基于BIM 的變電站施工管理優(yōu)化及實(shí)踐應(yīng)用

陳 璐

（福建省送變電工程有限公司，福建 福州 350013）

我國傳統(tǒng)的變電站建設(shè)占地面積較大、施工工期緊張、應(yīng)用技術(shù)類型多樣復(fù)雜，需要各專業(yè)信息的頻繁傳遞，工程建設(shè)的管理與組織效率較低[1]。近年來，隨著國網(wǎng)基建項(xiàng)目投資加大，基建管理制度日趨完善、成熟，在工程技術(shù)、進(jìn)度、安全、質(zhì)量等方面的要求越來越高，傳統(tǒng)的變電站施工管理方式已不能滿足需求。BIM 技術(shù)能夠?qū)κ┕じ鳝h(huán)節(jié)進(jìn)行模型搭建，為施工管理提供信息集成與計(jì)劃制定，使得不同的施工技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，對(duì)于減少變電站項(xiàng)目施工變更、縮短工期、提高施工質(zhì)量有著重要的促進(jìn)作用。

1 BIM 技術(shù)應(yīng)用于變電站施工管理中的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)即建筑信息模型技術(shù)（Building Information Model），利用數(shù)字化技術(shù)，集成項(xiàng)目施工進(jìn)度、成本、技術(shù)、圖紙等各種相關(guān)信息，形成多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的模型，從而為相關(guān)人員制定管理決策提供支持，比如進(jìn)度管理、成本管理、安全管理、質(zhì)量管理、施工組織等，在變電站施工管理周期中各參與方能及時(shí)實(shí)現(xiàn)信息傳遞和共享，促進(jìn)變電站施工管理水平提升[2]。

1.1 可視化

在變電站中應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠以三維數(shù)字模型將變電站設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行可視化展示，使相關(guān)人員能夠直觀地了解變電站建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備尺寸大小等信息，對(duì)施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，在施工前對(duì)施工人員進(jìn)行施工內(nèi)容可視化交底，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 模擬性

變電站施工過程是個(gè)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的過程，存在很大的不確定性，實(shí)際進(jìn)度和進(jìn)度計(jì)劃往往容易產(chǎn)生較大偏差。BIM 技術(shù)能夠在三維信息模型基礎(chǔ)上加入時(shí)間維度形成4D 信息模型，按照時(shí)間進(jìn)展通過對(duì)施工過程反復(fù)模擬，讓可能出現(xiàn)的問題在模擬環(huán)境中暴露出來，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，為后續(xù)施工提前制定科學(xué)措施，保障變電站施工順利完成[3]。

1.3 協(xié)同管理

BIM 技術(shù)提供了信息交互平臺(tái)，在同一個(gè)多維信息模型基礎(chǔ)上，變電站所有參建單位人員進(jìn)行共享、交流、協(xié)調(diào)管控，以協(xié)同作業(yè)的方式實(shí)現(xiàn)了變電站各種信息的互通與唯一，解決了傳統(tǒng)變電站施工過程中各參建單位、不同部門人員溝通不到位、不及時(shí)等問題，很大程度上提高了組織協(xié)調(diào)效率。

1.4 優(yōu)化性

傳統(tǒng)的平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)在施工階段之前很難找出各專業(yè)之間的沖突，如墻體內(nèi)電線管與水管的管線碰撞等引發(fā)變更、返工造成成本增加和工期延誤。而基于BIM 的三維可視化技術(shù)，可以在工程的前期開展建筑與結(jié)構(gòu)、建筑與消防、結(jié)構(gòu)與水暖、電氣一次設(shè)備與建筑等各專業(yè)碰撞檢查，使工程的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，防止在施工過程中出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤和返工，減少原料的損失，從而縮短了施工工期，節(jié)約了施工成本。

