十多年前，一場觸及靈魂的變革在黃河勘測設計規劃有限公司悄然展開......
這場變革源于一線工作者的迫切需求，源于公司帶頭人的高瞻遠矚，更源于設計者對未來的殷切期盼......
這場變革讓業主對公司的產品刮目相看，讓企業員工的工作效率提升飛快，更讓公司在全國勘察設計單位綜合實力百強企業里更上一層樓......
這場變革，就是由三維設計所引發的BIM（建筑信息模型）技術應用之路。
2015年9月23日，時任黃河設計公司工程設計院（以下簡稱工程院）院長的牛富敏向前來考察蘭州水源地建設項目的蘭州市市長袁占亭（現任蘭州大學黨委書記）介紹了該項目的工程信息化管理系統。作為一名專家型領導，袁占亭對這套系統頗感興趣，在詳細考察之后，給予其充分的肯定。
這套集進度管理、質量管理、費用控制、HSE〔健康（Health）、安全（Safety）和環境(Environment）三體系〕管理和溝通管理于一體的信息化管理系統，此后又被應用于黃藏寺水利樞紐工程等EPC(指公司受業主委托，按照合同約定對工程建設項目的設計、采購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包)工程項目之中，起到了良好的市場效果。
這一切，卻要由畫圖紙最基本的方法說起。
從零開始，緊抓機遇點燃激情
由于傳統的設計行業所交付的成果必須是可以直接在紙面上呈現的二維設計圖，所以目前水利水電行業的工程師，必須會使用CAD（計算機輔助設計）技術設計平面圖紙。
三維設計，是新一代數字化、虛擬化、智能化設計平臺的基礎。BIM技術則是三維設計的一種集合信息技術。多年來，BIM技術在設計領域發展迅速，但始終沒能取代傳統二維圖紙在交付階段的作用。
黃河設計公司信息中心（以下簡稱信息中心）副主任牛衛華說："即使在目前的高校教育之中，BIM技術也是一門新興的學科，沒有廣泛推廣開來。"
2003年之前，在制造業領域及建筑設計領域，三維設計已經逐漸推廣。但是在水利水電行業，三維設計依舊是一片空白。
"2003、2004年，主要是一些業余喜歡三維設計的設計人員自己摸索著使用三維設計技術，在個別項目的個別階段使用三維技術攻克難題，在整個行業內沒有一個公司系統性地推廣這項技術。"牛衛華說。
2004～2006年期間，黃河設計公司看到了行業發展的未來趨勢，選取了當時應用較為廣泛的歐特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）和達索（Dassault）這3家公司的軟件進行比較評估。"因為達索公司的CATIA（提供機械設計、設備與系統工程、分析模擬等產品方案的系統）軟件參數化能力強，建模較為便捷，設計人員最終選定這款軟件來進行實驗應用。"信息中心應用部副主任余軍說。
2007～2008年，黃河設計公司開始使用CATIA軟件，進行具體的項目設計。2007年第一次將該技術應用在南水北調中線魯山段的設計過程中，"當時主要用于驗證傳統2D設計的成果，通過參數驅動，實現參數化建模。"牛衛華說。
然而，由于CATIA軟件最早應用于機械軍工領域，要適用于水利水電行業，就必須建立相應的模板庫。此外，一些特殊的設計，如隧洞錨桿設計還需要使用一些自主編程的命令來實現操作。
工程院副總工郭莉莉深有體會："從傳統二維到三維設計，是設計師理念觀念的一次重大轉變。要邁過這道坎，必須一切從零開始。"
2009年3月，黃河設計公司召開了三維設計推進會，決定以工程院為主，推動水利水電專業研究推廣應用。同年，公司申請了水利部"948"項目，依托軟件代理商兩次短期培訓，展開了基于CATIA軟件的啟發式互助學習，在幾個月的時間里探索出了水利水電工程土建各專業的三維實現方法。
