BIM 技术在充电站土建与电气安装施工中的应用研究

杨 茜

(大连职业技术学校 建筑工程学院，辽宁 大连 116023)

随着电动汽车的推广应用，其保有量逐年攀升。电动汽车充电站作为电动汽车运行的基础，其需求量也逐步加大并已成为电动汽车推广应用短板。为此，我国制定了“十三五”电动汽车充电基础设施专项规划，预计到2020 年将建造1.2万座集中式充电站[1]。充电站的建设过程，不仅涉及到传统建筑土建施工的要素，同时也涉及到新能源汽车充电相关设备的安装、调试施工环节，而且两者间常常存在多次交叉施工与协同施工；因此如何制定合理的电动汽车充电站施工组织方案，保障土建过程施工与电气工程安装施工有序进行，降低返工风险和安全隐患，具有重要的应用价值和实际意义[2,3]。

BIM 技术是以数字信息为基础，通过统一化、标准化接口将建筑工程项目的各项相关信息进行关联和交互，进而模拟真实的建筑及施工过程。由于采用统一化的接口，因此具有较强的扩展性，能将多个领域或多个过程的施工信息进行集成；同时由于采用信息化技术具有可视化等显著优点，在建筑施工过程中可以提高多领域协调施工能力，进而合理制定施工组织方案[3]。因此，本文首先分析充电站土建及电气安装工程施工的特点和关键要素，进而研究BIM 技术在新能源汽车充电站土建与电气安装施工前准备阶段、土建主体结构及砌体结构施工阶段、电气工程施工及设备安装调试阶段、工程收尾阶段等的应用，为优化充电站施工过程组织方案、制定合理的施工工序流程，保障土建过程施工与电气工程安装施工有序进行，降低返工风险和安全隐患，增强充电站施工过程多工种的配合及完善BIM 技术在施工过程中的应用提供了参考。

1 BIM 技术在建筑工程施工中的应用现状

目前BIM 技术已经广泛应用到建筑工程施工项目中，并作为施工过程信息集成平台，其应用主要集中在两个方面：一是用于项目管理、进度安排等，如国家体育场、广州西塔项目、青岛海湾大桥项目等采用BIM 技术对施工过程的人员、质量、进度、场地、材料进行管理[3,4]；二是用于施工可视化及模拟施工以制定施工组织方案、优化施工流程，如上海国际金融中心项目、苏州星海生活广场项目、大连庄河万达广场项目、成都大魔方演艺中心项目等在正式施工前建立现场施工模型，制定出多种虚拟施工组织方案进行预演，对比分析不同方案的优劣,优化施工工序，对设备、管线等进行动态碰撞检测，进而制定最佳施工组织方案及风险预案[3,5]。

2 充电站土建及电气安装工程施工的特点

充电站土建及电气安装工程施工过程涉及土建、高压变电、交直流变换、高低压输配电缆、安全防护工程的施工及多个工种的交叉施工[6]，因此具有以下特点：①土建阶段施工对后续电气安装工程的影响加大，如土建施工阶段未充分考虑后续电气安装工程施工，容易造成返工并影响整个项目进度。②隐蔽工程较多，施工过程规划难度大。由于充电站建设过程其高低压线路均以隐蔽走线为主，同时需要高低压走线独立等，需要逐层逐段地做好预埋预留，难度较大。③容易造成电气设备的二次污染。由于存在隐蔽工程及预装设备，电气安装与土建工程会存在多次交叉施工，如防护不当，容易造成电气设备受水泥、涂料等的二次污染。④施工过程危险源多，安全风险大。充电站土建及电气安装工程施工涉及土建、强弱电混合施工，作业环境复杂，施工过程危险源种类较多；同时，涉及的人员专业跨度大，因此安全管理难度高，安全风险大[7]。

3 BIM 在充电站土建与电气安装施工中的应用

3.1 施工前准备阶段

在施工前期准备阶段，土建工程技术人员应会同电气工程技术人员对项目施工组织方案进行确认，并共同审核施工图纸。在传统的施工过程中，由于缺乏信息的可视化和交互性，同时由于专业跨度较大，在前期施工方案审核时很容易发生遗漏和差错，进而影响整个项目进度和质量。借助BIM 的可视化、模拟施工功能，并以此建立联合确认施工流程，可以很好解决以上问题,如图1 所示。由图1 可知，借助BIM 可视工具，如Revit、ArchiCAD、3DS Max、Artlantis、AccuRender、Lightscape 等，将设计图纸、项目要求、电气设备参数、设备安装要求等进行实体化和可视化，并根据相应的实体进行施工预演，使土建工程技术人员、电气工程技术人员能直观的了解整个施工过程及相应的施工细节，如：针对土建施工过程的预埋、预制件的隐蔽工程，由于能直观的了解设备的安装过程，因此可以有效减少施工中问题的发生；针对电气安装施工过程的充电桩、变压器等大型设备安装，能通过碰撞检测有效防止吊装、移动过程中的错误。整个确认流程是在土建工程技术人员与电气工程技术人员协调和合作下完成，当任意一方发现问题时，相关方均能直观的了解该问题发生的具体细节，进而根据问题及相应的施工信息制定整改方案，并能再次进行施工预演以确认问题是否解决。采用BIM 流程不仅可以实现施工方案可视化、施工过程直观化、审核过程流程化，从而避免人为失误，而且可以利用BIM 的工程管理功能，有效跟踪施工方案中问题的解决情况，为后续实际施工和相关项目提供参考。

