BIM技术在电网变电工程建设安全管理中的应用研究

孙瑞峰，张 青

（1.国网陕西省电力公司建设分公司，陕西 西安 710065；2.国网陕西省电力公司营销服务中心，陕西 西安 710100）

近年来，各类创新科技的推广大力推动了电力工程建设同步发展，项目建设全周期管控也急需转型升级，以适应电网建设高质量发展要求。BIM技术的持续优化和高速推广，能有效促进电网工程建设管理向数字化、精益化和智能化转变。目前，因工程参建人员对BIM技术的掌握及使用有限，该技术创新管理优势和核心功能未有效体现，给BIM技术和电网工程建设的融合落地带来一定难度[1]。将BIM技术与电网工程建设传统管理优势相结合，必定会为工程建设管理提供全面的技术支撑和管控保证。

1 BIM技术及应用简介

BIM（Building Information Modeling）技术是基于传统二维设计方案融合工程建设信息，利用数字信息技术，通过建模、分析、模拟、检测等方式，实现工程建设全过程管控可视化、模拟化及精益化，从而提升管理效率和成果[2]。

目前，BIM技术已广泛应用于建筑工程建设，然而对电网工程项目建设而言，传统项目管理方式转型升级迫在眉睫，电网工程建设与BIM技术的结合应用，将实现工程建设安全、质量、技术、造价等管理效率和管理水平的本质提升，推动电网工程的建设与运行管理实现高质量发展[3-5]。

2 BIM技术在电网变电工程建设中的应用

电网变电工程建设施工工序多、周期长，对每个环节实施精细化管理难度很大。基于BIM技术的三维模型，可实现各阶段、专业及工序的安全风险梳理及隐患排查，明确管理职责，制定管控措施，执行安全规程，避免工程项目建设安全管控盲目、滞后和无针对性，做到事前预防、事中控制、事后总结，为落实安全责任、推动安全发展、顺利实施工程建设奠定安全保障[5-8]。

2.1 强化设计深度，优化设计方案

以往电网工程建设因设计深度不足，造成后期施工无法进行或频繁变更。应用BIM技术对工程各阶段进行数字建模、专业分析、工序检测及模拟演示，能有效优化设计方案，强化设计深度，细化风险交底，验证设计理念。

基于BIM技术建立的数字化信息模型，经过智能化阶段自检、可视化模拟演示、数字化方案比对，结合电网变电工程建设环境边界条件，便可在项目落地施工前对人、机、料、法、环等方面进行分析比对，对不同阶段的危险因素进行全方位、多角度、分层次的剖析、诊断及扫描，确保优化后的设计方案顺利实施。陕西咸阳大杨变电站330 kV间隔扩建工程基于BIM技术的3D模型如图1所示。

图1 陕西咸阳大杨变电站330 kV间隔扩建工程基于BIM技术的3D模型

2.2 预控施工风险，制定防范措施

建设前需预判各阶段风险因素，如电网变电工程建设电压等级、建设规模、边界条件等因素，及时调整安全管控措施，提前辨别、排查、预防各类隐患，做到风险可控、再控、能控。

BIM技术具有数字化、信息化、可视化的特点，可对变电工程中深基坑开挖、构架吊装、高大模板支护、变压器就位及主母线架设等高风险作业提供信息高度集成的3D模型，提前开展特殊施工方案、涉网接入方案及三维碰撞模演等工作，在作业开始前构建各阶段风险管控轴线、专项措施实施时间线和强化安全意识红线。

BIM技术具有共享性、延伸性和可移植性，能为电网变电扩建工程项目实施现场安全管理提供支撑。对于变电站运行区域扩建工作，临近带电体是现场安全管控的重难点，受传统二维图纸放样不准确和技术人员经验有限影响，无法对运行设备安全距离进行“实测实量”，导致停电方案审核难，扩大了设备停电范围，影响运行安全情况。结合BIM技术，采用三维建模方式可有效控制参建人员和运行设备的安全，更精确进行风险的识别、预判和控制，提高专项方案和管控措施的执行效率，优化停电计划和涉网搭接方案，打破安全管控制定概念化、落实迟滞化的现象，以直观定量的数据化手段解决安全管控风险预判难、方案制定难、现场执行难等问题。陕西咸阳大杨变电站330 kV间隔扩建工程3099大王Ⅱ出现间隔，基于BIM技术的3D模型与实际设备对比如图2所示。