2 變電站施工管理BIM 信息模型搭建

某一座鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的110kV 裝配式變電站項(xiàng)目，采用全戶內(nèi)布置，全站僅一棟兩層的配電裝置樓，布置主變壓器室、110kV GIS 室、10kV 配電裝置室、電容器室、二次設(shè)備室、輔助房間。項(xiàng)目分期建設(shè)，本期新建主變壓器2×63MVA，110kV 出線2 回，10kV 出線28 回，無功補(bǔ)償電容器組2×2×4.8MVar。變電站施工過程中BIM 工作內(nèi)容主要分為三部分：（1）施工進(jìn)度的更新、深化以及維護(hù)模型搭建。整體層面上需要滿足施工管理要求。（2）BIM 軟件對(duì)變電站預(yù)制構(gòu)件拼裝、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)與施工工藝、工程量核算等方面進(jìn)行模型搭建。（3）平臺(tái)的項(xiàng)目管理細(xì)則劃分，通過平臺(tái)手段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況進(jìn)行量化，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)性。施工過程中參建各方主要工作如表1 所示。

表1 變電站施工過程BIM 應(yīng)用各方工作內(nèi)容細(xì)則

表1 中，BIM 輔助深化設(shè)計(jì)的工作實(shí)施，在于提交BIM 模型與各類深化設(shè)計(jì)圖紙；施工方案及施工工藝模擬成果主要為視頻與模型的模擬搭建；4D 進(jìn)度模擬可通過實(shí)施階段各類進(jìn)度模擬視頻整合出分析報(bào)告；虛擬進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度比對(duì)通過模型與視頻的對(duì)比得出模型細(xì)則；構(gòu)件預(yù)制加工/預(yù)拼裝的BIM 技術(shù)應(yīng)用得出預(yù)制件模型與預(yù)拼裝模擬視頻；輔助變更簽證控制的BIM 技術(shù)應(yīng)用得出變更簽證制度；竣工模型和模型更新與維護(hù)得出變電站施工質(zhì)量驗(yàn)收示范模型[4]。

3 基于BIM 的變電站施工管理優(yōu)化及實(shí)踐應(yīng)用

3.1 基于BIM 的設(shè)計(jì)階段優(yōu)化

設(shè)計(jì)階段的施工管理優(yōu)化主要分為：三維模型建設(shè)、模型碰撞檢測(cè)、構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、以及技術(shù)協(xié)同等。（1）三維模型建設(shè)。設(shè)計(jì)、施工單位按照施工圖紙要求，進(jìn)行BIM 建模流程搭建。主要應(yīng)用Revit 軟件搭建土建以及電氣設(shè)備模型，土建模型包括建筑、結(jié)構(gòu)、消防、水暖專業(yè)等，電氣設(shè)備模型包括變壓器、GIS、站用變、蓄電池組、電容器組、開關(guān)柜等，以以上兩個(gè)模型為基礎(chǔ)，利用Tekla 軟件建立建筑物整體結(jié)構(gòu)模型，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)BIM 模型的可視化程度，從而為后續(xù)的專業(yè)模型碰撞檢測(cè)以及與構(gòu)件深化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。（2）模型碰撞檢測(cè)。利用BIM 技術(shù)建立了土建、電氣設(shè)備模型、建筑物整體結(jié)構(gòu)模型后，主要利用Navisworks 對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、消防、水暖以及電氣設(shè)備等多專業(yè)角度進(jìn)行碰撞檢測(cè)。數(shù)據(jù)的整合與出具主要由軟件自動(dòng)錄入，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員能夠按照碰撞解決流程對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行分析并解決，處理完碰撞點(diǎn)后進(jìn)一步進(jìn)行碰撞檢測(cè)，直至不再出現(xiàn)碰撞點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員根據(jù)碰撞報(bào)告可以有效減少設(shè)計(jì)盲點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減少后期施工過程發(fā)生設(shè)計(jì)變更。（3）構(gòu)件深化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員結(jié)合甲方的裝配率和預(yù)制率要求以及預(yù)制構(gòu)件加工廠的生產(chǎn)需求，針對(duì)性地制定出數(shù)據(jù)模型成果與設(shè)計(jì)圖紙。圖紙中包括建設(shè)設(shè)計(jì)的工作目標(biāo)、范圍與深度。依據(jù)以上內(nèi)容的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行構(gòu)件深化設(shè)計(jì)并搭建深化模型，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件制作的精準(zhǔn)性。（4）技術(shù)協(xié)同。此階段主要是利用BIM 技術(shù)對(duì)變電站建筑各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及復(fù)雜工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工單位在同一個(gè)BIM 模型平臺(tái)上進(jìn)行論證、調(diào)整、修改、優(yōu)化等，有效地解決協(xié)同工作問題，從而加強(qiáng)后續(xù)施工現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)范性布置。