2010年，黃河設計公司開始組建專業的BIM團隊，由喜歡新技術應用的工程院院長牛富敏牽頭，抽調對三維設計感興趣的年輕人，正式開展基于CATIA V5的三維水電設計研發工作，研究如何取代傳統的二維設計，提升設計手段，提高生產效率，滿足市場需求。
起步之時，國內水利水電三維設計尚沒有成熟的經驗可循，市面上甚至找不到一本相關的參考書籍，有的只是一點點可憐的基礎知識和對三維世界的憧憬，BIM科技創新團隊一群年輕人憑著自己對三維世界的熱情、執著甚至是癡迷開始了探索之路。
"邊研發、邊推廣、邊應用，一切都是摸著石頭過河。"郭莉莉說。
在研發過程中，他們逐漸體會到，在土石開挖、鋼筋配筋等領域，三維設計天然比二維設計有優勢。"比如，在云南石門坎水電站雙曲拱壩的設計中，布置建筑物表孔、中孔、底孔、交通橋等，傳統的二維設計布置會遇到一些困難，電梯井的位置與壩后的交通橋有多大的交涉？二維設計需將這些剖面疊放到一塊考慮，且只能局限在某高程斷面，很難整體判斷。而三維設計則可以在多個高程斷面上進行整體判斷，一目了然地解決這些問題。"余軍說。
2012年，"948"項目正式結題，在此過程中，工程院通過引進、吸收、開發軟件，總結了一套水利水電三維建筑物的建模方法和思路流程。
""948"項目對我來說，是開啟了一扇通往三維世界的窗口。從此以后我認識到，新一代信息技術不是一個概念，而是一個觸手可及的現實，而它的發展空間卻又是無限的。"郭莉莉說。
推廣應用，BIM技術遍地開花
2012年3月，南美洲厄瓜多爾，郭莉莉碰上了自己工作以來最大的難題。
當時，科卡可多•辛克雷水電站工程已經開工。前期由于"施工標準"的爭議，以及庫區聚集建筑物較多，交叉部位空間關系復雜，傳統的二維設計面臨種種困難，經常一個圖紙6版都通不過。為了提高圖紙質量，黃河設計公司決定在這個項目上全面應用BIM技術。
在施工現場，他們發現調蓄水庫的開挖圖有一些問題，施工作業面上有一個24千米的隧洞圖紙設計有紕漏，如果不及時做出合格的圖，關鍵線路無法開挖，會影響到整個工期。當時，作為施工總包方的中國水電建設集團發出了告急通知。
作為科卡可多•辛克雷水電站工程的設計副總工程師，郭莉莉深知這個項目對中厄雙方的意義。圖紙審查有21天的期限，必須在這個時間段里提交出審查合格的圖紙。再送回國內重新畫圖紙，顯然已不現實。
郭莉莉當場決定，用三維設計的方法再出一張新圖紙。兩個當地的工程師負責計算準則、翻譯等工作，通過一天多的方案確定，她開始現場制圖。睡眠和休息已經顯得如此奢侈，她調動了全部精力，把近幾年來BIM技術的研究充分應用到制圖過程中，4天之內，他們就將西班牙語的施工圖趕制出來，把調蓄水庫的方案、施工圖、計算書、計算準則等整個一套資料交給了咨詢公司。14天內，咨詢公司給出回復，這次的圖紙一次過關，沒有出現任何紕漏。中國水電建設集團的代表當面稱贊郭莉莉工作的偉大。
"當時，我切身感受到三維設計給工程帶來的效率提升。從方案到計劃書，刨去一天多確定方案的時間，制圖僅僅用了不到3天時間。這4天里，我們完成了以往采取二維技術一到兩個月的工作量。"郭莉莉說。
而墨西哥咨詢公司除了佩服中國人的干事創業精神之外，也認識到BIM技術的重要性，開始主動介入三維建模，以提高工作效率。
不僅如此，在科卡可多•辛克雷項目的樞紐沉砂池配筋設計中，黃河設計公司也嘗試應用三維配筋設計，不僅設計質量大幅提升，減少了校審人員的實際工作投入量，更是讓產品在該項目嚴格的交付過程中全部一次性通過。
自此，不僅工程院所有的部門都對BIM技術青睞有加，規劃、建筑、交通、生態、地鐵、地質、測繪等業務部門也開始搶著應用各種適應于自身的BIM技術。
