基于BIM技术的水利水电工程设计优化与施工管理探讨

引言

水利水电在防洪减灾、调水和清洁能源等方面发挥着重要作用，然而，该类工程建设周期长，地质条件复杂，水力-结构-机电-地质等多学科交叉，传统的二维图式设计方法存在信息传递不直观等问题。由于施工管理中存在着信息分散、协作效率低下等诸多问题，导致施工过程中经常出现工期延误、资源浪费、质量安全风险高等问题。BIM 技术在可视化、参数化、协作和仿真等方面具有突出的优势，为上述问题的解决提供了技术支撑。

1 BIM 技术在水利水电工程中的应用基础

BIM 技术是一种基于三维建模的信息管理系统，它可以集成建筑设计、结构设计、设备设施设计等多个方面的信息，并在整个建筑生命周期内进行信息共享和协同工作。在水利水电工程实际应用中，应充分挖掘其自身特性，并与水利工程技术要求深度匹配，形成系统的应用框架。将 BIM 应用于水利水电工程，必须遵循统一的技术框架，确保数据互通、流程规范。一方面，需要统一模型数据标准，采用国际通用的行业标准（IFC）、《水利水电工程 BIM 设计交付标准》等，实现不同软件、不同参与主体之间模型的兼容对接，避免因数据格式不统一而导致的信息缺失；另一方面，需要建立统一的模型数据标准，采用 Revit、 Bentley Open Plant 等软件对其进行三维建模，并利用 Fluent 进行水力模拟，将 Primavera 与 BIM 模型相结合，实现项目进度管理[1]。

2 基于BIM 的水利水电工程设计优化路径

2.1 多专业协同设计优化

水利水电工程设计涉及水工、构筑物、机电、地质等多个专业，传统设计采用先各专业独立完成图后再“碰图”的方式，易产生空间冲突、功能冲突、后期返工成本高等问题。然而，基于 BIM 的协同设计平台能够实现“同步建模、实时协同”，即各专业设计人员在同 模型环境下共同工作，并通过平台权限管理明确各自的责任分工，水工专业完成大坝模型后，机电专业可直接在模型中布置发电机及管道，并利用 BIM 的“碰撞检测”功能，自动识别管线与结构、管线之间是否存在空间冲突，生成碰撞报告，实现冲突定位。设计人员可依据报告实时调整管线走向、结构尺寸等方案，在方案阶段消除设计冲突，减少后期返工

2.2 三维可视化设计优化

BIM 三维模型可直观展示全过程，设计师可从任意角度观察结构细部构造，并按实际需求优化方案，如在大坝设计层面，采用三维模型直观评估坝坡坡度与坝基地质条件的匹配性，结合结构受力模拟，调整坡度，在满足抗滑稳定要求的同时，减少混凝土用量。隧道设计时，可采用三维数学模型对过渡段曲线形状进行优化设计，使其既能满足输水要求，又能降低水头损失[2]。

2.3 参数化设计与迭代优化

BIM 的参数化特征使设计人员能够将坝高 H、坝顶宽 B、混凝土强度 C 等与模型关联起来，采用“一次建模、多次迭代”的方法，构建参数化模型。当需要调整参数时，只需修改参数，模型就可以自动更新相应的结构尺寸、材料消耗及受力结果。当坝高由100 m 调整至105 时，该模型可自动更新坝体体积、抗滑稳定系数及混凝土用水量等数据，使设计者无需重新绘制，只需对调整结果进行校核。

2.4 性能模拟驱动的设计优化

基于 BIM 的性能模拟可实现“设计-分析-优化”闭环，将 BIM 模型引入专业分析软件中，实现针对性的仿真，并将其反馈至设计端，驱动方案优化。在水力学方面，引入大坝泄流系统 BIM 模型，模拟不同泄流条件下的水流速度、压力分布，如发现泄流孔内水流冲刷严重，则优化泄流角度及出口形状，降低冲刷风险。在结构安全方面，在 ANSYS 中引入 BIM 模型，对坝体的自重、水压力及地震作用下的应力分布进行模拟，如果出现应力集中，则采取调整坝体断面尺寸或加筋的方法来提高结构的安全性。在生态保护方面，引入 BIM 模型，模拟工程建设对周边水环境的影响，如发现水库蓄水引起下游河道水量减少，则优化水库调度方案，实现生态

