基于BIM技术的陶岔渠首工程运行管理研究与实践

来源:用户上传      作者:冯敏 冯党 贾宁霄

　　
　　摘要： BIM技术不仅能提升工程勘察设计工作质效，更可作为贯穿工程全生命周期管理的信息载体，实现工程建设、运行的数字化管理。为提升南水北调中线陶岔渠首工程管理工作效率，基于枢纽工程设施设备的BIM模型和三S实景模型，集成工程已建相关运行监控自动化系统中的业务数据，研发了基于BIM技术的陶岔渠首工程运行管理系统，实现了枢纽工程三维场景的交互式展示，以及工程运行状态、视频监控、安全监测等信息的实时查询。BIM模型数据和业务数据的融合，可最大程度实现工程运行的综合效益，提升工程的数字化、智能化和精细化管理水平。
　　关键词：陶岔渠首工程; 枢纽工程; 运行管理; BIM; 系统集成; 数字化; 南水北调中线工程
　　中图法分类号：TV698 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.01.010
　　文章编号：1006 - 0081（2022）01 - 0055 - 06
　　0 引 言
　　BIM是建筑物信息模型（Building Information Modeling）的缩写。BIM以三维数字技术为基础，通过集成建筑工程中提供的数据信息，来模拟建筑物所具有的真实信息[1]。虽然中国BIM技术起步较晚，但得益于政策支持，BIM技术实现了快速普及和深度应用[2]，特别是随着中国城市信息化建设的推进，智慧城市“数字孪生”应用不断拓展，BIM技术作为数字孪生底座构建的支撑技术，其强大的数据集成和协同管理能力[3]可为工程智慧化管理提供重要的技术支撑。
　　当前，BIM技术在各建筑领域逐步由单独应用向与其他先进技术或应用系统集成的方向演进。数字管理系统基于BIM技术获得了持续发展[4]。这类管理系统在展示方面优势明显，并能为多类型业务数据融合提供数据基础[5]。
　　对于水利水电工程的BIM集成应用，在工程建设管理方面，向弘等[6]以BIM技术为基础建设“数字黄登大坝使用信息化系统”，实现了大坝混凝土从原材料、生产、运输、浇筑到运行的全面质量监控;鄢江平等[7]在杨房沟水电站建设管理中，建设了基于多维BIM的杨房沟设计施工BIM管理系统，有效提升了工程总承包模式下的建设管理水平;杜灿阳等[8]基于施工阶段BIM技术的集成应用，搭建了多维度数据管理支撑平台，实现精确、可视化的工程管理。
　　在工程运行维护管理方面，将BIM技术集成应用在水利水电工程运维管理中的案例较少，且多聚焦于工程可视化展示，未与业务管理流程进行深度融合。
　　1 研究背景
　　南水北调中线陶岔渠首枢纽工程位于河南省淅川县九重镇陶岔村，既是南水北调中线输水总干渠的引水渠首，也是丹江口水库副坝、南水北调中线工程的标志性建筑物，是向中国北方京津冀豫送水的“总阀门”[9]。
　　陶岔渠首枢纽工程已正式建成并通水，各类设施设备的运行管理直接关系着整个中线工程运行的安全稳定和供水效果。工程现有闸站监控、安全监测、视频监控、消防联网、动力环境监控、光缆监控等多个管理系统。在陶岔渠首枢纽工程运行管理过程中，由于各系统独立运行，缺少互联互通与信息共享的机制，导致各类监测数据以不同的格式分散在各个系统之中，形成了“信息孤岛”。信息孤岛制约了数据的共享与应用[10]，管理人员查看不同系统中信息时需到对应系统中查看，不便于全面了解工程运行、日常维护管理情况，也不利于综合管理及数据分析。
　　为了提升项目运营期整体管理水平，结合近年来BIM技术的发展，充分发挥BIM技术的集成拓展能力，构建以BIM模型为基础的数字资产，集成运维期的动态管理信息，加强业务流程优化再造，实现集首页监控、数字模型管理、物资管理、监控监测及应急管理、数据资料管理、用户管理和移动应用等多功能于一体的陶岔渠首枢纽工程数字管理体系，降低了工程的运行维护成本，最大程度发挥设施设备的综合作用，提升了工程的数字化、智能化、精细化管理水平。
　　2 主要建设内容及关键技术问题
　　本文旨在结合BIM技术，建设一套用于工程运行管理的可视化平台，实现在一个平台下对工程区地理空间数据、三维实景和BIM数据等可视化数据的集成管理与展示，并接入已有监控、监测等实时感知数据，对业务流程进行融合和再造。通过统一的平台存储和管理，在三维可视化环境中，实现基于BIM模型的工程信息查询及运维状态实时监管，全方位掌控工程管理范围内的综合态势。
　　2.1 基于统一技术标准及规范的可视化数据资源建设
　　面向工程数字化管理需求，基于一致的技术标准，实现空间对象的管理和已有资源的汇聚整合，构建工程数字资产。面向运维期工程管理进行数据资源规划，在遵循统一的地理空间框架、空间对象编码、数据模型配置的原则基础上，将不同专业、不同系统来源中的空间地理数据（包括基础地理数据、专题地理数据）、管理区三维实景模型、三维建筑物BIM模型和其他模型数据等，纳入到统一的框架下进行数据资源整体规划建设，如图1所示。
　　为满足信息集成和管理需求，针对陶岔渠首枢纽工程设施设备种类多且数量大的特点，总结形成了一套按专业、功能、区域划分的BIM模型唯一分类编码规则，保障BIM模型数据的有效组织和管理。BIM模型创建完成后，通过数据交换、属性集成、几何轻量化等技术手段，将BIM数据与GIS、三维实景模型等数据深度融合，为后续业务模块研发提供可视化支撑。
　　2.2 服务于工程数字化管理的数据库整编与建设
　　在工程BIM模型和工程区三维实景模型等可视化数据资源建设的基础上，收集、整编设计图纸，设计通知，施工记录等档案资料并进行数字化处理;整理汇总应急、物资等数据资料，并按照对象编码规则整编入库;从已建业务系统的数据库中抽取所需数据到本系统数据库中，最终形成“对下汇集数据、对上支撑应用”的工程综合监控监测数据库，全方位服务于工程数字化管理，提高工程管理效率。
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