数字建造不断破题——2022纵览基础设施大会观察（ 上篇 ）

■ 吴付标

珠江三角洲超深输水隧道BIM技术应用——中铁十八局集团有限公司

从经典案例，我们可以了解同行新实践，也可以洞见行业新趋势。时隔两年之后，一年一度的纵览基础设施大会于近期再度线下召开。近期，Bentley在伦敦揭晓了2022光辉大奖赛获奖名单，来自中国的决赛入围者、夺冠者为我们观察基础设施数字化趋势带来一次难得的机会。

纵览本次光辉大奖赛决赛入围和获奖项目，中国工程企业和业主单位以BIM和数字孪生为主的数字化建造技术深入推进到设计、建设与运维全生命周期中，帮助破解种种建造难题。综合来看，数字化建造展现出四大趋势：

设计阶段，BIM和数字孪生等数字化技术在体现其实景建模、协同设计、碰撞检查、方案遴选等主流应用价值的同时，特色应用不断出现。

建设阶段，数字化技术在施工策划上帮助施工单位带来更自信、更智慧的决策，在施工进程中节省投资、加快进度、提升效率、保障安全。

运维阶段，双向奔赴的现象越来越多。一方面，设计单位主动交付数字孪生模型，提供数据服务；另一方面，业主和运营单位正在从被动接受转变为主动谋划。

“一带一路”上，来自中国的工程企业正在大力推进数字化，以克服语言、距离、疫情以及国情不同所带来的种种难以想象的挑战，也在进行更大的布局。

尤其值得说明的是，一批批领先者果断在施工阶段拥抱数字化，施工数字化正在出现规模化趋势。

武汉徐东220千伏变电站工程全生命周期数字化应用——湖北省电力勘测设计院有限公司

湖北电力院以数字孪生赋能施工与运维

武汉徐东220千伏变电站被定位为“华中第一、国内领先”的高智能化地下变电站，其基坑开挖深度超过24米，且紧邻长江，地下墙体结构长期承受地下水压力，稍有破损便有大量地下水渗入的风险。业主的运维管理部门出于安全与效率的考虑，主动提出采用数字孪生技术。

湖北省电力勘测设计院（以下简称“湖北电力院”）作为设计单位，以实景建模、站区建（构）筑物深化设计、电气二次数字化设计等技术，持续提升设计质量。同时，在建设过程中先后进行了5D数字化施工过程精准管控、设备安装三维模拟、变电站建造费用精准管控、VR模拟以及AR技术应用、变电站数字孪生技术应用等方面的技术创新，全面实现数字化设计、建造和运维一体化。

湖北电力院数字化分公司副经理王伟说：“随着数字化技术的发展，我们有了更丰富的手段进行施工交底，在变电站超模型上链接设计图纸和设计说明，包括了三维PDF安装模型、施工辅助视频等多媒体信息，效果更加直观、更加清晰。”

湖北电力院以数据赋能5D施工，提升了施工进度管理和费用管理。王伟说：“这是一个地下变电站，每个设备都是通过安装孔吊装下去，并在狭窄的空间进行移动和就位，所以在空间施工的方案组织和路线选择上都很有难度。我们提出空间动态仿真模拟方式来帮助施工单位进行施工安装，并采用了VR、AR虚拟仿真技术，有效指导了施工，减少了现场的差错。”

王伟和他的同事们还为变电站建立了数字孪生运行平台。该平台通过三维模型和设备在线监测系统的融合，与火灾消防、安全防卫进行数据交互，实现设备的实时状态感知，并且基于数字孪生的实时可视化技术和数据分析技术等，实现智能运行、智能告警、设备管理、作业研判、专家诊断、消防模拟、人员定位、逃生路径规划等功能。

王伟说：“数字孪生平台为变电站的日常维护工作提供了可靠的作业意见，为突发事件提出了有效的应对措施。在地下变电站，信号屏蔽非常严重，建设过程中手机都打不通，一旦出现火灾、漏水等紧急事件，可以借助数字孪生技术进行更有针对性的处置，也可以对救援人员进行定位，设计最安全的救援和离开路径，并时刻保持联系。”

输变电工程建设BIM技术综合应用——国网衡水供电公司

得益于数字化创新，该地下变电站的总占地面积较原来方案节省9400平方米，节约率超过50%，大大减少了对农田的侵占，竣工决算总投资低于初设审定概算总投资。该项目荣获了2022基础设施数字化光辉大奖赛能源通信网络类别大奖。