2012年9月，工程院數字工程（三維設計）研究應用中心正式成立。這支團隊背景涵蓋壩工、水道、樞紐、廠房、施工、新能源等工程設計及信息化應用專業，具有豐富的工程設計經驗和BIM高級應用技能，大大推動了黃河設計公司BIM技術的應用范圍，基于CATIA軟件的BIM技術應用逐漸成熟。2017年，該團隊作為"十二五"時期涌現出來的先進集體，被授予治黃先進集體獎。 而2014年1月黃河設計公司成立的軌道交通設計研究院（以下簡稱軌道院），鑒于CATIA軟件的局限性，另辟蹊徑，在歐特克公司的REVIT（提供支持建筑設計、MEP工程設計和結構工程的工具）軟件平臺上進行了新的探索。 "我們公司2009年開始從事軌道交通勘察設計業務，在此之前，在小浪底工程、科卡可多•辛克雷水電站工程、南水北調中線穿黃工程等項目中已經對地下工程設計具備了豐富的實踐經驗，也參與了北京多條地鐵線路的設計項目。"軌道院副院長柴志陽介紹。 前身隸屬于工程院的他們深知BIM技術的重要性。通過考察，他們發現，在軌道設計的過程中，BIM應用其實已經深入每個工程師的心中。在北京、上海、深圳等地的軌道設計項目中，凡是2億元以上的項目，必須用BIM技術進行設計。而應用領域最多的則是REVIT軟件。 "REVIT軟件在市政、道路、橋梁、渠道等設計中應用廣泛，有一套成熟的體系。"柴志陽說。 2014年，黃河設計公司的BIM團隊正式成立，由信息中心牽頭。該團隊致力于BIM技術的二次開發、族庫建立、4D探索應用、虛擬現實、協同初步、標準制定、專業培訓。而軌道院的工程師充分掌握了REVIT這門新的BIM技術。 在鄭州市軌道交通3號線新柳路站的設計中，他們將這門技術充分應用到了設計中。通過三維建模，站廳層、3號線站臺層、4號線站臺層所有的建筑結構模型，站廳層部分的機電模型融合起來，不僅可以從中直接提取工程量、圖紙，還可以開展碰撞檢測，優化模型，提高設計質量。 而通過將REVIT建筑模型直接導入到PathFinder（專業應急疏散模擬軟件）中，還進行了疏散模擬試驗研究，統計出疏散的總時間以及每個出口每個時間點疏散人數曲線圖，對進站閘機口的欄桿形式設置進行了優化設計。 "BIM技術帶來的不僅僅是效率的提升和質量的保證，更是一種人性化的設計技術，將設計師的靈感和建設者的嚴謹融為一體。"柴志陽說。 2016年10月10日，在由中國勘察設計協會與歐特克軟件(中國)有限公司聯合舉辦的第七屆"創新杯"建筑信息模型（BIM）設計大賽上，黃河設計公司的"鄭州市軌道交通3號線新柳路站BIM設計"喜獲"城市軌道交通BIM應用獎"。 在多年的BIM研究應用過程中，黃河設計公司也收獲了無數的榮譽，僅去年年底，他們就獲得了諸多獎項：凱樂塔水電站BIM技術應用獲得首屆建設工程"中原杯"BIM技術應用大賽設計單項一等獎、第五屆"龍圖杯"全國BIM大賽設計組二等獎、第二屆中國建設工程BIM大賽單項三等獎；CCS水電站大型沉砂池BIM技術應用獲得第五屆"龍圖杯"全國BIM大賽設計組二等獎、首屆建設工程"中原杯"BIM技術應用大賽設計單項二等獎...... 把握未來，綜合應用開拓市場 2016年，黃河設計公司提出建立黃河數字咨詢系統，計劃到2020年開發完成。 這套面向未來的系統，包含數字勘測、數字規劃、數字設計3大板塊內容，將實現工程勘察設計業務上中下游全面協同，大大提升大中型項目的應用水平。在此過程中，開展黃河設計公司層面標準、制度建設，提升工程三維設計工作的規范性和工作組織的有效性，尤為重要。 余軍介紹說："目前公司里應用BIM技術的院所很多，使用的軟件也各有側重，軌道院的REVIT平臺、工程院的CATIA軟件、測繪院的GIS平臺......各種不同的軟件適應不同場合的應用，但也為我們統一整合資源帶來了一定的難度。" 目前，國內幾大水利水電設計院在BIM產品技術的服務化方面，都還處在起步階段，把勘測、規劃、設計、施工、運行維護等過程跨階段地銜接起來，從BIM產品的全生命周期做工作，依然只是少數。 早在2014年，工程院就已經實現了BIM技術應用的"雙50"目標，即50%的設計人員掌握、50%的生產項目應用。