基于BIM技术的抽水蓄能电站智慧建设管理

王诗玉　杨建州　王宁波

摘要：随着信息化理论的不断创新和可视化技术的日益成熟，BIM技术在水利水电工程建设中得到广泛应用。针对抽水蓄能电站工程建设技术复杂、施工作业协调工作量大和建设管理要求高等特点，研究建立基于BIM技术的抽水蓄能电站智慧化管理平台，构建天池抽水蓄能电站建设资源综合监控、施工质量验收评定管理、施工危险源与安全隐患管理、关键工期管理、综合信息查询管理、数字工地示范性应用和建设管理平台的功能扩展，为建设抽水蓄能智慧电站奠定技术基础。

关键词：BIM技术;智慧建设管理;数字工地;天池抽水蓄能电站

中图分类号：TV512;TP315

文獻标志码：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000- 1379.2019.06.035

随着计算机网络和通信技术的发展，信息技术在工程建设领域的发展突飞猛进.BIM（BuildingInformation Modeling，建筑信息模型）技术作为一项工程行业的技术创新，已经应用于我国多项重大工程项目并取得显著效果，如天津国际邮轮码头、国家电力馆、上海中心大厦、北京奥运水立方场馆等。上海迪斯尼等大型项目探讨了BIM技术与P6软件结合，实现4D虚拟现实与可视化动态管理，具有较大的研究和实用价值。

BIM技术的创新应用主要表现在协同设计、可视化动态施工模拟、多维度信息集成以及项目全生命周期数字化管理等方面。钟登华等[1]基于GIS平台和三维可视化技术构建了水利水电工程施工系统三维可视化数字模型及施工动态仿真方法：李景茹等[2]基于地理信息系统提出水利水电工程三维动态可视化仿真技术，为施工系统分析管理提供有效工具：苗倩[3]提出了基于BIM的可视化仿真方法，构造工程建筑物的三维数字模型，实现水利水电工程施工过程的动态演示及仿真信息的可视化查询：卓鹏飞等[4]以应用BIM技术的Bentley软件平台为工具，创建了泵闸工程建筑和结构的三维协同模型：滕佳颖等[5]将BIM技术应用于综合项目交付，构建了以BIM为基础的综合项目交付信息策略及基础模型：孙少楠等[6]构建了水利工程信息模型的方法，通过绘制水利工程地形及水工建筑物BIM模型，优化水利工程枢纽布置和土石方量计算：Autodesk公司统计结果显示，可视化提高企业竞争力66%、减少50% - 70%的信息请求、缩短5% - 10%的施工周期、减少20% - 25%的专业协调时间[7]。笔者尝试将BIM技术应用于抽水蓄能电站工程建设，研究建立基于BIM的抽水蓄能电站智慧化管理平台，为提升工程建设管理水平和预期收益提供良好的技术手段。

1 国内抽水蓄能电站建设管理现状

国家发改委发布的《关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》明确指出，到2025年，全国抽水蓄能电站总装机容量达到1亿kW.h，占全国电力总装机容量的4%左右，今后一段时期将是我国抽水蓄能电站建设的高峰期。但建设管理实践经验不足、新技术引进缓慢、管理手段落后等制约了我国抽水蓄能电站的建设质量与管理水平。当前，抽水蓄能电站工程建设过程中存在的突出问题表现在以下几方面。

（1）项目前期、基建和生产运维管控模式已不适应信息化改革监管要求和发展需要，传统的管理模式不能最大发挥管理效益，制约了管理效益的提升。

（2）从抽水蓄能电站发展看，目前已实现数字采集和监控的数字化，但智能化应用起步较晚，目前还没有成熟和标准的智能化电站整体解决方案，还处在探索、试验阶段。

（3）抽水蓄能电站建设期间参建方众多，存在大量的工程建设信息，但由于信息管理系统应用不完备或融合度不高，极易形成信息孤岛，且信息分析利用程度较低，因此协同化建设管理难以实现。

（4）抽水蓄能电站工程施工点多、线长、面广、密集程度高，大部分为露天作业，施工技术复杂、高空和交叉作业多、人员流动性大、施工环境异常复杂，对项目进度、质量、资金和安全等管理要求高，传统的管理手段不能满足现场施工管理需求。

因此，在我国抽水蓄能电站建设高峰期的实际背景下，紧跟国内外工程技术前沿，抓住机遇，开拓创新，优化信息化管理模式和管控体系，切实提升工程建设管理水平和预期收益，显得十分必要和迫切。

2 BIM技术

BIM技术是以三维数字建模技术为基础，集成了工程全生命周期各种相关信息的工程数据模型，是计算机技术在工程中的直接应用，它涵盖了工程项目建设中设计、施工、管理的全过程。

