EPC模式下大型水电站应用数字化技术进行质量管理

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122)

引言

杨房沟水电站位于凉山州木里县境内的雅砻江流域中游河段上，是雅砻江中游河段梯级开发的骨干电站之一，总装机150万kW，多年平均年发电量68.74亿kW·h。工程枢纽主要由最大坝高155m的混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等组成。

杨房沟水电站作为国内首个采用设计施工总承包(EPC)模式[1、2]的大型水电项目，被业内誉为“第二次鲁布革冲击波”，开创了全国大型水电站建设模式的时代先河，是我国新常态下水电开发理念与方式的重大创新。

作为大型水利水电工程，杨房沟水电站建设规模大，投资大，施工条件和地质条件复杂，涉及影响因素众多，这给施工质量与进度控制、工程建设管理带来了相当大的难度[3、4]。在传统的水电站建设体制和管理模式下，质量验评采用纸质表单的手签方式，工程建设过程中会形成庞大的质量验评表单，纸质文件的整理、质量问题的查阅和追溯极为不便，给业主等建设各方的管理部门带来沉重负担。落后的质量验评手段所带来的问题非常突出，成为了提高建设管理效率的一个制约因素[5、6]。

为满足EPC模式下杨房沟水电站建设管理需求，由杨房沟水电站的设计方华东勘测设计研究院研发了一套基于BIM模型的设计和施工管理一体化信息系统，对工程建设进度、质量、投资、安全信息进行全面管控，实现工程建设的可视化智慧管理，提高工程建设的信息化水平，开创了国内EPC模式下的大型水电站采用BIM和数字化技术进行质量管理的先河。

1 设计施工BIM管理系统设计

对EPC模式下业主方、总承包方的管理需求进行梳理，建立的设计施工BIM管理系统由两大部分构成[7、8]，即工程数据中心[9]、业务应用及在线服务(如图 1所示)。工程数据中心是实现数据存储、共享和流转的基石，用于管理、存储和控制项目相关的信息，为业务系统提供工程信息服务，同时，工程数据中心也是系统的基础框架，其通过相关技术确立了系统集成的规范和接口，为业务系统的集成奠定基础；应用及在线服务是构建在基础框架之上的结合水电工程项目的实际需要提供的业务应用和信息服务。

图1 杨房沟水电站设计施工BIM管理系统功能架构

工程数据中心采用微服务架构，内部由多个数据微服务构成，不同的微服务面向不同的业务数据，每个微服务均是独立的、业务完整的，服务间是松耦合的。基于微服务架构，工程数据中心内部的每个数据微服务，都可以独立开发实现，彼此间的依赖性低，使工程数据中心易于扩展，稳定性高。

业务应用及在线服务由外部系统封装的接口及B/S业务应用模块组成，应用模块包括综合展示模块、设计管理模块、质量管理模块、灌浆智能化管理监控模块、工程安全监测信息查询模块、施工期视频监控信息查询模块、水清测报信息查询模块等[10]。

2 质量管理模块设计

质量管理模块是设计施工BIM管理系统的一个重要模块，该模块用于提高现场质量验评的填报效率，规范质量验评表的格式及内容，实现无纸化办公。模块涵盖表单电子化转换、电子表单在线配置、移动端(Android)表单下载、移动端表单填写及上传、影像资料上传及在线查阅、验评资料在线查阅、电子表单PDF格式输出及打印归档、质量问题追踪处理等功能。

质量管理模块总体架构可概括为“一平台+两APP”，一平台即Web端BIM系统质量管理模块，两APP是指质量验评APP和总承包质量管理APP。其中质量验评APP基于联想平板电脑进行开发，功能侧重于电子验评表单的填写和现场质量验评影像资料的采集、上传，是质量验评表单中主要数据的来源；总承包质量管理APP基于普通手机(Android和iOS)进行开发，功能侧重于现场质量问题在线处理和质量制度文件、新闻的在线查阅，是质量管理人员采用信息化手段进行现场质量管理的有力工具。质量模块涵盖的功能如图 2所示。

图2 质量管理模块功能解析

质量管理模块下设五个子模块，分别为质量展示、单元填报、表单配置、质量评定和制度标准，其中质量评定子模块与移动端(平板电脑)质量验评APP配套使用，制度标准模块与移动端(手机)质量管理APP配套使用。

(1)质量展示：该模块是设计施工BIM管理系统质量验评实时数据的展示窗口，界面见图 3。

图3 质量管理——质量展示子模块界面

质量展示模块左上角的饼图为质量管理数据分析，为系统中各单元验评状态的统计图，分别统计了已验评、验评中、待验评和未验评单元的总数量和所占百分比；右上角的柱状图是对系统中各分部工程下单元验评状态的统计结果，分析内容同样是单元工程验评状态统计，可通过下拉菜单选择不同的单位工程进行查看。

