近年来，国家大力推动数字经济建设，推动企业数字化转型发展，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中，明确提出“发展数字经济，推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群”。国家发展改革委发布“数字化转型伙伴行动”倡议，国务院国资委印发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，工信部中小企业局发布《中小企业数字化赋能服务产品及活动推荐目录（第一期）》，水利部印发《关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体方案的通知》，旨在帮助和指引企业明确数字化转型的基础、方向、重点和举措。

麦肯锡全球研究院发布文章《想象建筑业数字化未来》（Imagining construction’s digital future），认为建筑业需要变革，BIM、数字化、物联网将引领建筑业发展。

为保证BIM模型的统一性、准确性与延续性，67%的单位建立了企业级BIM标准体系，如图3.1-7所示。

图3.1-7  是否建立BIM标准体系

水利行业中应用BIM技术的专业众多，其中使用BIM技术最多的是水工结构专业，占比12%，其次是勘测专业和测绘专业，均占比11%，用量占比达到10%的还有水机（工艺管道）专业，如图3.1-11所示。

图3.1-11  应用BIM技术的专业

调研显示，为进行三维模型与数据的管理，明确各专业的任务分工及加强各专业沟通协同效率，有75%的单位使用协同设计平台，如图3.1-12所示。

经统计，约60%的设计单位采用BIM技术得到的设计图纸占总图纸的20%-50%，30%的单位应用BIM出图率在20%以内，也有10%的单位BIM技术出图率在50%-80%，但没有高于80%的单位，如图3.1-13所示。

调研显示，BIM技术应用过程中生产的三维模型，44%的单位用于施工期深化设计与出图，36%的单位用于动画演示，用于工程三维数字化移交与工程三维数字化运维的占比分别为8%和12%。如图3.1-14所示。

图3.1-14 模型应用方式

调研显示，BIM技术的应用价值点主要体现在可视化与虚拟建造、深化设计、协同管理、碰撞检查、工程量计算、工程数字化管理等方面。其中可视化与虚拟建造是BIM技术应用最广泛的一点，占比20%，如图3.1-15所示。

图3.1-15 BIM应用价值点

调研显示，影响设计单位BIM发展的原因有多个，包括：软件功能是否完整，单位领导是否支持，行业BIM标准是否完善，项目是否需要BIM，软件适用性等。其中27家设计单位认为软件功能完整性是影响BIM发展的主要原因。由于缺少自主知识产权的三维图形平台，国内BIM软件多是基于国外BIM产品做二次开发，拓展性、适用性、易用性受到很大的制约，软件功能尚需不断强化完善，以满足不同的业务场景需求。影响企业BIM发展的主要原因如图3.2-1所示。

图3.2-1  影响BIM发展的主要原因

设计单位BIM应用技术存在的门槛如图3.2-2所示，主要表现为：缺乏相关标准支撑、欠缺成功的行业解决方案、缺少BIM应用的技术资源和针对性的专业培训、单位内部没有做出经典的成功案例等。其中，21家设计单位认为缺少行业标准是当前BIM技术应用推广的最大门槛。近几年国家和地方政府发布了许多鼓励BIM发展的政策，也相继出台了不少BIM标准，但多是从宏观层面做方向性指导的框架性文件，缺少面向各层级的可执行基础性标准体系，数据交换困难，数据孤岛现象普遍存在，希望有关部门出台相关政策并制定行业标准，实现项目信息共享，推动BIM技术完成更广泛的应用。

图3.2-2  BIM应用技术门槛

各设计单位认为制约BIM技术应用的重要因素有BIM在项目实施过程中的定位不清楚、BIM外部环境不成熟、需求不明确、管理水平低等问题，如图3.2-3所示。

图3.2-3  BIM应用过程存在的问题

(1) 选择合适的解决方案

市场主流的BIM软件厂商是Autodesk、Dassault和Bentley，其中Autodesk软件多用于建筑行业，Dassault软件倾向于机械制造行业，Bentley软件以其优秀的协同设计能力，多用于基础设施行业。另一方面，国外BIM软件在国内多有“水土不服”，不满足国内水利行业设计人员的业务习惯。