流量保护与生态保护。

3 基于BIM 的水利水电工程施工管理优化策略

3.1 4D 进度管理优化

首先基于 BIM 3D 模型，将项目、Primavera 等施工进度计划与 BIM 3 D 模型进行关联，赋予各构件（坝体浇筑块、厂房立柱等）时序属性，形成 4 D 模型。其次，采用 4 D 三维可视化技术，实现大坝从基础开挖至坝顶浇筑全过程的动态展示，实现各工序的启动时刻、持续时间及其逻辑关系的可视化。最后，利用4 D 模型对施工进度数据进行实时更新，并与4 D 模型进行对比分析，针对施工延误时，利用所建模型快速分析延误对后续衬砌及管线施工的影响，及时调整资源配置，或者优化工序逻辑，以避免进度偏差进一步扩大。

3.2 施工资源管理优化

在资源需求计算方面，利用 BIM 模型自动统计工程量，如根据大坝三维模型计算每块混凝土用量及钢筋用量，并依据施工损失率制定准确的材料需求计划，避免超量采购。从设备管理角度出发，将塔机、混凝土泵车等施工机械引入 BIM 模型，根据施工进度及构件位置，优化设备布置，如大坝浇筑过程，模拟不同塔器覆盖范围，确保浇筑块均处于塔机作业半径范围内，减少设备搬运时间。在人力资源管理上，根据4 D 规划模型，分解各阶段，并制定人员调配方案，以避免某一阶段人员过剩或人员短缺，提高资源利用效率[3]。

3.3 施工质量与安全管理优化

水利水电工程的质量安全直接关系到整个工程的生命周期及人员的生命安全，基于 BIM 的质量安全管理能够实现“事前防范、事中控制、事后追溯”的目标。质量检测时，检验员可将缺陷部位（如浇筑混凝土产生裂缝等）标记出来，并上传现场照片及试验数据，形成数字化质量档案，便于后续跟踪。在安全管理方面，基于 BIM技术，开展高风险工序（如高边坡开挖、高空作业、深基坑开挖等）的安全模拟，在模型中标注危险点（如可能发生塌方区域），并提出锚杆、安全网等防护措施。同时将现场安全巡检数据上传至 BIM 平台，实时更新风险管控状态，确保安全隐患及时整改。

3.4 施工信息协同管理

基于 BIM 技术的信息协同平台能够实现“多方联动，实时共享”，在该平台上，通过搭建 BIM 云管理平台，整合设计模型、进度计划、质量数据、安全记录、变更文档等多个维度的信息，各参与方可根据各自的权限实时访问并上传数据，业主可通过该平台查看施工进度及质量情况，掌握工程进度。设计方可根据施工单位反馈的现场情况（如地质条件与勘察要求不符），及时将设计变更信息发布到平台上，以便施工方能及时获取；监理方可通过平台对施工质量进行验收，并将验收结果标示出来，施工方根据验收意见及时进行整改。这一模式打破了信息孤岛，缩短了信息传递周期，明确了各方的责任。

结束语

水利水电工程数字化转型是行业高质量发展的必然趋势， BIM 技术以其可视化、协同、模拟等优势为工程设计优化与施工管理提供了新思路。在设计阶段，通过多专业协同、三维可视化、参数化迭代、性能模拟等手段，减少设计冲突，提高设计合理性，采用4 D 进度模拟、资源精细化控制、质量安全可视化、信息协同等方法，提高项目管理效率，降低风险。

参考文献

[1] 邢 一 豪 , 张 伟 , 胡 滨 . BIM 技 术 在 水 利 工 程 中 的 应 用 与 研 究 [J/OL]. 地 下水,1-3[2025-08-25].https://doi.org/10.19807/j.cnki.DXS.2025-05-092.

[2] 程仁娟. BIM 技术在水利工程设计施工运维中的应用探讨 [J]. 城市建设理论研究( 电子版),2025,(20):187-189.

[3]朱孟东. 基于 BIM 技术的水利水电工程施工管理体系研究[J].科技创新与应用,2025,15(13):185-188.