BIM技术在矿区电网增容扩建中的应用

采用BIM技术对矿区110kV大胡变电站增容扩建项目进行信息化、自动化、数字化管理。利用BIM的3D建模功能模拟分析不同设计方案的特点和存在的问题，最终选出最优设计方案，实现狭小空间、复杂环境下变电站的增容扩建改造。通过BIM信息数据库优化资源配置计算出精确的工程量，最大化降低工程建设投资，达到项目实施前的精准预控，提高施工效率、降低施工安全风险。

      

Application of BIM Technology in Capacity Expansion of Coal Mine Power Grid

SUN Jian

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 BIM technology is used for information， automation and digital management of 110kV Dahu substation capacity expansion project in the mining area. The 3D modeling function of BIM is used to simulate and analyze the characteristics and existing problems of different design schemes， and finally select the optimal design scheme to realize the capacity expansion and transformation of substation in narrow space and complex environment. Optimize resource allocation through BIM information database， calculate accurate quantities， minimize project construction investment， achieve accurate pre control before project implementation， improve construction efficiency and reduce construction safety risks.

BIM Technology; Substation capacity expansion; Narrow space; Accurate pre control

鹤壁矿区电网以煤炭生产为主，覆盖整个鹤煤公司所属内部矿井，鹤壁矿区电网按照负荷中心分为南部电网和北部电网。南部电网以110kV大胡变电站为负荷中心，北部电网以110kV龙宫变电站为负荷中心。近几年，随着鹤煤矿井工作面不断延伸、大型自动化综采设备、大负荷排水设备的陆续投入，鹤壁矿区用电负荷显著增加，110kV大胡变电站已无法满足矿井及周边地面单位的用电需求。同时，随着鹤壁市经济建设快速发展，新增一批优质用电大用户，由于大胡变电站变压器容量不足，导致这些新增业务无法开展，严重制约了公司经济新增点的开拓工作。

110kV大胡站的两台主变型号为SFS8-31500/110，现已持续运行23年，且内部线圈老化严重，发热量大，维护成本高。主变正常检修时，单台主变供电无法独立满足供电负荷的需求，造成停电范围扩大。只有通过对鹤壁矿区供电系统进行优化、增容改造，才能满足新增负荷所需，提高鹤壁矿区供电网络的安全可靠性。

鹤煤公司110kV大胡变电站增容扩建工程主要包括以下部分。新建部分：2×3.15主变更换为2×6.3万千伏安主变，主变基础及油池2座，110千伏进线构架4组，支柱绝缘子支架及基础6个，主变中性点支架及基础2个，35千伏进线构架2组，35千伏支柱绝缘子支架及基础2个，6.3千伏母线桥支架8个，主变防火墙1座，事故油池1座;安装主变压器2个，主变中低压出线拆、改及新增主变本体二次电缆敷设，35千伏室外母线由JL/G1A-240更换为JL/G1A-630等。拆除部分：110千伏主变进线构架3组，35千伏母线桥构架2组，6.3千伏母线桥支架7个及原主变本体二次电缆等。

工程完工后，对施工中损毁的巡视道、硬化地坪等进行恢复，对原1#、2#主变油池区域进行混凝土地面硬化，并将余土和建筑垃圾运出站外进行处理，保持变电站站内整洁。

110kV大胡变电站主变进行增容扩建时，室外运行的电气设备众多，可利用的空间狭小、环境复杂，还要保证矿区煤矿正常用电，在现有空间里进行主变增容扩建，难度大，风险高。根据现场实测及地质勘测目前可利用的空间只有27m×17m大小（如图1所示）。6.3万千伏安主变的外形尺寸达到了长8.1m×宽5.1m×高5.5m，主变基础及油池尺寸为长10m×宽8m。在此空间内还要新建4组110千伏进线构架、2组35千伏进线构架等其他构筑物，可利用的空间狭小。原有设备、电气构架众多，施工期间周围设备需长期带电运行，土建施工还需要大型的施工机械进场作业，变压器就位、附件安装还需要起重机械进场作业。如何做到既不影响煤矿正常安全用电，又能安全施工，同时施工作业可操作性强;两台主变采取同时施工，还是采取梯次施工的方式，这是本次矿区电网增容扩建的难点和危险点。

图1 主变区现状3D模型图

如用傳统二维CAD模式图纸为载体，进行相关设计，则图纸表示复杂，施工过程及施工步骤无法直观表述。在参建各方交流时很容易造成各方人员之间的理解出现偏差，从而导致出现“错误、遗漏、安全距离不够”的情况，进一步增加了施工难度和风险。而BIM技术是以建设工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行3D模型建立，利用数字模型对项目进行设计、施工，实现了从传统二维绘图向三维绘图的转变，使设计、施工的内容更加全面、直观地展现出来。

4.1 BIM技术在设计阶段中的应用

本工程设计需多专业协作，对于传统设计模式，不同专业设计之间易产生矛盾冲突，增加设计周期，降低了设计质量，同时二维CAD图纸表示不直观、数据关联性差、易出错，设计方案不易表述全面、准确。而BIM技术可有效避免以上问题。BIM的3D模型可以对建设项目的各系统进行空间协调，消除碰撞冲突，减少设计错误与漏洞，缩短设计周期。将设计人员提供的设计方案在3D平台上绘制3D模型进行模拟与分析，保证了业主决策的正确性与工程施工的可操作性。该3D模型生成，为项目参与各方的沟通协调提供了一个精准直观的平台。

