基于BIM技術(shù)的220kV變電站工程管理研究

中達(dá)安股份有限公司 季 亮

變電站項(xiàng)目不同于其他項(xiàng)目，其項(xiàng)目投資大，技術(shù)難度大，并且對(duì)質(zhì)量和安全要求高、建設(shè)周期長(zhǎng)，傳統(tǒng)管理模式難以滿足變電站工程管理需求。在使用傳統(tǒng)管理方法時(shí)，因信息收集方面存在問(wèn)題，在一定程度上對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)展造成不良影響，最終導(dǎo)致后期在進(jìn)行造價(jià)預(yù)算時(shí)準(zhǔn)確性低。BIM技術(shù)可讓使用人員深入了解造價(jià)，利用BIM的實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)的功能，最終實(shí)現(xiàn)合理的造價(jià)預(yù)算的制定。利用BIM構(gòu)建相對(duì)有效的模型，高效匯總各種工程數(shù)據(jù)量，可以高效控制不同項(xiàng)目階段的成本問(wèn)題。

BIM在我國(guó)經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，推廣發(fā)展進(jìn)度依舊緩慢，相關(guān)研究人員經(jīng)過(guò)探討，提出了以下幾點(diǎn)阻礙BIM發(fā)展的因素：一是技術(shù)達(dá)不到業(yè)主的標(biāo)準(zhǔn)需求，由于BIM專業(yè)人才的缺失；二是我國(guó)BIM技術(shù)起步晚，相對(duì)其他國(guó)家而言，應(yīng)用起來(lái)有較多問(wèn)題，其原因是沒(méi)有經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐；三是缺少推動(dòng)發(fā)展行動(dòng)的實(shí)施策略，BIM在我國(guó)還有著不斷發(fā)展歷程需要去完成；四是缺少BIM推廣資金來(lái)源；五是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的缺少，這些缺乏的標(biāo)準(zhǔn)使得BIM的發(fā)展有失保證。但是這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)外一些發(fā)達(dá)他國(guó)家早已完善齊全，且已經(jīng)處于運(yùn)用中。

變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，在電力行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。變電站建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但設(shè)備種類繁多，線路復(fù)雜，施工安全要求、施工質(zhì)量要求高。因此，在變電站建設(shè)項(xiàng)目中推廣BIM技術(shù)具有重要意義。本文探討220kV變電站建設(shè)領(lǐng)域中BIM技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合變電站工程應(yīng)用實(shí)例展開(kāi)系統(tǒng)分析。

1 基于BIM的變電站工程管理目標(biāo)

使用傳統(tǒng)造價(jià)管理方法，因?yàn)樾畔⑹占矫娲嬖趩?wèn)題，在一定程度上對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)展造成不良影響，最終導(dǎo)致后期在進(jìn)行造價(jià)預(yù)算的時(shí)候準(zhǔn)確性過(guò)于低。BIM技術(shù)在變電站建設(shè)工程管理中的應(yīng)用不局限于軟件層面，更重要的是管理。變電站建設(shè)工程管理目標(biāo)與傳統(tǒng)工程管理目標(biāo)大致相同。基于BIM技術(shù)的變電站工程管理目標(biāo)，是運(yùn)用BIM模型和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析工具，對(duì)變電站建設(shè)全過(guò)程進(jìn)行可視化管理，以提高項(xiàng)目建設(shè)效率，減少建設(shè)成本，確保建設(shè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理目標(biāo)。合理而準(zhǔn)確使用BIM技術(shù)，在工程實(shí)施管理的過(guò)程中，不僅提高了運(yùn)算的效率，減少了精力的消耗在很大程度上，而且在一定程度提高了計(jì)算工程量的正確率。

