基于BIM技术的变电站运维管理探究

国网上海市电力公司市南供电公司 高亿文 赵 煜

目前变电站运维模式主要依赖于运维人员自身技能水平以及纸质数据，变电站建设、交付及前期运维过程中产生的大量数据处于沉睡状态，数据价值尚未得到有效利用。变电运维人员在运维过程中，仍依赖于翻阅携带的运行规程、整定书及接线图开展运维工作，现场作业中缺少数据支持，工作质量依赖运维人员自身技能水平和现场经验，缺乏智能辅助等技术手段[1]。通过全生命周期的变电站BIM模型，建立变电站的数字孪生，提升变电站运维水平。

1 BIM技术在变电站中的应用现状

BIM(建筑信息模型)是一种三维数字建筑模型，其打通了建筑物实体与虚拟世界的界限，将现实建筑的物理信息与功能特征进行了数字化表达，为建筑及设备的建造管理提供了可视化、易交互的管理平台，并可整合各参与方情况，让项目各相关方加入建筑全生命周期运维管理。通过将BIM应用于变电站中，可以提升变电站管理信息化水平，提升变电站智能化水平。住建部“十四五”建筑业发展规划中指出，智能制造和新型建筑工业化为未来趋势，加快推进建筑信息模型（BIM）技术在工程全寿命期的集成应用为其中重要一环。BIM可以提升建筑数字化水平，有利于数字化成功的交付和应用[2]，便于各参与方协同合作。

BIM技术在变电站的设计施工阶段已得到了广泛应用，利用BIM可视化的特点，解决了不同专业间的碰撞冲突，实现了多专业协同，提升了项目管理精细化程度，取得了良好的社会交易和经济效益。然而，现有研究大多停留在BIM技术在设计施工领域的应用，对于变电站运维过程中的研究较少，不利于实现变电站全生命周期支持，对变电站运维水平提升尚存不足[3]。

变电站运维过程中BIM应用不足。目前运行中的变电站信息化水平较低，建筑及设备信息以二维图纸或说明信息保存及使用，运维人员需要预先查询对应图纸及手册才能了解设备数据信息，效率低下且存在数据缺失及更新不及时等问题，在工作任务繁杂的情况下，可能会引发工作出现错漏。因此，对于设备的运维管理，很大程度依赖于师徒带教，设备维护保养依赖于运维人员水平，并且由于变电站涉及的各专业信息分散、设备台账众多，协同管理困难。

变电站运维过程中BIM应用水平不高。在当前阶段，基于BIM技术的变电站全生命周期信息集成和管理平台尚待完善，未有针对变电站运维的BIM评价标准，专业应用软件不成熟，BIM技术的推广应用存在一定的障碍。总体来说，变电站具有系统性，且存在大量待激活状态的历史数据，涉及的各专业之间缺少数字协同，信息集成和共享有待提升，不能充分发挥BIM在变电运维领域的优势。

2 基于BIM技术的变电站运维原则及内容

2.1 基于BIM技术的变电站运维原则

变电站主要涉及专业包括建设、变电、继保、电缆、调度四个部门。各专业在变电站中既有一定独立性，又共同构成一个复杂系统。基于BIM技术的变电站运维应用的原则主要应当包括以下部分：

图1 BIM总体架构

信息完整一致。BIM模型应当可以对输入数据进行统计分析，并同步更新与之关联的所有对象，确保模型的完整性和一致性[4]；模型参数化和可视化。通过参数化建模，将建筑及设备信息进行展示，便于运维过程中及时更新模型，并将设备间的关联性直观展现出来，让运维过程中的沟通决策均在可视化状态下进行；现实模拟性。在运维阶段，可以通过BIM模拟事件达到训练运维人员的目的，如模拟主变故障及全站失电恢复等。而当运维中，可以通过现实变电站的数字孪生模型实现操作预演以及事故预处理，减少现实中不当操作造成不良后果的可能。

对于变电站，基于BIM技术的变电站运维包含多专业的配合。在设计施工阶段，各参建单位应当将初始建筑及设备信息导入BIM模型中，并完整移交运维部门。而运维阶段作为变电站全生命周期中持续时间最长的阶段，期间积累的信息可以为变电站后续运维工作提供数据支撑、降低运维成本，提升经济和社会效益。

2.2 变电站日常维护

随着电网规模的不断扩大，现有变电站大多为无人值守变电站，运维人员负责的变电站数量不断增加，对于运维人员的要求越来越高。此外，不同变电站构造及设备差异巨大，而传统信息获取方式存在滞后，运维人员难以在紧急情况下全面掌握变电站内设备状态，部分隐性故障难以及时发现和消缺，且难以获取设备历史情况，对变电站运维人员的技术水平带来了极大挑战。

而通过BIM技术的应用，设备相关信息均已集成在BIM中，运维人员可以方便的查看设备制造及运行状况，辅助运维人员对设备运行状况进行评估，实时分析变电站设备运行参数，判断设备运行状况可以及时消除部分设备的家族性缺陷。同时，BIM可以将设备运行状态直观展现在运维人员面前，使得运维人员可以快速掌握变电站具体情况，提升于运维人员的培训效果。

通过将BIM与站内传感设备、监控系统等遥测信号相结合，运维人员可以实现远程可视化管控，并实现日常远程管理和远程巡视。

2.3 变电站设备操作检修

在现场操作前，可以利用BIM模型获取具体设备的三维可视化模型和参数，并在数字孪生模型上预先进行模拟操作，相对传统二维模拟图效果更好，有效降低误操作可能。传统模拟的信息表现形式是以二维符号反应，需要对设备有一定了解将其转化为实际操作。特点是不同设备共用同一符号，不易理解，对运维人员经验要求高；BIM模拟的信息表现形式是三维化空间展示，特点是便于理解、可视化展示，有效避免误操作。

2.4 变电站事故处理

变电站出现事故时，可以通过BIM调出设备历史运行信息库对设备状态、检修维护时间、故障历史及处理方式进行查询，便于运维人员查找事故原因，及时准确的消除事故、减少现场判断的难度。同时，通过将故障情况录入BIM，可以在数字孪生模型上进行模拟，降低现场错误判断造成事故扩大化的可能。

综上，BIM数据库为变电站的运行管理提供了详尽的设备及土建信息，并通过BIM平台使得运维检修部门多专业、多环节中实现协同管理，使得运维人员可以随时查询、提取设备数据，便于运维人员实时分析设备状况。BIM平台提供的三维数字模型可以让运维人员实现直观的模拟模拟操作，提升运维人员水平，实现变电站运维精细化管理。BIM技术未来将作为变电站运维管理的重要技术支撑，促进变电运维行业的变革，提高变电站运维的经济效益和社会效益。