国网衡水供电公司向数字建造要安全、效率和效益

面对电力工程建设危险性高、地质影响较大等挑战以及国网总公司建设与运维一体化方针，近年来，国网衡水供电公司积极推进BIM和数字孪生等技术的应用，取得了实际成效。

衡水市青罕变电站工程对端出线为220千伏常规户外变电站，新增出线间隔作业面紧邻110千伏母线，与带电体安全距离非常小，对施工方案的影响巨大，施工安全隐患严重。作业前，必需对施工方案做出充分论证，验证施工机械与带电设备的安全距离是否满足规程要求，常规技术难以实现安全空间校核。

国网衡水供电公司建设部副主任张舵介绍说：“基于BIM技术的建设全过程管控研究，重点在设计方案优化、施工组织优化、安全质量管理等方面开展落地实施。在工程开工之前，我们用一个BIM模型全栈梳理了工序计划和资源配置，经过SYNCRHO 4D施工过程推演来保障施工安全与效率。例如，面对主变防火墙施工高风险作业，模拟人梯留口、作业横板铺设等关键节点，大幅降低施工风险。”

在该变电站建设开始前，全国各地疫情此起彼伏。青罕工程所需的物资材料来自18个省的72个厂家，疫情发展态势严重影响工程所需物资的到货时间，成为制约项目整体进度的重要因素。其中，最关键的主变设备要比计划滞后37天交货。于是，张舵和他的同事们经过多次推演，最终确定了将主变安装和电容器安装工序交叉施工的最优方案，有效减缓了疫情所带来的工期延误风险。青罕工程提前一个月完成了全部的建设任务。

国网衡水供电公司除了利用数字化技术在建造过程中创造价值之外，尤其重视工程的移交以及变电站投运之后的运维服务。公司进行了“以设备为单元、以数据为核心、以模拟为载体、以标准为方法、以贯通为目标”五方面的管理体系创新和业态升级，并将设计与建设模型整合之后进行双向移交。一是面向基建，向省公司进行数字化归档；二是面向运维，向生产部门移交。

2022光辉大奖赛决赛入围和获奖中国项目及单位（排名不分先后）

中铁十八局以数字化技术迎战世界级工程施工

黄欣是中铁十八局集团有限公司信息化管理部总经理、数字建造中心主任，也身兼中国铁建的BIM工程实验室副主任一职。面对珠江三角洲水资源配置工程之超深输水隧道这样的大型工程，他们毫不犹豫地选择了数字化建造技术。

该工程是国务院部署的172项节水供水重大水利工程之一，工程输水线路总长113.1千米，计划总投资约354亿元。中铁十八局集团有限公司承担了A5标段的总体施工。

面对地下70米超深双线输水隧洞这一受限制环境下的施工难题，超前策划和虚拟施工对于整体建设的成功至关重要。黄欣说：“我们的团队在前期策划上采用数字化技术是比较果断的，想通过实景建模和GIS融合，快速地把现场施工场景给搭建起来。特别是在空间维度上解决BIM模型和地理信息的位置关系，模拟真实的施工现场状态，形成地上地下场景融合的虚拟建造。”

黄欣介绍说，发挥BIM模型可视化的优势，既可以为作业人员清晰表述施工的位置关系和条件关系，同时还可以与专家、协作方进行反复论证，在施工方案遴选中做到优中选优，形成智慧、高效的决策。该工程基于无人机航飞实现了实景建模，得到全线共计113.2千米约60平方千米范围的实景模型，进行全方位工程地貌导览，对前期策划、拆迁改迁、建筑保护、文物保护、生态环境保护等起到重要作用。

在施工推进过程中，该项目基于SYNCHRO 4D对施工组织和工期进行编排模拟，预先解决施工问题，加快协作和决策过程，优化施工组织，有效缩减工期62天。黄欣说：“我们以SYNCHRO 4D推演了不同阶段的施工资源配置，并定期进行进度分析比对，还面对大型构件装备进出厂的道路整体规划和安装应用进行了模拟。通过几个关键点的有效实施，确实做到了比较精准和精细化的管控，整体提升了项目管理水平。”

结合应用实践，项目开展了线性水利工程技术应用探索，加速推进了企业的施工信息化与数字化水平，形成了可行的技术路线，为后续类似项目奠定了基础。同时，积极总结本工程BIM应用经验，获得国内多项BIM成果，提升了企业形象和社会影响力。

随着越来越多的工程单位和业主运营商进入数字建造领域，更多的创新在涌现，更多的价值在呈现。数字建造已成不可逆的大势，拥抱数字化就在当下。