由浙江华东工程数字技术有限公司基于“一个平台、一个模型、一个数据架构”的技术理念，在Bentley基础软件平台基础上历时16年的本土化二次开发，结合行业需求精心打造的三维数字化协同设计平台HydroStation。HydroStation以MicroStation通用商业三维及二维一体化设计平台，及运行于此平台上的多种专业三维协同设计软件为基础，以三维协同设计平台ProjectWise为纽带，结合工程数字化三维协同设计的特点，通过一系列深度二次开发和专业定制，形成完整的专业三维设计软件集合，在此基础上提炼出一套完整的水利行业三维协同设计解决方案。该解决方案符合国内水利工程设计人员使用习惯，拥有功能更强，效率更高的专业三维协同设计模块，为各专业数字化三维协同设计提供协作性强，可靠性高的协同环境；具备水利工程行业多专业协同的设计标准体系，具有较强的协同过程管控和多源数据的管理能力，输出成果满足标准规范要求。

图3.3-1  HydroStation平台

水利行业三维数字化协同设计解决方案

(2) 由BIM专业人员应用向设计生产人员转变

部分设计单位的BIM应用局限于专职从事BIM的几个人员，生产部门的人员对于BIM不了解， BIM应用推广困难，投入始终大于产出。设计人员掌握BIM软件，熟悉BIM正向设计流程，将加速设计人才成长，进一步发挥BIM技术在实际项目中的应用价值。

(3) 从重点工程应用向普通工程应用转变

BIM应用初期，可以选择具有挑战性的重点、复杂工程，投入人力资源进行全面的BIM应用，将项目做成企业BIM应用的典型与标杆，用以积累技术经验、提升企业形象。同时积极参加相关BIM竞赛，展示BIM应用成果，获取同行的BIM应用信息，积累企业BIM应用方式与方法，逐渐将BIM技术发展成为日常生产工具。

(4) 建立企业BIM标准

现行的国家发布的BIM标准或地方发布的BIM标准的内容相对宽泛，于宏观层面进行指引，设计单位需要根据自身业务特点与发展方向进行补充完善。企业层面的标准应该注重可执行性，根据单位使用的软件及一线设计人员和应用人员的业务水平编制规范或指南，形成标准化的工作流程，提高管理水平。

注：华东院于2010年就发布了《工厂三维系统设计生产技术管理规定》和《工厂三维系统设计操作规程(试行)》，经过10多年的补充完善，增加了《水电工程三维数字化模型技术标准》《三维数字化设计技术应用推进考核管理办法》等一系列规范，拥有完整的企业级三维设计规范。

(5) 向运维阶段延伸

当前阶段设计单位更多的是将BIM应用于工程设计，少部分单位能够用于施工阶段，但其实BIM技术在工程运维阶段同样可以发挥巨大的作用。基于BIM技术形成的工程数据中心、建设管理平台、运维管理系统等，能够实现智能监管、安全监测、精准控制，全面支撑项目建设管理过程，精确管理工程质量、进度和安全。

(6) 发展智慧水务

智慧水务以物联网、大数据、云计算、人工智能等高新技术为驱动力，通过感知体系实时全面感知气象、河网、供水管网、雨水管网、污水管网、地下水的运行状态，采用数据化的方式有机整合水务管理部门与水务设施的相关信息，形成“水务物联网”，并可将海量水务数据进行及时分析与处理，做出相应的处理结果辅助决策建议，实现水务智能感知全覆盖、设施运维高时效、业务协同无壁垒、用户服务更便捷，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，促进水资源进一步优化配置和水务服务的显著提升。

注：华东院研发的钱塘江流域防洪减灾数字化平台运用新一代信息技术，汇聚流域治理各类要素，构建数字化流域模型，实现流域范围内信息要素与业务实时互动和创新协同智能应用，推动钱塘江流域治理体系和能力现代化。平台在2020年浙江省的“长梅”防御，尤其是新安江洪水防御实战中发挥重要作用，各项功能模块全面应用，数字赋能省防指指挥决策，支撑省市县参谋建议、预报预警和管理服务，实现新安江水库削峰率达67%，减淹面积123.8平方公里，减少受灾人口45万，实现人员零伤亡，全力实现了防灾减灾效益最大化，得到了省委省政府主要领导的肯定和水利部的全国通报表扬。

图3.3-2  钱塘江流域防洪减灾数字化平台

(1) 杨房沟水电站

杨房沟水电站具有工程规模大、高拱坝、高边坡、施工交通布置困难等特点，为了提升设计效率、加快设计进程，采用HydroStation平台开展BIM协同设计，通过三维模型碰撞检查，有效减少二维设计中经常出现的错漏碰缺现象，减少工程返工。

