BIM 技術在充電站土建與電氣安裝施工中的應用研究

楊 茜

(大連職業(yè)技術學校 建筑工程學院，遼寧 大連 116023)

隨著電動汽車的推廣應用，其保有量逐年攀升。電動汽車充電站作為電動汽車運行的基礎，其需求量也逐步加大并已成為電動汽車推廣應用短板。為此，我國制定了“十三五”電動汽車充電基礎設施專項規(guī)劃，預計到2020 年將建造1.2萬座集中式充電站[1]。充電站的建設過程，不僅涉及到傳統建筑土建施工的要素，同時也涉及到新能源汽車充電相關設備的安裝、調試施工環(huán)節(jié)，而且兩者間常常存在多次交叉施工與協同施工；因此如何制定合理的電動汽車充電站施工組織方案，保障土建過程施工與電氣工程安裝施工有序進行，降低返工風險和安全隱患，具有重要的應用價值和實際意義[2,3]。

BIM 技術是以數字信息為基礎，通過統一化、標準化接口將建筑工程項目的各項相關信息進行關聯和交互，進而模擬真實的建筑及施工過程。由于采用統一化的接口，因此具有較強的擴展性，能將多個領域或多個過程的施工信息進行集成；同時由于采用信息化技術具有可視化等顯著優(yōu)點，在建筑施工過程中可以提高多領域協調施工能力，進而合理制定施工組織方案[3]。因此，本文首先分析充電站土建及電氣安裝工程施工的特點和關鍵要素，進而研究BIM 技術在新能源汽車充電站土建與電氣安裝施工前準備階段、土建主體結構及砌體結構施工階段、電氣工程施工及設備安裝調試階段、工程收尾階段等的應用，為優(yōu)化充電站施工過程組織方案、制定合理的施工工序流程，保障土建過程施工與電氣工程安裝施工有序進行，降低返工風險和安全隱患，增強充電站施工過程多工種的配合及完善BIM 技術在施工過程中的應用提供了參考。

1 BIM 技術在建筑工程施工中的應用現狀

目前BIM 技術已經廣泛應用到建筑工程施工項目中，并作為施工過程信息集成平臺，其應用主要集中在兩個方面：一是用于項目管理、進度安排等，如國家體育場、廣州西塔項目、青島海灣大橋項目等采用BIM 技術對施工過程的人員、質量、進度、場地、材料進行管理[3,4]；二是用于施工可視化及模擬施工以制定施工組織方案、優(yōu)化施工流程，如上海國際金融中心項目、蘇州星海生活廣場項目、大連莊河萬達廣場項目、成都大魔方演藝中心項目等在正式施工前建立現場施工模型，制定出多種虛擬施工組織方案進行預演，對比分析不同方案的優(yōu)劣,優(yōu)化施工工序，對設備、管線等進行動態(tài)碰撞檢測，進而制定最佳施工組織方案及風險預案[3,5]。

2 充電站土建及電氣安裝工程施工的特點

充電站土建及電氣安裝工程施工過程涉及土建、高壓變電、交直流變換、高低壓輸配電纜、安全防護工程的施工及多個工種的交叉施工[6]，因此具有以下特點：①土建階段施工對后續(xù)電氣安裝工程的影響加大，如土建施工階段未充分考慮后續(xù)電氣安裝工程施工，容易造成返工并影響整個項目進度。②隱蔽工程較多，施工過程規(guī)劃難度大。由于充電站建設過程其高低壓線路均以隱蔽走線為主，同時需要高低壓走線獨立等，需要逐層逐段地做好預埋預留，難度較大。③容易造成電氣設備的二次污染。由于存在隱蔽工程及預裝設備，電氣安裝與土建工程會存在多次交叉施工，如防護不當，容易造成電氣設備受水泥、涂料等的二次污染。④施工過程危險源多，安全風險大。充電站土建及電氣安裝工程施工涉及土建、強弱電混合施工，作業(yè)環(huán)境復雜，施工過程危險源種類較多；同時，涉及的人員專業(yè)跨度大，因此安全管理難度高，安全風險大[7]。

3 BIM 在充電站土建與電氣安裝施工中的應用

3.1 施工前準備階段

在施工前期準備階段，土建工程技術人員應會同電氣工程技術人員對項目施工組織方案進行確認，并共同審核施工圖紙。在傳統的施工過程中，由于缺乏信息的可視化和交互性，同時由于專業(yè)跨度較大，在前期施工方案審核時很容易發(fā)生遺漏和差錯，進而影響整個項目進度和質量。借助BIM 的可視化、模擬施工功能，并以此建立聯合確認施工流程，可以很好解決以上問題,如圖1 所示。由圖1 可知，借助BIM 可視工具，如Revit、ArchiCAD、3DS Max、Artlantis、AccuRender、Lightscape 等，將設計圖紙、項目要求、電氣設備參數、設備安裝要求等進行實體化和可視化，并根據相應的實體進行施工預演，使土建工程技術人員、電氣工程技術人員能直觀的了解整個施工過程及相應的施工細節(jié)，如：針對土建施工過程的預埋、預制件的隱蔽工程，由于能直觀的了解設備的安裝過程，因此可以有效減少施工中問題的發(fā)生；針對電氣安裝施工過程的充電樁、變壓器等大型設備安裝，能通過碰撞檢測有效防止吊裝、移動過程中的錯誤。整個確認流程是在土建工程技術人員與電氣工程技術人員協調和合作下完成，當任意一方發(fā)現問題時，相關方均能直觀的了解該問題發(fā)生的具體細節(jié)，進而根據問題及相應的施工信息制定整改方案，并能再次進行施工預演以確認問題是否解決。采用BIM 流程不僅可以實現施工方案可視化、施工過程直觀化、審核過程流程化，從而避免人為失誤，而且可以利用BIM 的工程管理功能，有效跟蹤施工方案中問題的解決情況，為后續(xù)實際施工和相關項目提供參考。

