三维数字化设计在变电站建设中的管理应用研究

李金保 刘晓蒙 叶青 谭晓天

[摘 要]本文从目前变电站建设效率低、质量和成本难以掌控等实际问题出发，结合电网高质量发展要求，通过创新性引入IPD项目协同机制，研究构建了基于IPD模式及BIM技术的三维数字化设计平台，能够利用三维数字化设计技术对变电站工程建设进行准确管理，在实践应用中取得了良好的效果。

[关键词]三维数字化设计;变电站建设;智能电网;IPD模式;BIM技术

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.18.039

[中图分类号]TM63[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2019）18-00-02

1     变电站建设的现状

随着电网高质量发展要求的提出，以及“数字化电网”建设理念的推行，对电网建设工作水平提出了更高的要求。目前，变电站建设主要存在以下3方面的问题。一是设计效率较低。以往变电站设计中采用的二维设计图纸准确性不高，复杂的二维图纸绘制工作会耗费大量的人力、物力，一旦出现设计变更，工作量呈倍数增长，导致变电站设计效率较低。二是施工矛盾较多。变电站设计中各专业的工作相对独立，图纸繁多冗杂，由于二维图纸的展示能力有限或者图纸数据更新不及时等原因，导致不同专业建设之间存在碰撞、相互干扰或破坏等情况，从而影响变电站建设的整体进度、质量、成本。三是难以支撑电网高质量发展。目前，变电站在建设过程中建设方的需求、施工方的信息、设计方的数据、运行和维护管理信息都是独立分散的，容易造成信息理解错误、信息传递不及时、信息分类混乱等状况，难以支撑当前“两网”融合建设对变电站数字化建设的高质量要求。

2     三维数字化设计在变电站建设中的应用

2.1   搭建基于IPD模式的项目协同机制

在变电站项目建设中引入IPD协同管理模式，构建一个基于多方合同契约关系的“单一目标的实体（Single Purpose Entity，SPE）”，即由项目参与方构建的一个SPE团队，各参与方之间的关系不再是孤立的，而是拥有着一个共同目标的责任实体，如图1所示。供电公司、设计院、施工方以及其他项目关键参与方通过签订多方合同组成SPE，是项目的领导小组，负责项目管理工作。组建SPE后，SPE团体再与项目各个参与方签订多方协议，支持开展具体工作。

图1 SPE组织模型

2.2   编制基于BIM的三维协同设计流程

BIM（Building Information Model）建筑信息模型技術是国际项目管理界公认的一项能够带来工业生产力革命的技术，可以解决长期困扰项目管理的海量基础信息全过程分析以及工作协同的难题，真正实现信息集成化。借助BIM技术，供电公司能够在原有变电站建设业务流程的基础上，优化三维协同设计流程，如图2所示。同时，供电公司应编制《设计过程控程序》《设计变更管理规定》《三维数字化设计平台数据管理制度》等制度手册，进一步规范变电站建设过程，确保专业内部、跨专业以及跨数据库协同工作有效执行，提升变电站项目建设的质量与效率。

2.3   搭建三维数字化设计平台系统

以实际变电站三维数字化设计需求为导向，公司对国际上比较具有代表性的ArchiCAD（Graphisoft公司）、MicroStation（Bentley公司）、Revit（Autodesk公司）等软件，从“三维设计”“数字化功能”“服务支持”3个方面进行评价。经过业务专家审慎评估，公司确定选用Autodesk公司的Revit软件作为三维数字化设计平台。目前，公司已完成基于Revit的输变电工程数字化设计平台一期搭建，实现全专业设计、实时协作、碰撞检测、CAD出图和开放接口。平台搭建效果如图3所示。

3     实践应用效果

上海金山泾荷110 kV变电站是一幢包含地上2层、地下1层的变电站，总建筑面积2 882 m2，于2017年9月开工建设。本站通过采用数字化设计，在传统图纸基础上加入水、暖、照明、技防、接地等专业绘制，解决了原有变电站工程在建设施工阶段可能遇到的痛点、难点问题。首先，总平面综合管线采用协同设计，优化井盖布置、给排水管走向，避免碰撞，实现总平布置方案的最优化。其次，站本体照明、技防和暖通采用立体空间布局，按远景规模进行照明、遥视探头、空调风管的防碰撞布置，通过REVIT软件自带功能实现快速照度计算，排线管线一次完成，避免二次布线和开孔，节省了工程投资。再次，辅助软件实现噪音预测，通过Cadna软件三维建模，实现变电站噪音预测，预测结果能够满足环评批复要求，也为变电站环评公示提供可靠数据，辅助建设单位解决各类对外问题，提升现场施工的可操作性。最后，结构计算结果与三维模型快速转换，实现PKPM结构计算模型三维无损转化，在保证结构计算的基础上，提升三维设计的效率和准确性。

4     结 语

本文通过开展三维数字化设计在变电站建设中的管理应用研究，搭建了基于BIM技术的三维数字化设计平台，有效提升了变电站建设的设计和施工效率，不仅有效控制了工程建设成本、进度和质量，还为后期运维提供了完备的数据支撑，为电网高质量发展奠定了坚实的数字化基础。未来可在实际应用过程中不断建立和完善变电站建设各环节中三维数字化设计的应用规范和标准，进一步发挥三维数字化设计在电网建设项目中的应用价值。

主要参考文献

[1]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（2）.

[2]任重.变电站三维数字化设计平台评价管理研究[D].北京：北京化工大学，2014.

[3]李志海.数字化三维变电站设计技术研究[J].电气技术，2015（11）.