4D施工模拟在变电站施工管理中的应用

2021-08-05刘军谢登科张金锋陈海浪徐立

智能建筑与智慧城市 2021年7期

关键词：煤化工视图变电站

刘军，谢登科，张金锋，陈海浪，徐立

（1.国网安徽省电力有限公司；2.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司）

1 引言

为开展高水平的变电站施工管理，BIM 技术在电力工程建设领域的应用日渐深入。通过软件建立变电站数字化设计模型，并对施工过程进行4D仿真模拟，即可优选施工的实施路径和框架，有效规避各类影响施工安全、质量、进度的因素。

2 变电站施工管理中4D施工模拟的价值分析

2.1 应用价值

通过关联施工进度计划与三维设计模型，可在4D 模型中整合时间信息和空间信息，整个项目的施工过程可由此得到精确、直观反映，施工进度的动态精确掌握、施工资源的优化使用均可顺利实现。基于此，统一控制和管理施工质量、资源、进度，进一步提升质量、降低成本、缩短工期。4D 施工模拟离不开BIM 技术的支持。在BIM模型中，模型图元信息可通过符号或参数数字确定，包括图元对象的物理属性、几何数据、各构件相互关系等信息。数据库中可通过数字形式存储一个构件参数化的所有功能特征和实体，集成数字化数据库。视图间、视图和数据库间存在双向联系性，所有的图形可轻松协调，这种依托BIM 技术的4D 施工模拟能够更好地服务施工管理，应用价值极高。能够有效规避作业次序错误和冲突，提升工作次序和设计变更处理弹性，通过对施工成本、资源、进度、场地的集成化、信息化、可视化管理，4D施工模拟可以更好地为变电站施工管理提供服务[1]。

2.2 典型应用

在变电站施工管理中，4D 施工模拟的应用范围较广，本节仅从两方面介绍4D施工模拟的典型应用。

1）工程计量

传统人工计量在效率、质量方面很容易出现不足，会影响施工预算编制。在基于BIM 技术的4D 施工模拟支持下，参数化BIM模型可自动生成构件信息，且相关信息变动能够直接在设计中得到体现，所有相关施工文档和明细表也能够自动进行改动，由此开展的工程量统计分析在成本、时间节约方面均表现出色，且不容易出现人为错误。

2）图纸输出

以CAD图纸为主的设计成果在构件准确定位方面存在一定欠缺，变电站施工管理也会受到一定影响。基于BIM 技术开展4D 施工模拟，即可实现各类构件空间位置和几何特征的直观表达，辅以软件的自动出图功能，可以为施工提供间接指导，更好地理解设计意图、节约视图时间、有效开展施工管理[2]。

3 变电站施工管理中4D施工模拟的具体应用

3.1 案例概况

为提升研究的实践价值，本文以安徽阜阳煤化工园220kV变电站建设工程（简称煤化工园变电站）作为研究对象。该工程站址场地设计标高、最高内涝水位、自然地面高程分别为27.70m、23.00m、26.90m～27.00m，建成后的变电站可有效提升当地供电可靠性，同时能够为当地经济发展提供有力支持。作为典型的户内智能站，煤化工园变电站设置有钢筋混凝土筏板基础和钢框架结构的配电装置楼，采用钢筋混凝土板式基础作为主变基础，上设条形支墩。规模为：4回220kV出线、2 台240MVA 主变压器、6 回110kV 出线，每台主变35kV侧分别装设2组10Mvar、1组20Mvar的并联电容器。远期规模为：8回220kV出线、3台240MVA主变压器、14回110kV 出线，12 回35kV 出线12 回，并联电容器采用相同规格装设。

3.2 建立变电站数字化设计模型

为保证煤化工园变电站的施工管理顺利开展，工程基于BIM 技术开展了4D施工模拟。工程首先建立了数字信息模型。具体设计的平台及环境为Micro‐Staion，包含多个专业应用模块，协同设计平台采用ProjectWise，不同平台的协同设计可由此实现，具体如图1所示[3]。

图1 数字化设计平台示意图

在具体的变电站数字化设计模型建立中，需围绕电气一次、电气二次、总图、建筑、结构、给排水、暖通专业建模，如总图涉及地形建模、围墙、站内道路和进站道路、电缆隧道，建筑涉及建立轴网、墙体设计、楼板和屋顶设计、门窗设计、建筑效果形成。以电缆隧道的建模为例，需开展参数化的沟道布置建模。沟道在变电站中的位置及走向、截面大小可基于三维布置直观展示。电缆沟坡向、电缆支架类型、拐角形式选择可得到场地竖向布置的支持。存储入库常用的工程电缆沟模型，方便直接调用，同时为计算电气专业的电缆长度和电缆敷设计算提供便利。图2为电缆沟参数化设计示意图。

图2 电缆沟参数化设计示意图

3.3 4D施工模拟

4D 施工模拟的基本流程可概括为：导入模型→配置资源外观→3D模型与时间关联→4D模型审阅→成果输出。这里的成果输出涉及进度推演视频、节点报告。节点报告由基坑开挖完成、地下室垫层浇筑完成、筏板基础浇筑完成、出±0m、柱子安装完成、结构主体安装完成、墙板安装前、主变安装完成、GIS 安装完成组成。为保证4D施工模拟更好地用于煤化工园变电站的施工管理，工程针对性建设了BIM核心团队。该团队由建模部门、协作部门、成本部门、分析部门组成，负责BIM计划的实施、变电站数字化设计模型的建设、4D 施工模拟的开展。项目经理和BIM 核心团队负责人通过协商确定相应任务和职责的划分。

基于4D 施工模拟，工程针对性开展了施工宏观管理、中观管理、微观管理。施工宏观管理主要依托4D施工模拟对煤化工园变电站的整体建筑和设备的规划布局进行直观展示，可视化的工程展示能够加深施工和安装人员对工程的了解，施工项目快速查询也可通过Synchro 4D 软件点选相应区域内的设备和建筑实现。同时还可以实现整体施工信息查询、建设历史查询。通过自由切换微观管理视图、中观管理视图、宏观管理视图，结合工程整体和各个区域的里程碑节点于时间轴上的标识，可灵活查看进度计划、各方信息并进行可视化展示。任意时间点的工程进展情况查询、耗费的成本和完成的工程量查看也可同时实现，由此即可对施工历史进行快速了解。施工方和监理方可以此为依据更好对工程的资金流和时间流进行把控。中观管理同样需要得到4D施工模拟支持，如通过切换视图对建筑的3D模型、内部平面布局图、剖面图进行查看，并基于模拟结果优化调整相应参数，也可由此开展动态施工进度管理、虚拟漫游的技术交底。设备和建筑的施工工序明确、施工过程的科学评估、相应问题和隐患的及时发现可助力施工管理质量的提升。微观管理主要围绕煤化工园变电站的管线及电气设备开展，以此优化设备安装和管线布置，可规避窝工、返工等问题，施工进度和质量得到控制。4D 施工模拟可同时用于安装过程的分析和优化，精细化管理施工成本、资源、安全、质量、进度，并能够动态计算每月、每周完成的工程量。