浅析BIM 技术在电网变电工程建设管理中的应用

孙瑞峰 何 伟 海 涵 王 荣 李国伟

（国网陕西省电力公司建设分公司）

0 引言

近年来，随着电网工程建设规模日益扩大及科学技术水平的快速发展升级，工程项目建设管理的科学化、数字化、信息化等特点也成为电网输变电工程建设行业与时俱进的要求。变电站（换流站）新（扩、改）建工程项目的实施常受二维设计不直观、设备物资差异化及项目管理人员经验有限等因素的制约，导致施工过程矛盾频现、关键工序监管不到位、项目管理效率底下等情况出现。变电站（换流站）作为未来智能电网发展的承载基础，其安全可靠建设承担着重要的社会责任。因此，BIM技术与电网变电工程项目管理结合应用研究的意义重大。

1 BIM 技术简介及应用现状

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，通过3D数字化技术把工程中各专业、各阶段及各种类与工程相关的信息纳入数据模型之中，基于传统二维CAD设计进行建模、分析、模拟、演示及检测，实现建设全过程管理的精益化、模拟化、可视化及数字化，对工程的设计、成本、进度、安全及质量进行全面管控，为参建方提供协作共享平台，能够有效提高工程项目建设管理效率［1－3］。

目前，基于建筑行业传统信息管理模式，结合BIM技术的优势，已使其广泛应用于建筑行业工程建设全过程，期间出现的各类问题也逐步通过实践解决。针对电网变电工程项目建设而言，传统模式的项目建设管理弊端愈加凸显、工作环节日趋冗余繁琐、管理成效不甚理想。将BIM技术与电网变电工程建设管理相结合，通过该技术智能化、可视化、数字化、共享化等优势，可全面有效提升项目建设管理效率，从而更好地服务于电网输变电工程建设管理［3－4］。

2 BIM 技术在电网变电工程前期的应用

电网输变电工程初步设计作为后期施工及全过程建设管理的基础，各专业初步设计的完整性、衔接性及可行性对项目后期的落地实施及建设管理意义重大。应用BIM技术对工程所涉各专业开展数字建模、专业分析、工序检测及模拟演示等工作，能有效深化设计深度、优化设计方案、验证设计理念［5－6］。

BIM技术可提供全方位、立体化、全过程的三维设计平台，丰富和完善三维模型，进而为工程项目各参建方提供数字化、信息化、可视化三维共享管理平台。应用三维可视化模型并结合电网变电工程建设环境边界条件，可对项目涉及的专项施工方案、涉网接入方案等开展深度审查，以确保工程建设的各类方案按计划顺利实施［7－8］。同时，经过对电网变电工程项目全方位、多角度、分层次的剖析、诊断及扫描，将有效提高诸如工程物资梳理管控、工程量清单审查、设计各专业衔接的工作效率，为工程项目建设落地实施及项目管理提供可靠保障。

3 BIM 技术在电网变电工程建设阶段的应用

3.1 BIM 技术在工程项目安全管理的运用

因大型输变电工程项目管理存在作业周期长、工作点繁多、专业面交叉等特点，所以项目安全管理强度和难度也相应增加。安全管控作为贯穿工程建设全周期管理的主线之一，借助BIM技术建模可在3D模型空间直观有效地开展各阶段施工工序、各专业进出场顺序及所有设备安装过程的模拟操作，特别是对电网变电工程建设过程涉及的深基坑开挖、电缆沟浇筑、管线敷设调整、设备就位安装、三维碰撞检查等方面，能行之有效的在施工前期发现并解决问题。经过建设全过程模拟可梳理出不同阶段、不同作业点、不同工序的安全风险及安全隐患，通过制定对应的安全管控措施、明确安全管理职责、执行安全管理规定，从而避免现场安全管控频繁出现盲目性、滞后性、无针对性等情况［9－10］。变电工程扩建设备安装前三维安全碰撞检查及设备实际安装图如图1所示。主变扩建工程变压器安装工艺演示模型及实际安装图如图2所示。

图1 BIM 技术下变电工程扩建设备安装前三维安全碰撞检查及设备实际安装图

图2 BIM 技术下主变扩建工程变压器安装工艺演示模型及实际安装图

电网变电扩建工程受所在变电站（换流站）内带电设备持续运行的影响，项目建设管理的安全风险管控及其重要，除了保证参建单位人员的人身安全，还要保证涉网设备的安全、可靠、稳定运行。与通过传统二维设计图纸放样、结合设备运行安全管理规程制定改、扩建工程设备安装工序的方法相比，对变电站（换流站）运行设备及改、扩建区域设备采用三维建模，应用三维协同共享平台开展施工区域与运行设备测距来确定施工工序的方法，具有安全性、准确性、便捷性等不可替代优势。将三维建模“实测”结果应用于改、扩建工程施工工序安排、风险隐患管控及停电配合搭接等工作，可有效提高改、扩建工程设备安装调试效率、风险辨识防控准确性及项目安全管理针对性，亦可优化停电施工方案从而降低电网运行风险。

将BIM技术应用于工程建设安全管理，将打破以往现场安全管控的概念及方式，改变了项目安全管理迟滞于建设进度的情况。从项目建设伊始便制定工程建设全过程安全管控轴线，预先控制安全管理节点、提前制定安全管理措施、超前预演安全管理过程，解决了工程建设安全管控风险预判难、方案制定难、现场执行难等问题，从而为电网变电工程建设安全管控提供强有力的支撑［11－12］。