施工過程的安全風險管控是決定項目能否順利實施的保障，以BIM 技術為依托，借助BIM 平臺信息化、可視化、模擬性等功能可以方便地對現場危險源進行識別，對現場風險因素進行管理。在施工前期準備階段，主要通過BIM 平臺整合充電站土建及電氣安裝工程施工中的設備、物料、人、機及施工環(huán)境信息，對施工過程的風險源進行識別并建立相應的安全管控措施；并通過BIM 施工預演，評價安全管控措施的可行性，優(yōu)化施工方案，避免潛在的安全事故發(fā)生；同時，借助BIM 平臺的項目管理工具，如BIM5D、P3 MS Project、Bentley Navigator 等，在項目準備階段就落實相應的安全責任人事備案及管理，以保障項目安全方案落到實處。

圖1 基于BIM 的施工方案聯合確認應用框架

3.2 土建主體結構及砌體結構施工階段

BIM 技術在土建主體結構及砌體結構施工階段的應用主要包括以下兩個方面：①土建施工過程實時報告。土建施工過程的實時報告，主要是通過Navisworks、BIM5D 等工具，對現場的物料、施工進度及人員安排進行實時跟蹤。其目的主要有以下兩個方面，一是應用于項目相關方了解項目進度，及時發(fā)現存在的問題并進行質量問題跟蹤；另一方面用于優(yōu)化項目后續(xù)施工方案，降低成本。②土建施工過程工序交接管理。工序交接管理的目的是判斷前面工序的施工是否符合施工方案，是否滿足后續(xù)工序施工的要求?；贐IM 的工序交接，不僅可以實現工序交接規(guī)范化、流程化避免人為失誤，而且可以利用BIM 模塊的信息化、可視化等功能，對人工不易發(fā)現的問題進行檢測和驗收。如在土建主體結構施工中模板搭設工序到沉梁及底筋鋪設工序，前一工序主要完成模板搭設及放線工程，后一工序主要是完成沉梁及底筋鋪設并按照前一工序的放線做好管道鋪設和預埋構件；在傳統的工序交接時，一般采用工序交接卡片及人工現場確認的方式，容易造成遺漏；基于BIM 的工序交接，要求每一個關鍵監(jiān)測點需要按要求上傳實際施工現場圖片，并可通過識別技術及下一工序的預埋清單對前一工序的放線進行校核，有效避免人為失誤和遺漏。

3.3 電氣工程施工及設備安裝調試階段

BIM 在充電站電氣工程施工及設備安裝調試階段的應用主要集中在專用設備的安裝現場檢查、安裝指導、防護檢查、回路檢查、接地檢查等施工質量控制環(huán)節(jié)，如圖2 所示?；贐IM 平臺的電氣工程施工及設備安裝調試階段質量控制主要是依托IFC（Industry Foundation Class）接口，將人員模型、設備工器具模型、實時環(huán)境模型、變電系統模型、充電系統模型、信息系統模型集成到BIM 平臺，借助BIM 信息數據庫（包括充電站專用設備參數、安裝要求、功能要求、調試要求、檢驗要求等信息），利用Revit、Autodesk Navisworks、CATIA 等進行安裝過程可視化，指導完成現場充電、變電等專用設備的安裝；同時可借助Bentley、Revit MEP、IES Virtual Environment、Trane Trace 等的接口功能進行相應的電氣回路仿真、接地模擬、防護檢查，輔助現場調試人員對設備的回路、接地、防護等進行調試[3]。

圖2 BIM 在電氣工程施工及設備安裝調試階段質量控制中的應用

3.4 工程收尾階段

在工程收尾階段，主要借助BIM 對整個施工工程的實際人力物力成本、工程余料等信息進行統計，形成施工工程總結；同時可以借助BIM 平臺對整個工程的施工組織預案與實際施工方案進行對比分析，找出存在的差異、問題及相應的原因，形成充電站施工方案數據庫以作為相關項目的參考。

4 結語

BIM 技術應用到充電站土建與電氣安裝施工過程可以增強施工過程多領域協調能力，保障土建過程施工與電氣工程安裝施工有序進行，降低返工風險和安全隱患。因此，本文分析了充電站土建及電氣安裝工程施工的特點和關鍵要素，并在此基礎上，研究了BIM 技術在充電站施工準備階段、土建主體結構及砌體結構施工階段、電氣工程施工及設備安裝調試階段、工程收尾階段等的具體應用，為優(yōu)化充電站施工過程組織方案、制定合理的施工工序流程，保障工程質量及完善BIM 技術在施工過程中的應用提供了參考。