海上风电工程全生命周期管理过程中BIM 技术的应用研究

周兴华 赵 辉 余 浩 宋云峰 张继超 林逸凡

（1.华电（浙江）新能源有限公司，浙江杭州 310000；2.华电重工股份有限公司，北京 100070）

0 引言

近年来，在各类工程设计与管理中已逐步应用BIM技术，其发挥出优化性、可视化、模拟性以及协调性等相关优点，已在工程领域中得到了广泛的运用，海上风电工程也不例外。在国家“3060”节能减排目标的指导下，风电施工逐渐演变为较为热门的施工领域之一，发展前景良好。将BIM技术应用到海上风电工程全生命周期管理中，有利于各项施工技术的复核与执行，确保施工质量，达到节能降耗的目标。

1 BIM 的概念

凭借BIM技术能够通过数字形式，表达建筑中包含的各类元素，达到建筑数字化的效果。BIM模型是将三维数字技术作为核心，以全生命周期为重点，加强建筑产业链所有环节的联系，建立数据模型，为信息交互、查询、共享、输出等创设便捷的通道，通过三维可视化的方式呈现各类信息，奠定精细化管理的基础[1]。

另外，BIM技术能够融入工程项目的生命周期中，诸如规划、勘察、设计、施工、运维管理等。现阶段，BIM技术在我国建筑、工业、铁路等相关行业中得到了较好的应用和发展，在水运与海事工程中的应用范围正在持续地扩展，在海上风电工程中的运用还处于初始阶段。新形势下，提升管理效益属于主要趋势，对计划管控、采购管理、成本管理、资源整合等均提出了许多新要求[2]。而BIM技术在成果校核、工期模拟、打通专业界面、工程量统计等方面的应用，均需要明确行之有效的解决方式。

2 海上风电工程施工的特点

风电最早出现于欧洲，我国首先进行了陆地风电的运用，近年来才逐渐推广海上风电。立足于全局角度进行分析，海上风电的施工环境方面十分恶劣，工程协调存在较高的难度，对施工能力提出了许多要求[3]。一般情况下，人们会将海上风电工程归为传统水运工程，现阶段海上风电工程施工的单位以传统水运施工单位为主。但事实上，海上风电工程超出了水运范畴，特别是深海风电工程，已发展成海洋工程，对施工能力提出了许多新要求。与传统水运施工相比，海上风电工程涉及以下特点。

第一，风机涉及多种基础样式，对施工设备、能力等提出了较高的要求。风机技术属于整个施工过程的重要环节，单柱基础、重力式基础、三脚架技术、导管架基础等属于常见的基础形式，这些基础形式要求施工单位具备相应的能力。并且新基础形式正在不断地推陈出新，诸如欧洲应用广泛的三桩基础等。传统水运工程施工单位在向海上风电市场进行发展的过程中，需确保各类设备的专业化，诸如打桩船等。水运工程与海洋工程相比，存在天然的差异，需要施工单位在施工能力方面满足更高要求。

第二，施工周期偏短，使普通施工单位面临巨大难题，特别是刚进入海上风电市场的相关施工单位，实际施工时，存在许多不可控因素，这些因素是导致海上风电工程延期的重要原因，一般需要避开两个月的冬休期。并且受强流、强浪、台风等相关天气的影响，均无法正常施工，需要施工单位拥有良好的组织能力、施工能力，准确掌握施工窗口期，提高施工效率与质量。

第三，海上风电工程正在不断地向深海进行转移。现阶段，我国海上风电工程基本于近海浅水区、潮间带等相关区域开发，但近海区域能够开发运用的风电资源正在不断减少，使海上风电工程向深海、远海深入发展成为主要趋势。当前，我国已建设了超40m水深的风电项目，国外则拥有超100m水深的风电项目。对于深海作业而言，在海况环境方面更加恶劣，需要船机设备、施工工艺等满足更高要求。

因此，海上风电施工覆盖面广、协调难度大以及施工环境恶劣，需要科学规划、部署，并合理运用各类先进技术，构建专业的施工队伍与适宜的施工机械，确保海上风电工程施工任务的顺利完成[4]。

3 海上风电施工对BIM的需求

立足于施工单位角度进行分析，运用BIM技术，能够实现质量、进度、成本的平衡。对于海上风电工程而言，受各类因素的影响，需要BIM技术满足更多需求，比如多场地施工对整体场地布置优化的需求、特殊工艺研发需求、高效精准施工需求、成本管控需求、工程量精确统计需求以及业主对进度管理的需求等，均能够利用BIM技术实现[5]。

4 海上风电工程全生命周期管理过程中BIM技术的应用分析

以BIM技术为核心，结合海上风电工程实际情况，构建全生命周期建设管理平台，可对设计、施工、运维期的三维BIM信息模型和物联网大数据进行有效整合，建立面向场区提供多元化服务路径的智慧服务运营管理平台，比如设计施工、资产管理、运维综合服务、接触支持中心等[6]。首先，基于设计模型及相关信息，对隐蔽工程和重要设施开展高效维护与精益管理。其次，通过三维直观的表现方法，在开展应急预案规划和处理的过程中，加强科学管理。最后，有效运用运维时期的相关数据，基于BIM运维管理系统，建立相应的云端专业库，通过知识系统实现高效决策，降低人力成本。将互联互通、信息共享等作为目标，在各类智慧化技术的支撑下，与相关业务应用、功能进行关联，融入海上风电工程全生命周期的数据、资产信息管理中，为智慧化服务决策创设优质条件。本文针对BIM技术在海上风电工程全生命周期管理中的应用，以施工建设阶段管理平台的构建为主，对具体的策略进行探究。