2 基于BIM的變電站工程管理內(nèi)容

與傳統(tǒng)變電站建設(shè)工程管理模式相比，基于BIM技術(shù)的變電站建設(shè)工程管理內(nèi)容并無(wú)明顯區(qū)別。主要區(qū)別在于管理內(nèi)容更精細(xì)，管理方式更加智能。基于BIM技術(shù)的變電站建設(shè)工程管理內(nèi)容主要包括建設(shè)范圍管理、建設(shè)進(jìn)度管理、建設(shè)成本管理、建設(shè)質(zhì)量控制、人力資源管理、建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理、材料采購(gòu)管理、溝通管理以及統(tǒng)一管理。BIM技術(shù)可以應(yīng)用于這九大通用管理要素，對(duì)傳統(tǒng)管理模式進(jìn)行創(chuàng)新，有助于變電站建設(shè)項(xiàng)目的高效開(kāi)展。

3 基于BIM的變電站工程管理框架

如圖1所示，BIM技術(shù)在變電站建設(shè)工程管理中的應(yīng)用流程從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層開(kāi)始，經(jīng)過(guò)軟件平臺(tái)層、模型層、信息集成平臺(tái)，到達(dá)應(yīng)用層。工程管理的各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)基于BIM模型應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)工程管理的全過(guò)程目標(biāo)。

圖1 基于BIM技術(shù)的變電站工程管理框架

4 基于BIM技術(shù)的220kV變電站建設(shè)工程管理

4.1 工程概況

本工程建設(shè)14MVA主變壓器+8MVA主變壓器各1臺(tái)，220kV出線2回，35kV出線8回，10kV出線5回，35kV無(wú)功補(bǔ)償電容器組1×（±110Mvar（SVG）+70Mvar（FC）），10kV無(wú)功補(bǔ)償電抗器組1×（10Mvar（固定）+3×2Mvar（分組）），保安電源10kV出線6回，10kV站用電1250kVA2臺(tái)。全站從北向南依次布置有：220kV配電裝置、主變壓器、配電裝置樓、#1、#2SVG；在站區(qū)的東側(cè)，從北向南依次布置有：主控通信樓、消防泵房、#3SVG。

4.2 基于BIM的變電站多維模型及其建模方法

變電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著重要的變配電任務(wù)。與普通民用建筑不同，變電站建筑項(xiàng)目建設(shè)屬于特種建筑項(xiàng)目。變電站建設(shè)項(xiàng)目需要進(jìn)行大范圍場(chǎng)地平整，土方開(kāi)挖回填量差異顯著，地面電力設(shè)備和配套建筑物、構(gòu)筑物較多，對(duì)施工過(guò)程的質(zhì)量要求很高[1]。結(jié)合變電站的技術(shù)特點(diǎn)，本工程通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)[5]中給出的多維變電站建設(shè)項(xiàng)目BIM模型進(jìn)行優(yōu)化，提出三級(jí)BIM模型，包括項(xiàng)目整體模型、輔助建筑模型和電力設(shè)備線路模型，模型整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，宏觀模型由變電站工程的3D模型、整體建設(shè)進(jìn)度和工程信息組成。

使用不同顏色的材質(zhì)來(lái)模擬每個(gè)施工區(qū)域以及墻壁、道路、電力設(shè)備等。輔助建筑模型由帶有施工進(jìn)度和相應(yīng)施工信息的簡(jiǎn)化建筑3D模型組成。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)和施工需要，簡(jiǎn)化建筑3D模型可能不包含內(nèi)部設(shè)備和管道等詳細(xì)組件[2]。電力設(shè)備、電力線路模型將所有組件（包括定制電氣設(shè)備）與詳細(xì)的施工計(jì)劃和施工信息集成在一起，以實(shí)現(xiàn)精確的變電站建設(shè)工程管理。這三個(gè)層次BIM模型相互鏈接，可共享信息。每個(gè)級(jí)別和維度的模型構(gòu)建信息包括相關(guān)的時(shí)間表、項(xiàng)目數(shù)量、安全和質(zhì)量績(jī)效以及成本。

本工程采用了一種基于BIM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解（WBS）設(shè)計(jì)各個(gè)層次的220kV變電站項(xiàng)目施工方案，輔助建筑模型和電力設(shè)備線路模型均通過(guò)自定義逐一描述各種電氣設(shè)備、布線、管道和其他要描述的對(duì)象，將Revit軟件創(chuàng)建的BIM模型導(dǎo)入Navisworks創(chuàng)建的BIM系統(tǒng)，WBS自動(dòng)關(guān)聯(lián)模型的各個(gè)部分，形成BIM項(xiàng)目建設(shè)仿真模型，然后基于該220kV變電站建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際情況靈活加入新的建設(shè)任務(wù)、進(jìn)度等信息。