3.2 BIM 技术在工程项目质量管理的运用

为保证电网输变电工程建设完成后设备的安全、可靠、稳定运行，同时为运行管理单位后期设备的运行维护提供可靠保障，质量管理也是工程建设全过程管理的重要一环。

目前，电网变电工程现场质量管理均基于电网输变电工程建设质量管理规定、规范及标准开展，虽然这种方式具有工程质量管理普遍适用性，但对工程建设全过程质量管控而言仍存在管控措施制定不完善、执行不全面、实施针对性薄弱等短板。结合BIM技术可在工程建设前期从人、机、料等方面制定详细的项目质量预控措施，提前对标准工艺、关键工序及关键节点开展质量管控模拟预演。一方面，对参建单位所有人员可进行数字化、可视化、立体化工程建设质量管理重点演示，从各专业实施细节上对质量管控措施的执行实现全方位交底；另一方面，可行之有效提高工程建设过程中质量管控措施制定的前瞻性、实施的同步性、执行的高效性。比如，可以开展变电站（换流站）新（扩、改）建工程所涉及的深基坑开挖、接地网焊接、设备预埋件及基础、电气设备拼装、综合管线三维碰撞检查等质量管控要点模拟演示，在工程落地建设前规避可能出现的质量问题及缺陷［13－14］。

电网变电工程建设全过程质量管控措施的执行信息，可在各阶段三维模型信息库同步记录，实现建设过程质量管控信息的可传递性、可追溯性及可移植性，便于质量管理信息的汇总、核对、查找及存储。通过BIM技术在质量管理过程的应用，使工程的建设、运行及远期改、扩建等工作实现信息化、数字化、共享化［15－17］。

3.3 BIM 技术在工程项目进度管理的运用

电网变电工程项目建设进度管理是保证输变电工程按既定计划完成建设任务，继而开展设备调试启动运行，从而强化电网网络构架的重要保障。项目进度管理包含设计、物资、施工等方面，根据不同专业及阶段又可以进行细致的划分。在工程前期，结合BIM技术已对工程项目开展了初步设计的深度深化、方案优化及理念验证。基于此，工程项目中土建、电气及通信等专业所需设备物资信息（如材料设备规格、数量、型号等）均可通过三维技术软件生成详细物资清单，通过导出的物资清单结合模块化三维模型和初步设计方案，可在物资招标阶段避免出现设备物资误报、错报、漏报，同时也可提前规避诸如非通用设备物资需特殊处理的情况出现。工程建设所需物资清单确定后，将工程建设计划与BIM技术下三维模型工序模拟演示相结合，可进一步全面制定电网变电工程物资供应需求计划。

随着工程项目建设计划的确定，工程建设阶段土建及电气等专业的施工进度及专业间的配合也很重要。尤其是施工方各专业间的配合，基于应用BIM技术建立的三维模型共享平台，在执行过程中可有效地开展建设进度纠偏及专业间信息共享管理，建设管理信息传递的实时性、及时性和准确性能够保障工程项目如期完成建设任务。电气专业可实时查询土建专业施工进度，对土建专业施工可能影响电气设备安装的施工细节，电气专业均可进行远程检测并将问题与相关方及时沟通解决，以保证电气设备安装调试按期实施，进而为工程项目建设进度要求保驾护航［18－19］。电网变电工程GIS电气设备安装模型如图3所示。

图3 BIM 技术下电网变电工程GIS电气设备安装模型

3.4 工程项目管理中BIM 技术与其他技术的结合运用

科学技术水平的不断更新升级与发展推广，出现了诸如VR（Virtual Reality，即虚拟现实）、3D扫描、3D打印等新科学技术。各类新兴技术与电网输变电工程建设管理相结合，也将从各方面助推电网工程建设管理的效率及水平［20］。

BIM技术与VR技术（Virtual Reality，即虚拟现实）的结合应用，能够更立体、更形象、更高效开展工程项目建设管理工作，在提升建设进度管理效率、合理进行人员机具调配、各阶段施工质量验收等方面将有极大发展前景。

BIM技术与各类电磁仿真软件及算法的结合应用，对于电网输变电工程前期意义重大。特别是如今城镇化的快速发展，电网工程建设规划需兼顾考虑电源布点合理化、路径走向最优化、人居影响最小化等问题。通过BIM技术与仿真算法的结合，可验证电网设备建设运行后电磁环境与人居边界环境的兼容性，促进电网输变电工程的前期规划、中期建设及后期运行的科学合理性。

BIM技术与GIS（Geographic Information System，即地理信息系统）的整合应用，通常可为工程建设前各项准备工作和工程决策提供帮助。在电网输变电工程中可同时提供BIM模型中的材料信息及GIS的地理空间分析能力，从而广泛应用于工程建设的土方工程仿真、进度管理、设备物资管理等方面。

BIM技术与3D打印的集成应用，可以在设计阶段利用3D打印技术将BIM模型打印为微缩模型，特别是针对电网变电扩建工程，因涉及工程物资不一致性影响，为了更好服务于项目建设管理，可以进行特殊设备精细化模型及高精度制作。通过BIM＋3D打印技术的集成应用，制作的微缩模型可有效辅助参建人员更直观理解工程建设方案，为工程落地建设及项目建设管理提供更好支撑。

4 结束语

在当前我国变电站（换流站）新（扩、改）建工程建设管理过程中，通过结合新兴科学技术并将BIM技术应用于电网变电工程建设的各个阶段，能够有效提升工程项目建设成本、施工安全、工程质量等工作的管理效率，构建信息化、数字化、可视化的项目管理方式，形成全过程、立体化、全覆盖的建设管控模式，满足电网工程建设在工程前期规划设计、中期建设施工、后期运行管理等全寿命周期管理的各项要求，更好的推动能源互联智能电网的建设发展。