升設(shè)計的成果價值和品質(zhì)，為數(shù)據(jù)的可視化應(yīng)用創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的模型載體。

(2)信息化賦能:通過采集工程參建各方的各類海量信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的聚合、清洗、梳理、分類，通過對應(yīng)的模型進行承載和體現(xiàn)，并完成模型的總裝與再拆分與再重組，盡可能的提升數(shù)據(jù)的有效價值。

(3)智能化應(yīng)用:以模型為載體將匯聚的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析解決具體的工程應(yīng)用問題，釋放模型和數(shù)據(jù)價值。

(4)智慧化服務(wù):總結(jié)提煉數(shù)據(jù)智能化應(yīng)用的結(jié)果，逐步形成為 “知識庫”，結(jié)合相關(guān)的衍生算法為工程提供更優(yōu)質(zhì)、更科學(xué)、更精準(zhǔn)的諸如智能輔助決策、機電設(shè)備健康預(yù)警預(yù)判、系統(tǒng)故障專家診斷等各類定制化的智慧服務(wù)。

BIM技術(shù)是改變工程設(shè)計、建造、運維方式的生產(chǎn)力提升，是各類與之相關(guān)生產(chǎn)方式的升級，是生產(chǎn)關(guān)系的變革，是一種工程建造理念的重要轉(zhuǎn)變。其核心價值是通過三維模型、工程各類數(shù)據(jù)以及可交互的應(yīng)用平臺實現(xiàn)工程知識資源的共享共用[29-32]，通過參建各方對模型的應(yīng)用和對其中數(shù)據(jù)的添加、更新、清洗、分類、提取、應(yīng)用，解決各自生產(chǎn)成本的最大化減小，從而實現(xiàn)項目整體利益的最大化。從設(shè)計源頭開始實施基于BIM技術(shù)的三維正向協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)計工程師在三維環(huán)境中的設(shè)計方案交底，不僅能夠有效地提升工程參建各方的設(shè)計參與感與體驗感，還能夠開展基于模型為基礎(chǔ)的機電安裝工程全要素智能化建管服務(wù)，通過不斷地融入設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)造、設(shè)備物質(zhì)管控、合同管理、質(zhì)量驗評等各類數(shù)據(jù)，使之成為一個具有生命力、可視化的集成數(shù)據(jù)與應(yīng)用分析中心[1]。實現(xiàn)水電水利工程機電專業(yè)各業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)并聯(lián)與智能化創(chuàng)新應(yīng)用，深度充分挖掘工程數(shù)據(jù)價值[33-37]，最終實現(xiàn)各要素數(shù)據(jù)在參建各關(guān)聯(lián)方橫向的傳遞與工程建設(shè)周期縱向的階段性時序傳遞，將“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)”結(jié)合具體應(yīng)用場景的問題分析、問題預(yù)警等智能化創(chuàng)新應(yīng)用和科學(xué)輔助決策價值充分體現(xiàn)在實處。圖6(a)為兩河口水電工程整體設(shè)計方案的輕量化成果交互界面以及在此基礎(chǔ)之上自主研發(fā)的水電工程智能機電工程管控系統(tǒng)的主界面，如圖6(b)所示。

圖6 機電模型輕量化交付及智能建設(shè)管控系統(tǒng)

BIM技術(shù)在我國水電水利工程的應(yīng)用方興未艾，因其涉及到工程設(shè)計、管理、政策、法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、建造方式、新設(shè)備的應(yīng)用、建造模式、人才培養(yǎng)等各個領(lǐng)域，不可能一蹴而就，需要行業(yè)內(nèi)各參與方理念的統(tǒng)一和共同的努力。本文以兩河口水電工程的三維正向協(xié)同設(shè)計作為切入點，過程中總結(jié)了相關(guān)重、難點，提出了 “區(qū)域劃分、超前設(shè)計、迭代更新”的方法，可供其他類似工程借鑒參考。BIM技術(shù)作為未來工程建設(shè)領(lǐng)域的主要技術(shù)方法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，行業(yè)認(rèn)知的不斷深入和統(tǒng)一，必將得到更為廣泛的應(yīng)用，前景廣闊。