针对本工程2台主变增容扩建的2个设计方案，分别通过BIM的3D模型进行模拟分析。方案一：大胡变电站2台主变采取同时施工，2台主变基础、事故油池、母线构架同时施工，2台主变就位、附件安装同时进行。此方案虽然能缩短整体施工工期，但为了施工人员和施工机械与周围带电设施保持安全距离，需要原主变及相关设备分别进行长时间停运，使大胡变电站长期单主变运行，安全风险高，影响矿井安全供电，同时因原主变容量有限，单台变压器无法承受全站负荷，致使矿井一些大功率的综采设备无法全面作业，影响矿井生产。2台主变同时施工需要的施工班组多，施工机械多，现场材料堆放多，施工质量、施工安全不易把控，施工现场管理难度大。在此方案不可行。

方案二：大胡变电站2台主变采取梯次施工，先进行新2#主变基础、事故油池、主变就位、附件安装、母线构架的施工，待新2#主变接入系统带上负荷正常运行，原2#主变退出运行后，再进行新1#主变的相关施工。此方案虽然整体施工工期较长，但有一定施工空间，不需要原主变及相关设备分别进行长时间停运，安全风险低，大胡变电站能够实现双主变分列运行，不影响矿井生产。所需的施工班组、施工机械少，现场不需要堆放过多的材料，施工质量、施工安全易把控，施工现场管理难度低。此方案可行，经过模拟分析后最终确定采取梯次设计方案。

4.2 BIM技术在施工阶段中的应用

利用BIM的动画展示功能，模拟整个施工过程与施工现场（如图2、图3所示）。将施工现场的各个工序存在的问题直观地展示出来，及时发现潜在问题并进行施工方案优化。对各施工班组间的平行穿插作业进行模拟，提前预判各施工班组间是否发生作业冲突。如有作业冲突协调各施工班组穿插作业，保障同时施工顺利进行。根据施工过程模拟分析预判质量控制点、危险源控制点。例如，通过模型模拟发现本工程在施工阶段存在基槽开挖时基坑坍塌，模板支护时模板变形、移位，主变安装就位、构架组立时误碰相邻运行设备、架设母线时高空坠落等质量控制点和危险源控制点。针对以上模拟分析出的危险源，制定相应的控制措施，再将制定的控制措施应用到3D模型中进行分析，验证所制定的预控措施是否有效，提高了预控措施的可行性。在实际施工中遇到以上工序时，就提前按照通过模拟验证的预控措施进行防控，保证大胡变电站增容扩建工程的施工质量、施工安全、施工进度。

4.3 BIM技术在工程成本控制中的应用

将工程成本控制与BIM技术结合，使得工程成本控制实现信息化、智能化。在传统的工作模式中，造价人员根据设计图纸自己整理汇总各种工程量信息，再编制项目工程量清单。由于工程造价人员缺乏现场施工工艺及资源消耗的实践经验，所以无法精准把控工程量清单，再加上工程交叉施工多，环境复杂安全施工措施多、涉及施工专业多，漏项和错算的情况经常发生。如果出现设计变更，造价人员也无法及时调整工程造价。利用BIM信息数据库功能，将工程设计的各项数据存入数据库中，则该数据库会自动呈现出各分项工程的工程量和对应的资源消耗，使得造价人员可以快速提取工程量信息，准确编制项目工程量清单，避免漏项和错算等情况的发生，大大提高了工程预算的准确度。如果出现设计变更，BIM信息数据库可以依据模型中参数的变化自行更改数据库中的信息，便于造价人员及时查阅工程量的变化信息，对工程造价做出调整。此外，通过BIM技术对工程建设全过程进行实时的监控，对各个施工工序进行监测与模拟，科学地分配施工机具、施工材料及施工人员等，进而对资源进行合理化配置，同时结合工程施工的实际情况，将各种资源的实际消耗情况与预期模拟指标进行综合比较，分析工程项目实际建设施工中，工程造价管控中存在的问题，从而有针对性地进行资源调整，提升资源使用的均衡性，降低工程建设成本，实现工程质量与施工进度、工程成本控制的协调发展。

本工程充分利用BIM技术，提高了建设单位决策的正确性、工程设计的全面性和准确性、工程施工的可操作性和安全性，工程资金预控的精准性。借助BIM的3D建模功能对工程设计进行优化，制定出合理的设计方案，降低了资金投入。业主利用BIM技术有效地提高数据获取的准确性和及时性，实现工程施工进度、质量和安全的有效控制，达到了预期目的。

综上所述，110kV大胡变电站主变增容扩建工程，通过建立BIM模型并辅助施工管理，运用于项目的全生命周期管控。利用BIM的3D建模功能，优化空间布局，明确施工风险环节，通过三维控制来进行施工可行性分析、实现对各专业施工方案的精准梳理，提高管理效率和施工质量，使110kV大胡变电站主变增容扩建工程实现自动化、信息化、数字化管理。

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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-8476中图分类号：F426.61作者简介：孙健（1986—），男，本科，工程师，研究方向为电力工程。