基于BIM 的水利水电工程水务调度可视化应用研究

引言

水利水电工程作为水资源综合利用与能源开发的关键基础设施，其水务调度工作涉及防洪、发电、供水、航运等多目标协同管理。传统调度模式依赖二维图纸、分散数据报表及经验判断，存在信息整合难度大、空间关系表达模糊、决策缺乏直观性等问题。随着数字化技术的发展，建筑信息模型（BIM）以其三维可视化、信息集成化和协同管理优势，为水利水电工程水务调度提供了创新解决方案。通过 BIM 技术实现水务调度信息的可视化呈现与动态分析，有助于提升调度决策的科学性与管理效率，推动水利水电工程向智能化方向发展。

一、BIM 技术与水务调度需求分析

（一）BIM 技术核心优势

BIM 技术利用三维数字化模型整合全生命周期信息，具有信息集成、可视化表达和协同管理三大特性。它能统一管理工程各阶段数据，直观展示结构与空间关系，并支持多方实时共享信息，提高协作效率。BIM 还能结合仿真工具模拟工程运行。

（二）水利水电工程水务调度业务需求

水务调度需实时监控设施运行状态，分析数据变化趋势，制定调度方案。面对大量分散数据，传统二维图纸无法直观展示结构与数据关系。随着工程规模和管理要求提升，需要可视化技术整合调度信息，满足多目标协同需求。

二、基于 BIM 的水务调度可视化实现路径

（一）BIM 模型构建与数据集成

工程三维建模：利用 Revit、CATIA 等专业建模软件，依据工程设计图纸、地质勘测数据，构建包含大坝、厂房、输配电系统、附属设施等在内的全要素三维 BIM 模型。建模过程中需精确表达各构件几何尺寸、材质属性及连接关系，确保模型与实际工程一致。

多源数据集成：通过 OPC、API 等数据接口，将水文监测系统、设备传感器、气象预报平台等实时数据接入 BIM 模型。建立数据映射关系，使水位、流量、设备运行参数等信息与模型构件动态关联，实现工程信息与实时监测数据的深度融合。

（二）可视化平台搭建

基于 GIS（地理信息系统）与 BIM 技术，构建水务调度可视化平台。以 GIS 为空间框架，展示工程地理位置、流域水系等宏观信息；叠加 BIM三维模型，呈现工程设施结构细节。引入物联网（IoT）技术，采集设备运行状态数据，通过可视化界面实时标注水位变化、设备启闭状态等信息。结合虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术，实现沉浸式交互体验，方便调度人员全方位查看工程运行状况。

（三）功能模块开发

实时监测模块：以三维模型为背景，通过动态图表、指示灯等可视化元素，实时展示水位、流量、设备运行参数等数据。设置阈值报警机制，当数据异常时自动触发声光报警，并定位问题设备位置，提示调度人员及时处理。

模拟分析模块：利用 BIM 模型进行洪水演进模拟、发电效益评估、水资源调度方案比选等。通过动态演示不同调度方案下的工程运行状态与预期效果，为决策提供直观依据。

协同管理模块：支持多部门、多用户在线协同操作，共享调度信息与方案。设置权限管理功能，确保数据安全，提高部门间沟通效率与决策协同性。

三、BIM 在水务调度可视化中的应用案例

（一）三峡水利枢纽调度应用

三峡水利枢纽利用 BIM 技术建立全库区三维模型，集成实时数据。可视化平台帮助调度人员监控大坝健康、船闸通航和水位。洪水调度时，BIM 模型模拟洪水演进，优化泄洪方案。BIM 可视化缩短防洪响应时间3 0 % ，提升决策科学性。

（二）中型水电站调度优化

某中型水电站通过 BIM 可视化系统实时监控设备状态。系统关联设备数据与 BIM 模型，运维人员能快速定位故障并查看历史数据。调度人员利用模拟功能优化发电计划，提高年发电量 12 % ，降低设备故障率。

四、BIM 可视化应用问题

（一）数据整合与兼容性问题

水利水电工程涉及多源异构数据，不同监测系统、软件平台的数据格

式与通信协议差异大，导致数据难以有效整合。老旧监测设备数据采集频率低、传输延迟大，影响 BIM 模型的实时性与准确性。BIM 模型与 GIS 系统的数据融合存在技术难点，需解决坐标系统一、数据格式转换等问题。

（二）技术应用与人才短缺

BIM 与 GIS、IoT 等技术的深度融合需要专业开发能力，但复合型技术人才匮乏。可视化平台操作复杂，基层调度人员学习掌握需较长时间，增加了技术推广难度。技术应用过程中缺乏统一标准与规范，影响系统的兼容性与扩展性。

（三）应用成本与推广阻力

BIM 模型构建与可视化平台建设需要大量资金投入，包括软件购置、硬件升级、数据采集设备改造等。中小型水利水电工程受资金限制，难以承担高额建设成本。传统管理模式惯性较强，部分管理人员对新技术接受度低，担心技术应用改变现有工作流程，增加了推广阻力。

五、BIM 可视化应用优化策略

（一）完善数据标准与整合机制

制定水利水电工程数据交换标准，统一数据格式与通信协议，规范不同系统间的数据接口。推广物联网传感器升级改造，提高数据采集精度与传输效率。建立数据中台，实现多源数据的统一管理与高效整合，解决数据兼容性问题。

（二）加强技术研发与人才培养

鼓励科研机构、高校与企业合作，开展 BIM 与 GIS、IoT 等技术融合的关键技术研发，开发轻量化、易操作的可视化平台。加强人才培养，通过高校专业课程设置、企业内部培训、行业技术交流等方式，培养既懂水利工程业务又掌握 BIM 技术的复合型人才。同时，制定技术应用标准与规范，促进行业技术应用的规范化发展。

（三）加大政策支持与示范推广

政府出台相关政策，对采用 BIM 可视化技术的水利水电工程给予资金补贴、税收优惠等支持。打造更多 BIM 可视化应用示范项目，通过现场观摩、经验交流等方式，展示技术应用成效，增强行业认可度。推动企业与科研机构合作，降低技术应用成本，提高系统性价比，促进 BIM 可视化技术在水利水电工程水务调度中的广泛应用。

结论

BIM 技术在水利水电工程水务调度中的可视化应用，为工程管理带来了新的技术手段与管理模式。通过构建三维可视化模型、集成多源数据、开发功能模块，实现了调度信息的直观展示与高效分析，有效提升了调度决策的科学性与管理效率。尽管目前面临数据整合、技术应用、成本投入等问题，但通过完善标准、加强研发、政策支持等措施，可逐步克服障碍。未来，随着技术不断进步与应用深化，BIM 可视化技术将在水利水电工程智能化管理中发挥更大作用，推动行业高质量发展。

参考文献

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