施工过程的安全风险管控是决定项目能否顺利实施的保障，以BIM 技术为依托，借助BIM 平台信息化、可视化、模拟性等功能可以方便地对现场危险源进行识别，对现场风险因素进行管理。在施工前期准备阶段，主要通过BIM 平台整合充电站土建及电气安装工程施工中的设备、物料、人、机及施工环境信息，对施工过程的风险源进行识别并建立相应的安全管控措施；并通过BIM 施工预演，评价安全管控措施的可行性，优化施工方案，避免潜在的安全事故发生；同时，借助BIM 平台的项目管理工具，如BIM5D、P3 MS Project、Bentley Navigator 等，在项目准备阶段就落实相应的安全责任人事备案及管理，以保障项目安全方案落到实处。

图1 基于BIM 的施工方案联合确认应用框架

3.2 土建主体结构及砌体结构施工阶段

BIM 技术在土建主体结构及砌体结构施工阶段的应用主要包括以下两个方面：①土建施工过程实时报告。土建施工过程的实时报告，主要是通过Navisworks、BIM5D 等工具，对现场的物料、施工进度及人员安排进行实时跟踪。其目的主要有以下两个方面，一是应用于项目相关方了解项目进度，及时发现存在的问题并进行质量问题跟踪；另一方面用于优化项目后续施工方案，降低成本。②土建施工过程工序交接管理。工序交接管理的目的是判断前面工序的施工是否符合施工方案，是否满足后续工序施工的要求。基于BIM 的工序交接，不仅可以实现工序交接规范化、流程化避免人为失误，而且可以利用BIM 模块的信息化、可视化等功能，对人工不易发现的问题进行检测和验收。如在土建主体结构施工中模板搭设工序到沉梁及底筋铺设工序，前一工序主要完成模板搭设及放线工程，后一工序主要是完成沉梁及底筋铺设并按照前一工序的放线做好管道铺设和预埋构件；在传统的工序交接时，一般采用工序交接卡片及人工现场确认的方式，容易造成遗漏；基于BIM 的工序交接，要求每一个关键监测点需要按要求上传实际施工现场图片，并可通过识别技术及下一工序的预埋清单对前一工序的放线进行校核，有效避免人为失误和遗漏。

3.3 电气工程施工及设备安装调试阶段

BIM 在充电站电气工程施工及设备安装调试阶段的应用主要集中在专用设备的安装现场检查、安装指导、防护检查、回路检查、接地检查等施工质量控制环节，如图2 所示。基于BIM 平台的电气工程施工及设备安装调试阶段质量控制主要是依托IFC（Industry Foundation Class）接口，将人员模型、设备工器具模型、实时环境模型、变电系统模型、充电系统模型、信息系统模型集成到BIM 平台，借助BIM 信息数据库（包括充电站专用设备参数、安装要求、功能要求、调试要求、检验要求等信息），利用Revit、Autodesk Navisworks、CATIA 等进行安装过程可视化，指导完成现场充电、变电等专用设备的安装；同时可借助Bentley、Revit MEP、IES Virtual Environment、Trane Trace 等的接口功能进行相应的电气回路仿真、接地模拟、防护检查，辅助现场调试人员对设备的回路、接地、防护等进行调试[3]。

图2 BIM 在电气工程施工及设备安装调试阶段质量控制中的应用

3.4 工程收尾阶段

在工程收尾阶段，主要借助BIM 对整个施工工程的实际人力物力成本、工程余料等信息进行统计，形成施工工程总结；同时可以借助BIM 平台对整个工程的施工组织预案与实际施工方案进行对比分析，找出存在的差异、问题及相应的原因，形成充电站施工方案数据库以作为相关项目的参考。

4 结语

BIM 技术应用到充电站土建与电气安装施工过程可以增强施工过程多领域协调能力，保障土建过程施工与电气工程安装施工有序进行，降低返工风险和安全隐患。因此，本文分析了充电站土建及电气安装工程施工的特点和关键要素，并在此基础上，研究了BIM 技术在充电站施工准备阶段、土建主体结构及砌体结构施工阶段、电气工程施工及设备安装调试阶段、工程收尾阶段等的具体应用，为优化充电站施工过程组织方案、制定合理的施工工序流程，保障工程质量及完善BIM 技术在施工过程中的应用提供了参考。