3.2 基于BIM 的生產(chǎn)運(yùn)輸階段優(yōu)化

首先，獲取構(gòu)件生產(chǎn)信息并做好生產(chǎn)準(zhǔn)備。BIM 平臺(tái)中能夠?qū)?xiàng)目所需構(gòu)件的生產(chǎn)信息進(jìn)行整合。一方面是施工單位制定的構(gòu)件需求計(jì)劃，利用平臺(tái)發(fā)送給工廠；另一方面主要是設(shè)計(jì)單位提供包括構(gòu)件的深化詳圖、清單以及模型[5]。

其次，構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)控制。鋼構(gòu)件的生產(chǎn)主要是套料排版模式。BIM 平臺(tái)中儲(chǔ)存著設(shè)計(jì)方搭建、優(yōu)化好的BIM 模型，工廠可對(duì)該模型進(jìn)行引入并轉(zhuǎn)化為NC數(shù)據(jù)，利用SinoCAM 自動(dòng)套料軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)排版，待鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)加工完成后可對(duì)鋼構(gòu)件的質(zhì)量、尺寸等方面進(jìn)行檢查。本工程混凝土外墻掛板、纜線管道、橋架等均為預(yù)制構(gòu)件，總體上來說共有六大類預(yù)制構(gòu)件，數(shù)量共2188 個(gè)。

最后，出廠檢驗(yàn)以及運(yùn)輸質(zhì)量控制階段主要利用BIM 平臺(tái)和掃描二維碼對(duì)構(gòu)件進(jìn)行場(chǎng)外監(jiān)控。一方面，工廠質(zhì)檢員在掃描構(gòu)件的專屬二維碼確定構(gòu)件質(zhì)量后，將構(gòu)件的生產(chǎn)日期、檢驗(yàn)信息以及出場(chǎng)時(shí)間等基礎(chǔ)信息錄入平臺(tái)中；另一方面，施工單位通過平臺(tái)對(duì)構(gòu)件的相關(guān)信息進(jìn)行查驗(yàn)，從而能夠針對(duì)性制定驗(yàn)收準(zhǔn)備與運(yùn)輸路線規(guī)劃，構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)效率大大加強(qiáng)。