今年，黃河設計公司更要實現BIM技術在全體工程設計專業的普及率達到"雙30"目標，也就是30%的設計人員掌握、30%的生產項目應用。 "BIM技術在設計階段的應用效益比較明顯，但僅僅把它應用到設計階段是一個極大地浪費。未來，基于工程全生命周期管理的BIM產品必將逐漸產業化，我們的目標已經不僅僅是要保證公司內部項目BIM技術的應用，更要走向市場，為其他業主直接提供專業的信息化產品。"牛衛華說。 基礎應用已經是常態化的工作任務，高瞻遠矚的他們，則把目光看向了未來。 2015年9月下旬，工程院數字工程中心簽下了一份特殊的項目--《河南天池抽水蓄能電站5D施工BIM模型建設管理平臺研究與開發》。這是黃河設計公司首個BIM研發項目，它標志著公司的BIM產品第一次走向市場。 創建天池抽水蓄能電站工程施工總布置的BIM模型，重點是籌建期主要建筑物，實現業主方對施工總體布置、施工方案更加直觀的優化；通過與P6進度軟件結合，實現3D BIM模型與時間、資金為一體的5D工程項目建設動態管理，形成管理電站建設過程資料的綜合信息管理平臺，為在主體工程建設管理中推廣應用及數字化工程運營奠定基礎。 郭莉莉說："這些技術在我們蘭州水源地總承包項目中的應用已經十分成熟，三維模型與設計、實際進度的關聯、顯示、數據更新，隨時隨地的查詢、瀏覽和統計功能，為現場施工進度、資源調配及投資管理提供了關鍵的技術支撐。我們有信心為其他設計單位帶來成熟的BIM產品。" 今年7月28日，該項目在在鄭州進行了自驗收。該項目的先導性研發工作，在行業內具有前瞻性，率先提出了針對抽水蓄能電站工程的5D BIM數據標準；研發的建設管理平臺規劃合理、流程清晰、架構先進，并已在河南天池抽水蓄能電站工程中得到了初步驗證。 無獨有偶，今年7月6日，軌道院也與中鐵隧道院簽訂了一份BIM產品合同：要在一個月的時間內，做出3個地鐵站的BIM模型及圖紙。 柴志陽說："這在以前是不可想象的！這種工作量，以前一般需要12個人做兩個月左右的時間。如今，我們依靠自主開發的BIM應用技術，僅靠8個人的團隊，用了20天左右的時間，就在7月27日將成果交付了出去。" 目前，BIM產品的市場化還僅僅是在不同的設計單位之間進行，黃河設計公司在BIM產品技術的服務化方面，已經走在了市場的前列。然而，BIM產品整體市場化，則需要一定的過程。"盡管現在很多施工方對BIM產品大加贊賞，離開BIM模型很多施工進度將大打折扣，但是目前國家層面的交付標準還是二維的，基于三維的BIM標準還未完成，目前的交付還只能用二維圖紙。"牛衛華說。BIM產品的市場化，還有很長一段路要走。 工程院院長楊順群說："近10年來，我們一直致力于BIM技術在工程設計中的推廣應用，基于達索系統精心打造數字工程設計平臺，積極將項目級的BIM應用向企業級BIM應用過渡，逐漸形成了以專業部普及應用、企業級數字設計平臺打造和工程全生命周期信息化應用全面開展的可喜局面。" 為了推進BIM技術產品在整個行業領域的運用，和兄弟院所相互交流經驗，2015年，黃河設計公司作為首批成員單位加入河南BIM發展聯盟；2016年，參與發起了《水利水電BIM設計聯盟》；今年，同法國達索系統（上海）信息技術有限公司共同承辦了全國水利水電工程BIM技術研討會。通過參與這些聯盟和協會，舉辦專業的研討會，黃河設計公司不僅為共同創建水利水電BIM綠色生態圈奠定了基礎，更提高了公司BIM技術的知名度，把握住了未來市場。 盡管這些只是未來的一個圖景，但通過上上下下的努力與觀念的轉變，黃河設計公司已經牢牢將未來把握在自己手中。 "電子化審圖，數字化交付，通過一定的交付平臺，使得數字化產品（電子化圖紙）實現交付；再通過這個產品，使得施工、運行維護階段的數字化運用得以實現，讓BIM產品擁有一個自己完整的生命周期，這才能讓一個BIM產品發揮真正的作用。"談到BIM技術產品，牛衛華仿佛看到一個孩子的未來。