如圖1所示，WBS（Work Breakdown Structure）是根據(jù)4D-B1M系統(tǒng)創(chuàng)建的，在各個(gè)層次上創(chuàng)建220kV變電站項(xiàng)目施工方案，建模時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)多層次信息沖突重復(fù)的問(wèn)題。為避免這些問(wèn)題，本工程BIM采用從宏觀到中觀到微觀的逐層建模方法分步建模。實(shí)際建模中，各層BIM模型間可一鍵切換不同的模型層，大大提高模型的應(yīng)用效率。

4.3 BIM在220kV變電站施工中的應(yīng)用

4.3.1 工程計(jì)量

傳統(tǒng)的工程計(jì)量中需要將施工圖紙數(shù)字化，然后將CAD圖紙導(dǎo)計(jì)算軟件中進(jìn)行計(jì)算分析。這種方法效率低下，且存在人為計(jì)算錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，不利于預(yù)算控制[3]。利用BIM技術(shù)可以建立變電站建設(shè)項(xiàng)目的BIM模型，自動(dòng)生成項(xiàng)目建設(shè)相關(guān)的組件名稱、尺寸和數(shù)量。同時(shí)，如果項(xiàng)目發(fā)生變更，BIM模型可自動(dòng)更新，保持信息數(shù)據(jù)一致，則相應(yīng)的項(xiàng)目變化會(huì)自動(dòng)反映在相關(guān)的施工文件和進(jìn)度表中。因此，借助BIM技術(shù)可高效地對(duì)單個(gè)組件的工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，節(jié)省大量時(shí)間及資金，減少人為錯(cuò)誤的可能性，簡(jiǎn)化材料供應(yīng)和規(guī)劃流程。

例如，業(yè)主提出將蓄水池上頂蓋標(biāo)高從原來(lái)的地坪標(biāo)高+200mm變更為-50mm，由此來(lái)土方開(kāi)挖工程量及材料消耗量的增加。工作人員利用廣聯(lián)達(dá)變更分析軟件修改BIM模型可以算出變更工程量，并導(dǎo)入計(jì)價(jià)工具中求得變更成本，可知蓄水池工程造價(jià)從30.9758萬(wàn)元提升至57.3814萬(wàn)元，增加量為26.4029萬(wàn)元，據(jù)此向業(yè)主反饋，最終業(yè)主放棄變更。

4.3.2 圖紙輸出

隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了較多形狀結(jié)構(gòu)特殊的建筑構(gòu)件。目前，國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)單位依然以CAD圖紙為主輸出設(shè)計(jì)成果。這種傳統(tǒng)的2D平面圖使得建筑單位難以準(zhǔn)確定位異形構(gòu)件。與平面設(shè)計(jì)圖紙相比，使用BIM技術(shù)創(chuàng)建的3D建筑模型可直觀地描述異形構(gòu)件的幾何特征和空間位置[4]。本文中220kV變電站建筑模型從東向西進(jìn)行剖切，并使用Revit2014的自動(dòng)繪圖功能來(lái)展示項(xiàng)目所需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局。但此類圖紙主要用于工程部門(mén)內(nèi)部，未經(jīng)工程部門(mén)蓋章，不能作為現(xiàn)場(chǎng)施工的直接依據(jù)。但是，工程師可以充分利用這些圖紙來(lái)間接控制設(shè)計(jì)，更好地理解設(shè)計(jì)意圖。