通过BIM技术应用，可以使错综复杂的工程信息得到协调统一的管理，如现场人、材、机等资源的实时现场监控，施工工艺的模拟培训交流，不同专业管线的综合协调，施工方案可视化优化，工程施工预算和结算，预制件的虚拟加工安装，难点技术问题的决策支持等。此外，结合最新的BIM+VR技术、无人机航拍等辅助技术，切实提升建设效率、提高建设质量、保证建设进度、有效控制建设成本、降低工程建设风险。BIM技术在工程建设中的应用优势见图1。

3 BIM技术应用于天池电站智慧建设管理

当前国内外工程建设的信息化时代已经到来.BIM技术、物联网、虚拟现实、大数据、无人机、全景展示、人工智能等新技术、新理念在工程建设全过程的引入，带来了生产力与管理效率的巨大变革，助力工程建设管理的作用日益显著。水电行业也不例外，项目法人单位、施工单位、设计单位等都在积极尝试从全局利益出发进行信息化技术的探索和研究。自河南天池抽水蓄能电站（以下简称天池电站）筹建开始，就投入研发了符合项目建设要求的管理平台，见图2。

天池电站建设管理平台的投入应用，为建设管理模式的创新奠定了基础。该管理平台能够切实提供工程建设的信息化管理，主要包括：建设资源综合监控;质量验收评定及危险源管理的无纸、科学化;关键工期建筑物的可视化进度管理：施工错综复杂综合信息的有序管理;开创抽水蓄能数字工地示范应用点等。另外结合工程建设实际需求，平顺接人其他有助于建设的管理信息系统，共同为抽水蓄能电站工程建设的智慧管理提供重要技术保障。

3.1 工程建设资源综合监控

天池电站结合“五系统一中心”，在BIM技术研发的基础上，建立工程人力资源信息台账，按单位进行分类管理，包括人员基本信息、岗位工种、投保情况、所属单位或分包队、安全培训情况等内容;建立施工设备与车辆信息台账，包括设备名、设备品牌、车牌号、设备标识号（如车架号、进场登记时发放具有唯一二维码标识的卡片）、驾驶员信息、出厂日期、新旧程度，以及所属施工队、承包商等：建立施工现场监控子系统，通过无线定位、视频监控和二维码识别等手段，满足业主、监理对现场各重要施工工作面的人员、机械设备等分布密度、投入及使用强度进行实时监控、动态查询和统计，掌握现场施工数据。借助于BIM技术的可视化性能，形象展示工程建设现场的同时，为资源的合理调配、工期的科学安排、施工质量和安全的保障提供了必要数据。

3.2 施工质量验收评定管理

施工质量验收评定管理研究开发分为电脑端和移动端，在不同终端实现不同功能，在电脑端实现工程质量的BIM可视化管控，登录移动端APP，可进行验收表单查询、验收数据输入、传输、质量等级评价等应用，并建立相应的数据库。在建设期可以随时生成相关表单，后期系统生成记录作为工程竣工的基础资料，将工程主要建筑物验收、评定表格由施工方按照开发人员要求进行分类整理提交，最终入库，确保数据统一，为质量验收评定管理提供基础数据，见图3。

施工验收评定管理子系统解决了业主在验收评定中难以准确统计和掌握不同验收情况以及验收评定资料的难题，按照抽水蓄能电站验收资料移交业主确认的管理流程，实现了对验收的“完成但不合格”“做完且合格”等验收评定结果材料的智能化管理。

3.3 施工危险源与安全隐患管理

施工现场危险源管理研究开发分为电脑端和移动端，实现用户在电脑端进行危险源的综合管控，在移动状态下通过移动端APP，实现危险源位置自动提醒，危险源识别、提交、审核、发布、整改、解除等相关应用功能，见图4。应用该子系统前，需要将工程现场危险源的相关资料由监理方按照开发要求进行分类整理提交，最终入库管理，为危险源管理提供基础数据。

安全隐患管理作为业主重点关注内容之一，是安全管理系统中重要的部分，通过移动端APP相关功能，进行现场安全隐患的周期性采集、上报、确认、处理及解除等操作，实现安全隐患的全过程管理，消除重大安全隐患，减少中小隐患，实时查询安全隐患全过程资料，如处理前后对比照片、处理方案、处理时间及参与方信息等。

3.4 关键工期管理

建立建筑物BIM进度管理模型，附加进度计划信息，与实际进度信息形成对比，以可视化的形式和相关数据图标反映工程进度情况，及时对影响工程进度的施工资源进行优化配置。同时，设置预警规则，明确预警提前量和预警节点，根据分析信息，对应规则生成项目进度预警信息，实时查看现场每个工作面的进度开展情况和相关信息，见图5。