(2)单元填报：由于杨房沟水电站建设期较长，其施工包划分随着工程推进而逐渐细化，因此，需要不断的对管理系统上的施工包数据，尤其是分项工程和单元工程数据进行新增。单元填报模块的作用是对施工包目录树进行维护，即系统内单元工程增加的入口，其界面如图 4所示。

图4 质量管理——单元填报界面

(3)表单配置：质量验评表单的配置工作是将纸质的验评表单在设计施工BIM管理系统中为单元工程进行配置，表单配置之前，需要先将现场搜集到的四大类(即开挖工程、锚喷支护工程、预应力锚索和混凝土工程)共计85份纸质验评表单进行电子化转换。移动端采用H5技术(HBuilder生成)将表单转换为html格式，Web端采用ant.design技术将表单转换为html格式。电子化转换后的表单在外观上与原始纸质表单几乎一样，不因电子化转换而改变表单的原本形式或内容。

(4)质量评定：使用杨房沟设计施工BIM管理系统进行质量评定，需要结合移动端和Web端完成。表单配置工作完成后，首先在移动端上通过质量验评APP进行表单的下载、填写和上传工作，现场参建各方通过质量验评APP采集和上传验评过程的影像资料。移动端APP采集上传资料完毕后，即可在电脑端补充上传单元验评所需的其他附件资料，如测量、检测资料等，并完成单元验评流程的在线审批。

(5)质量管理APP：杨房沟水电站在工程管理模式上大胆创新，积极采用信息化手段进行现场管理，基于设计施工BIM管理系统研发了一款用于现场质量管理的手机应用——质量管理APP，它实现了项目参建单位人员在个人移动终端即可全面了解工程质量管理信息，方便查阅质量标准化文件，快速处理现场质量问题、落实质量管理计划的目的。质量管理APP的功能包括：质量通讯录、质量新闻、质量标准化、质量问题追踪处理等。

3 现场应用

杨房沟设计施工BIM管理系统的质量管理模块于2017年5月上线投用，目前已在杨房沟总承包部大坝工区、地厂工区和基础工区全面推广使用，使用位置覆盖了大坝左右岸边坡和基坑、地下厂房三大洞室等主要枢纽部位。目前，本项目已累计完成85份质量验评表的电子化转换工作，表单类型涵盖开挖工程、锚喷支护工程、预应力锚索及混凝土工程等四大工程。鉴于电子验评应用推广效果良好，目前杨房沟现场主要部位的验评资料已全部采用电子验评，监理机构不再接受纸质版验评资料。

截至2018年4月，质量管理模块的现场应用情况如下：

(1)设计施工BIM管理系统质量管理模块已录入21个单位工程，200个分部工程，179个分项工程，7051个单元工程的数据信息，系统中配置的各类电子验评表单累计约2万份。

BIM系统施工包目录树中已完成验评的单元(含纸质验评单元和通过BIM系统进行电子验评的单元)共计3730个，所占比例为52.9%；验评中的单元共计1122个，所占比例为15.9%；待验评单元共计456个，所占比例为6.5%；未验评单元共计1743个，所占比例为24.7%。

(2)BIM系统单元填报模块已发起的单元填报流程数量共计219条，其中已闭合的流程204条。通过单元填报模块新增进BIM系统的单元工程数量共计4759个，占系统内全部单元数量的67.5%。

(3)质量管理APP：总承包质量管理APP于2018年2月正式上线投用，截至2018年4月，质量管理APP上已累计发布各类质量文件98份，文件总点击量超过800次；发布质量管理新闻或通知6则；发起质量问题追踪处理流程19条，包含整改前后现场照片40余张。

4 社会评价

杨房沟BIM系统上线运行以来，在水电行业引起较大的关注，先后有多家单位及机构赴杨房沟现场调研学习BIM系统，体验移动端质量验评APP和质量管理APP，各调研单位均对杨房沟BIM系统给出了较高的评价。

2017年9月22-24日，水电水利规划设计总院信息化调研团队一行16人，赴杨房沟水电站开展了为期三天的信息化调研工作，深入了解了杨房沟设计施工BIM管理系统建设情况。水规总院信息化调研团队高度赞扬了杨房沟BIM系统的先进性，认为杨房沟BIM系统可视化展示技术一流，三维模型真实可靠，质量管理手段先进；认为杨房沟电站数字化信息化为行业内标杆，对电站未来数字化满怀希望。

2017年12月13日，水电质量监督总站专家查看了杨房沟BIM系统研发情况。质量监督总站专家表示，杨房沟BIM建设一流，各模块应用广泛，三维展示效果惊艳，值得在水电行业大力推广。

此外，还有西藏大古水电站业主、中国水电八局、福建闽投抽水蓄能业主、两河口建设管理局等单位现场调研了杨房沟BIM系统的建设和使用情况，都给予了高度评价。