图2 基于BIM技术的3D模型与实际设备对比

2.3 提升专业衔接，保证计划实施

基于电网变电工程建设工序复杂、交叉面广、配合方多的特点要求各阶段、工序及专业间衔接紧密，任何脱节现象都会影响工程安全、质量、进度等方面的实施。为在有效施工周期内完成建设工作，需要合理规划作业内容、安排作业人员、调整作业计划。结合工程现场实际边界条件，通过BIM技术可视化模演，能充分论证同阶段不同工序的可实施性、不同阶段交叉作业的合理性、边界条件变化纠偏的正确性。

依托BIM技术对各分部分项工程的危险因素进行归纳整合，结合工期要求制定合理安全指标，基于此可实现安全隐患先降后控和安全控制分级实施的目标，也利于管理工程项目安全文明施工、完善数据模型、合理布置场区。

3 BIM技术在变电工程建设中的实际应用

3.1 优化作业方案，控制吊装风险

电网变电工程建设实施过程中，合理划分施工工序、高效安排作业区域，能有效提高建设工作的开焊效率。土建专业施工作业过程中涉及深基坑开挖、高处坠落、物体打击、触电伤害及有限空间作业等危险点，结合Q/GDW 12152—2021《输变电工程建设施工安全风险管理规程》相关要求，需重点防范以上危险点。变电站新（扩、改）建工程建设中，构架、横梁及避雷针吊装作业是工程建设土建施工风险管控的重点之一。某330 kV变电站间隔扩建工程构架透视图及BIM 3D建模图如图3所示。

图3 某330 kV变电站间隔扩建工程构架透视图及BIM 3D建模图

近期在变电站改、扩建施工作业中，特别是涉及设备及构支架吊装作业的施工工序，因作业勘查人员现场勘查不全面、吊装专项方案管控措落实不到位、作业风险管控未严格执行、过程监督疏于把控等原因影响，临近带电提作业吊装过程中人身、设备及电网事故频繁发生。应用BIM技术对各类工程所涉及构架、横梁的吊装进行3D建模，结合作业现场复杂环境边界条件进行工序模拟，能够有效对吊装作业操作步骤进行逐项模拟，实现对构架吊装实施方案可行性、合理性及安全性的准确验证，从而避免各种事故的发生，有效保障吊装作业安全可靠开展。

3.2 降低修试风险，优化特试方案

电气安装专业中大型设备的安装调试、检修消缺及特殊试验等也是变电工程施工中风险关键管控环节，施工前深度勘查现场与编制施工方案、实施安全措施有着密切关系，可有效保证实施过程中人身安全、设备及电网安全可靠运行。

以某变电站开关类电气设备检修为例，对3/2接线方式的330 kV串内开关进行罐体更换及耐压试验等工作时，因该变电站为敞开式户外AIS设备，受电气一次设备及构支架布置紧密等边界环境影响，需仔细勘查现场，特别是开展罐体吊装更换以及后期耐压试验等工作时，需全面考虑安全距离，在保证安全的前提下实施该工作。某330 kV变电站开关罐体更换现场过程照片及BIM 3D模型如图4所示。

图4 某330 kV变电站开关罐体更换现场过程照片及BIM 3D模型图

以往变电站内修试工作的现场勘查均通过负责人现场目测和经验制定专项安全措施，但是常受负责人经验不足或危险勘查不全面等内外因素影响，导致修试过程中临时停电扩大停电范围，影响变电站供电可靠性和安全性。某330 kV变电站开关罐体更换后耐压试验现场照片及BIM 3D模型如图5所示。

图5 某330 kV变电站开关罐体更换后耐压试验现场照片及BIM 3D模型图

基于BIM技术可视化、数字化、可移植等创新特点，在变电站工程新建初期同步跟进3D模型建立及数据实时跟新，可将变电工程实现数字化、模块化和可视化存储。借助BIM技术建模的特点、优势，可完整辨识变电站内各类工作安全风险，有效实施安全措施，确保修试工作全面无误等。数字化模型的优势在于定性分析风险点后，可通过检测模型定量分析危险点。比如，更换罐体过程中套管、吊装开关本体时吊车的支撑位置，吊臂旋转半径及起吊方向的确认；开展开关本体耐压试验时，检修场地范围内试验设备搭设位置的选取和优化，扩径导线挂设位置与邻近设备（构架、衡量、运行母线等）安全距离是否满足电力安全工作规程中对最小安全距离的要求等。从定性分析到量化模拟的转换，能够有效提升方案实施的效率，降低过程管控的风险，保证特殊作业安全。

4 结束语

随着数字化、智慧化创新技术的发展，借助如BIM等科学技术数字化、可视化、模型化等创新优势，必能将电网变电工程建设全过程安全管理的高质量发展要求落到实处，贯穿电网变电工程建设的安全风险辨识、危险分析及排查预防等重难点将能够得到高效解决，从根本上优化管理模式，量化控制措施，提升工程项目建设全面管理。