3.3 基于BIM 的施工階段優(yōu)化

施工階段的施工管理優(yōu)化主要分為施工方案優(yōu)化、可視化技術(shù)交底及施工工藝模擬、預(yù)制構(gòu)件及電氣設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收等幾個(gè)方面。變電站施工過程是個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，基于BIM 技術(shù)變電站施工管理的優(yōu)勢(shì)在于可以事前與事中控制施工現(xiàn)場(chǎng)，保障施工質(zhì)量。以4D BIM 施工模擬技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地模型進(jìn)行搭建后可通過可視化動(dòng)態(tài)展示提前演練施工過程，反復(fù)模擬，查詢發(fā)現(xiàn)變電站實(shí)際施工中存在的問題，及時(shí)調(diào)整解決問題，并優(yōu)化施工方案[6]。傳統(tǒng)的施工管理過程中，復(fù)雜技術(shù)方案的施工是一個(gè)重點(diǎn)。過去面臨這種問題，一般采用技術(shù)交底、圖紙會(huì)審等方法，這種方法導(dǎo)致缺乏經(jīng)驗(yàn)的施工人員難以看懂圖紙要求，技術(shù)人員口頭表述，語言表達(dá)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化施工管理的要求[7]?；贐IM 技術(shù)可以通過施工工藝模擬實(shí)現(xiàn)交底可視化，將平面圖形轉(zhuǎn)為立體動(dòng)畫，直觀、清晰交底復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工工序、施工要點(diǎn)、施工注意事項(xiàng)，便于施工人員領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，從而快速指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，加快了施工進(jìn)度、質(zhì)量，減少了潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。以掛板為例，本項(xiàng)目的外圍護(hù)采用混凝土外掛板。作為一種非承重構(gòu)件，雖然不用承載較大的承載力，但也需要對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行外圍護(hù)作用。傳統(tǒng)混凝土外掛板厚度高、自重大，且具有較為復(fù)雜的連接方式。而變電站建筑對(duì)于結(jié)構(gòu)的形變問題極為敏感，如果外部載荷量較大則結(jié)構(gòu)周邊防護(hù)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)之間就難以協(xié)調(diào)變形，不利于變電站的長期、持續(xù)運(yùn)用。綜合以上問題制定了一種全新掛板體系，不僅能加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性，還能在一定程度上減少工程造價(jià)。在進(jìn)行構(gòu)件安裝前，設(shè)計(jì)人員與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員就模型進(jìn)行可視化技術(shù)交底。隨后技術(shù)人員就可在系統(tǒng)端口中檢查、查看掛板模型并確定掛板位置進(jìn)行安裝作業(yè)。

預(yù)制構(gòu)件和電氣設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收及堆放過程主要依靠監(jiān)理工程師與施工單位質(zhì)檢員協(xié)同進(jìn)行，著重檢查構(gòu)件和電氣設(shè)備外觀質(zhì)量、質(zhì)量合格證以及性能檢測(cè)報(bào)告等資料。通過資料收集并與構(gòu)件、設(shè)備出廠信息進(jìn)行對(duì)比后明確在運(yùn)輸過程中是否存在質(zhì)量問題。如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)問題進(jìn)行錄入，執(zhí)行不予進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收操作。如果沒有發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題，且構(gòu)件、設(shè)備的資料準(zhǔn)備齊全后交由監(jiān)理工程師審核，審核通過后才能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)[8]。構(gòu)件、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收后進(jìn)入指定區(qū)域卸車，裝卸以及堆放需要按照相關(guān)要求執(zhí)行，尤其是主變壓器等重點(diǎn)設(shè)備。當(dāng)構(gòu)件、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)并堆放完畢后將其實(shí)際位置上傳至BIM 平臺(tái)中以供后期查詢使用，與此同時(shí)進(jìn)行全面的成品保護(hù)工作。

4 結(jié)語

綜上所述，將BIM 技術(shù)作為變電站施工管理的輔助工具，在施工初期通過三維建模、碰撞檢測(cè)來深化設(shè)計(jì)和優(yōu)化施工方案，從而減少風(fēng)險(xiǎn)因素。在施工過程可以實(shí)現(xiàn)施工工藝與作業(yè)嚴(yán)格管控，構(gòu)件、設(shè)備質(zhì)量全流程跟蹤管理，各方施工數(shù)據(jù)集中管理協(xié)同工作，對(duì)于提高施工質(zhì)量、保障施工安全、節(jié)約施工成本、控制施工進(jìn)度方面均有顯著效果。BIM 技術(shù)應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)全流程、可視化、智能的施工管理模式，促進(jìn)變電站施工高質(zhì)量發(fā)展，具有積極作用和意義。