4.3.3 碰撞檢查

首先，基于變電站建設(shè)項(xiàng)目電氣部分BIM模型進(jìn)行碰撞檢查，在模型中的電氣元件中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)碰撞錯(cuò)誤。變電站工程模型的給排水部分主要由給水管和排水管組成。給排水部門(mén)的碰撞檢測(cè)首先要提前檢查和糾正本分項(xiàng)圖紙的碰撞錯(cuò)誤?？偟膩?lái)說(shuō)，該措施在圖紙上的碰撞錯(cuò)誤少，碰撞檢測(cè)主要用于檢測(cè)設(shè)計(jì)圖紙的錯(cuò)誤和墜落。在項(xiàng)目的水和廢水圖紙中，本分項(xiàng)的碰撞錯(cuò)誤不多見(jiàn)。變電站工程模型的HVAC部分主要包括空調(diào)水管、空調(diào)風(fēng)管，經(jīng)碰撞檢查為發(fā)現(xiàn)施工圖紙上碰撞問(wèn)題。變電站工程模型的消防安全部分模型主要是消防安全管道模型，經(jīng)碰撞檢查也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何碰撞錯(cuò)誤。

其次，整合電氣模型、給排水模型、暖通空調(diào)模型和消防安全模型，檢查不同分項(xiàng)之間的管道碰撞問(wèn)題，經(jīng)碰撞監(jiān)測(cè)HVAC、電力、給排水分項(xiàng)工程之間總共發(fā)生9個(gè)碰撞問(wèn)題。例如，該變電站項(xiàng)目建筑二樓35kV配電室的電纜管道與下水道碰撞約15m，下水道是連接整棟樓的立管，調(diào)整難度大，因此為避免下水道堵塞，可調(diào)整電纜槽位置。通過(guò)早期發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決碰撞問(wèn)題，確保后期施工質(zhì)量。

4.3.4 進(jìn)度管理

BIM技術(shù)在變電站建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用主要基于Revit實(shí)現(xiàn)虛擬4D施工進(jìn)度管理。將4D施工進(jìn)度管理模型用于變電站工程施工過(guò)程中的施工進(jìn)度模擬、施工環(huán)境模擬、人員調(diào)整和工程進(jìn)度控制。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行建模，使用4D施工進(jìn)度模型創(chuàng)建變電站施工進(jìn)度可分為以下三個(gè)步驟：首先，使用傳統(tǒng)的3D軟件為項(xiàng)目創(chuàng)建3D建筑模型。其次，使用Project等相關(guān)軟件制作變電站圖。最后，將建筑3D模型鏈接到項(xiàng)目進(jìn)度，創(chuàng)建4D模型，可視化施工進(jìn)度。比較開(kāi)工前和BIM模擬修正后的進(jìn)度計(jì)劃可知，現(xiàn)有主控樓分項(xiàng)工期從工期89天，通過(guò)4D-BIM模型建模分析后得到綜合樓部分施工期為84天，比原有進(jìn)度計(jì)劃節(jié)省5天時(shí)間，可有效加快施工進(jìn)度，使施工更為緊湊。

綜上所述，傳統(tǒng)工程管理模式和先進(jìn)的BIM技術(shù)相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能更好地適應(yīng)變電站基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的實(shí)際需求。在工程管理過(guò)程中，利益相關(guān)方應(yīng)結(jié)合最新技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)變電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程的控制和監(jiān)控。Revit是BIM技術(shù)中的一種，目前基礎(chǔ)的Revit技術(shù)在建模師當(dāng)中已經(jīng)廣為應(yīng)用，真正需要被重視的是Revit與結(jié)構(gòu)工程、算量工程和施工管理等過(guò)程中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。Revit通過(guò)創(chuàng)建和管理數(shù)字模型的物理、力學(xué)和功能特性，能夠使其更好地在各專業(yè)之間發(fā)揮靈活調(diào)用數(shù)據(jù)、即時(shí)存儲(chǔ)和自動(dòng)檢測(cè)碰撞等功能，減少了圖紙錯(cuò)誤，提高了效率借助BIM技術(shù)提升管理水平，促進(jìn)工程項(xiàng)目順利開(kāi)展。變電站建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜、系統(tǒng)、全面，項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程涉及大量數(shù)據(jù)和信息，借助BIM技術(shù)可以高效、快速地處理各種信息數(shù)據(jù)，提高變電站工程管理效率。