3.5 综合信息查询管理

根据不同信息查询权限与条件，不同参建方实现以下信息的综合查询：质量表格及附件、现场资料、安全监测、现场人员及设备、进度以及试验成果、各工区环境信息（指定时间、部位等条件查询室内、室外环境信息的功能，室外环境信息包括地形、水文、气象信息）等，并实现信息的输出等。

另外，在建筑物醒目位置（工作面管理区、隧洞洞口、业主营地人口或建筑物正面等）粘贴二维码，现场管理及施工人员通过手机专有APP扫描二维码，可视化查看该建筑物的布置、进度、安全等方面的视频、图片和文字介绍等信息，快速了解现场的施工情况和未来施工完成后的面貌等，相關内容在数据库中同步更新，保证与施工状态一致。

3.6 开创数字工地示范性应用

建设抽水蓄能电站数字工地，即通过现代新技术来管理工程施工，为参建各方提供更为简单、直观、有效的管理手段，对工程对外宣传和示范性应用有积极作用。借助BIM技术，结合工程现状和已有研究成果，示范性应用内容主要包括验评与危险源管理模块应用，二维码、微信等媒介进行信息传递技术应用等。

其中，验评与危险源管理可以实现质量及安全管理的数字化：而二维码可以进行高密度编码，信息容量非常大，可以把图片、声音、文字、签字等以数字化的信息全部收录其中。通过二维码可以把建设过程中建筑物的施工电子图、检测报告、整改单、操作流程以及构件的生产厂家、大小、属性等全部信息录入，形成巨大容量的“数据库”。不同参建方根据用户权限，通过扫码随时查看和管理这些数据，既方便又快捷。现场查看该建筑物计划浇筑到什么状态，实际浇筑到什么状态，目前还需要进行哪些材料的提前采购、存在什么问题等，一目了然，为项目的动态管理提供了便利的信息化手段。

另外，实现在微信等自媒体平台建立工程特色服务模块，对工程建设提供数据上传、传输、统计查询和管理等功能，与内嵌数据库、视频监控等其他系统保持数据统一、实时共享、统一管理，提高工作效率。

3.7 建设管理平台的功能扩展

可扩展性是平台软件设计的原则之一，它以添加新功能或修改完善现有功能来考虑软件的未来成长，以设计良好的代码来实现。这样做的目的是为了应对未来可能需要的修改或优化，同时保护代码不被过度工程化地开发。

天池电站SD BIM建设管理综合信息平台的可扩展性是系统能够适应工程管理需求变化而快速变化的关键问题，而可扩展性（系统柔性）问题的核心是系统的架构具有灵活性、开放性、可配置性。该综合信息平台设计之初就考虑了其自身的可扩展性，在此基础上可以融人业主现场工程管理“基建”MIS系统。

在天池电站中拟推广应用的智能碾压机器人（无人驾驶压路机）系统，也可以融人到整体平台中。智能碾压机器人可以通过远程控制，实施精准作业。在对某一区域进行碾压前，工作人员可以先输入该区域的坐标，然后发出指令，这些机器人就会在设定好的区域内工作，碾压次数、速度、轨迹等均可被精确监控。同时，该建设管理平台还可以有效融人灌浆施工监控、运料车辆监控、监理旁站移动平台、试验检测管理、电缆敷设管理等系统。

4 结语

天池电站建设管理平台通过大数据支持以及专业集成分析，形成面向用户管理需求的可靠工程信息，指导工程现场施工过程的质量、进度和安全管控，一方面，减少了一般重复性管理工作的精力投入，提高了工程管理人员的工作效率;另一方面，也是更具价值的，是实现了工程建设全过程的精细化、智慧化管理目标，提升了抽水蓄能电站的管理水平。

参考文献：

[l]钟登华，周锐，刘东海，水利水电工程施工系统三维建模与仿真[J].计算机仿真，2003，20（2）：86-91.

[2] 李景茹，钟登华，刘东海，等.水利水电工程三维动态可视化仿真技术与应用[J].系统仿真学报，2006，18（1）：116- 119，124.

[3] 苗倩.BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用[J].水电能源科学，2012，30（ 10）：139-142.

[4] 卓鹏飞，卢育芳.基于Bentley平台的泵闸建筑和结构BIM三维协同技术[J].水电能源科学，2016，34（ 10）：74-77.

[5] 滕佳颖，吴贤国，翟海周，等.基于BIM和多方合同的IPD协同管理框架[J].土木工程与管理学报，2013，30（2）：80-84.

[6] 孙少楠，张慧君.BIM技术在水利工程中的应用研究[J].工程管理学报，2016，30（2）：103-108.

[7] 李勇，管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报，2012，26（4）：17-21.