通过地质三维勘察设计系统GeoStation基于勘探数据建立地质信息模型，实现二维正向出图，提高地质图纸质量，出图效率提高了约30倍。

以枢纽三维设计系统Civil Designer实现枢纽建筑物总体布置、土石方开挖计算、边坡支护设计等应用。

工厂三维设计系统PlantDesigner针对水机、暖通、给排水等专业做的参数化构件库，包含各类常用构件300余种，提高了工厂三维设计的效率和质量。

BIM+CAE在拱坝孔口应力分析及配筋设计、超高陡边坡高位危岩全生命周期防控等应用中极大提升了工作效率。

设计施工BIM管理系统，涵盖了工程质量管理、工程设计管理、智能灌浆、水情测报等14个功能模块，通过“多维BIM”技术实现了对工程建设的可视化动态管控。

图4-3  杨房沟水电站设计施工BIM管理系统

(2) 凤冈县德隆水库工程三维协同设计

使用无人机航空摄影测量、三维激光扫描等技术获取地形图，采用ContextCapture和MapStation软件将地形图生成测绘地理信息模型，辅助开展现场踏勘、区域交通组织分析、全线方案浏览等。

采用GeoStation软件建立地质数据库和三维地质实体模型，明确坝肩断层的空间位置、走向和分布范围，为坝肩开挖设计及基础处理提供了依据；预测坝基肩岩体质量，为坝基稳定复核及建基面加固处理方案提供依据，动态控制设计施工过程。

基于枢纽模型完成设计方案优化、报表输出、二维出图并辅助设计交底。    

运用Restation软件实现异形结构快速配筋，实现施工蓝图交付，相比二维设计提高效率40%，并形成企业标准QB16331-2019《配筋固化技术规程》，指导后期项目配筋。

研发堆石混凝土智能化施工与运维管理系统，形成大坝监测自动化与运维管理指挥中心，为工程设计信息与施工过程信息构建桥梁，智能化控制堆石混凝土质量，数字化验收工程质量。

(3) 五嘎冲水库工程

三维地质模型清晰直观地表达了枢纽区的复杂地质情况，包括拱坝两岸坝肩岩体卸荷裂隙发育，为施工支洞、坝体开挖面的设计提供数据支撑。

坝工、厂房专业使用ABD软件完成三维结构模型，输出工程量统计结果、二维设计图纸、三维轴侧图等，提高图纸质量。

将模型导入LumenRT 软件，加入水流、植物等环境元素，补充汽车、风雨雷电等动态元素，更加生动地展现设计方案。

为实现三维协同设计标准化，提升制定了三本企业标准：《三维协同设计平台管理规定（V1.0）》，《三维数字化设计操作规程（V1.0）》，《水利水电工程三维数字化设计模型技术标准（V1.0）》。

图4-6  结合地质模型的裂隙处理方案

图4-7  三维数字化设计企业标准

(4) 淄河稻三闸改建工程

采用无人机航测进行数据采集，运用ContextCapture如实反映项目区地形地貌情况，对项目选址、现状地形的掌握提供了精准的基础数据，使设计更为合理。

采用ReStation三维配筋软件进行配筋，实现了快速、高效的二维钢筋出图，提高了一倍以上的工作效率，解决了水工以往钢筋图出图效率低、差错率高等问题。

对不同建筑方案进行建模，与水工结构、实景模型结合，导入到LumenRT软件进行场景渲染，直观展示设计方案效果，优化设计方案选型。

图4-10  水闸结构配筋

(5) 河南省出山店水库工程

基于协同管理平台完成各专业的三维设计工作，实时共享项目资源与信息，制定BIM建模规定等标准，提高设计成果质量。

将溢流坝段三维模型导入CAE数值计算软件，进行材料属性赋予、三维有限元网格剖分、物理边界条件定义等完成应力应变分析。

通过碰撞检查完善设计方案，固化三维模型，精确提取主要工程量。从固化模型中抽取了大量二维结构图纸，通过自主开发的图纸标注工具提升出图效率。将模型导入配筋软件，快速进行三维钢筋布置、算量和出图，结合三维模型进行表达，便于施工人员理解设计意图。

基于BIM+GIS技术开发了出山店水库建设期综合管理平台，集成了BIM模型管理、质量管理、安全管理等功能模块，助力“建设优质工程，打造美丽出山店”目标实现。运维阶段应用GIS、无人机倾斜摄影等技术，开发安全监测、防洪度汛、移民管理等模块，实现了出山店水库工程运维管理的信息化。（本文作者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司曹可杰、商黑旦）