4.1 施工深化建模

针对风场场区以及海上升压站施工，开展三维建模。结合施工特点与现场实际状况，划分施工面。其中，风场包含风机基础、风机机组、地形地质等相关模型；海上升压站则设计结构、电气、暖通以及消防专业模型深化。需要注意的是，模型深化必须同施工深化图深度相同。首先，深化模型需要构建各系统支管以及安装支吊架，设备构件数据库则需要附加厂商信息、安装制造信息等，比如弯头、三通以及阀门等。其次，建立钢结构模型，以钢结构细致节点为切入点，基于厂家产品相关要求，对其进行分段式处理，并细致地核对是否同现场情况相同。最后，立足于各专业特征，建立三维BIM模型，对二维图纸进行细致校对与核对。

4.2 三维图册

从施工图深化而来的三维图册，可更好地指导施工活动，并参照优化后的BIM模型，梳理管线十分复杂的地方，为其提供管线综合剖面图、节点大样图以及局部3D图等。同时，对尺寸进行标注，以精准反映竖向标高。

4.3 计算工程量

凭借BIM建模，利用空间实现的方式表达、验证、优化具体的工程设计，在二维图纸设计中引入BIM模型，存在极高的准确度。将材料统计数据、工程量导入BIM模型，拥有较强的可靠性与实用性，软件算法也有利于促进统计工程量进度、效率的提高。统计的工程量、材料等能够在工程预算分析中进行直接使用，为工程投资分析、造价控制、竣工决算等奠定良好的基础。首先，明确钢结构详图工程量。基于钢结构，对BIM模型进行深化，可高效率地获取钢构件预装模型及相关参数，基于编码、标注迅速绘制钢结构加工示意图、工程材料统计表等，导出图纸、材料统计表，由施工单位进行审核，通过后可直接报送厂家下料生产[7]。其次，计算管道设备工程量。通过对机电管道的深化，可对管道用量、管件量、设备工程量等进行全面如实统计。

4.4 在虚拟环境中进行施工模拟

首先，进行4D施工组织方案模拟。结合工程分部和分项的具体划分状况、施工节点进度、施工特点、现场具体状况等，实体切割三维模型，构建能够将施工作业对象与结构进行全方位呈现的施工作业单元实体模型。借助这一可视化方式，模拟、仿真工程施工的现场环境情况、工序、步骤、资源消耗状况等，对施工组织设计的可行性、优劣等进行深入分析。通过动态碰撞的方式检查三维模型、施工设备、施工设施、施工环境、建筑物等，以生成碰撞检测报告，结合报告对施工方案进行针对性的调整与完善，并分析施工总布置设计的科学性、合理性，实现施工规划布局的全面优化。通过BIM进行虚拟施工模拟，同施工总布局BIM空间模型、施工进度计划表进行联合，创设4D施工资源信息模型，优化与改善具体的施工方案。其次，建立专项BIM施工方案。通过BIM模型能够对施工过程的重要环节与工序等进行动态模拟，准确总结施工方案的不足与重要步骤，预先确定应对方法，使施工方案更具操作性，并通过可视化预演模拟的方式，对海上风电工程施工环境进行模拟，全方位控制复杂工序。最后，专项BIM施工方案模拟可运用于施工培训、技术交底等环节。

4.5 构建施工BIM管理平台

首先，借助Project等软件对施工进度进行有效控制。联合BIM模型，对比计划与实际施工时间之间的差异，找到偏差，以此提高施工效率，并对工程进度计划进行相对应的调整。基于进度计划，将计划完成工程量同实际情况进行对比。其次，将楼层空间位置、设备、材料信息等输入施工阶段模型。结合BIM信息模型，在这一平台上以编码的方式构建设备、材料管理等与施工进度的关联关系，利用设备或构件的三维BIM模型，追溯生产、运输、施工等信息的效果[8]。再次，运用iPad和手机等相关移动设备，向施工、监理单位等提供辅助，加强施工过程管控，在模型构建中添加施工现场拍摄工程实体、设备构件等照片，也可输入施工质量、安全等相关信息，回到管理平台服务器，要求工作人员对这些信息了如指掌，确保这一协同工作能够延伸到施工现场，继续开展细致工作。最后，通过BIM协同管理平台，全方位整合各施工环节资料、信息等，如构件检验报告、设计变更记录、验收记录等，各参与单位均能够查询，有利于实现协同管理。

5 结语

在“碳中和”逐渐深入的形势下，海上风电工程得到更多的关注，在海上风电工程全生命周期中应用BIM技术，能够有效提高项目信息化水平，夯实施工单位成本管控、工期控制、工程质量提高的基础，促进施工管理水平的提高。基于BIM技术的海上风电全生命周期建设管理平台拥有诸多优势，能够对建筑单体建设进行三维信息模拟，实现碰撞检查、精确算量、虚拟施工等相关应用，优化设计方案，实现精益管理。同时，对设计、施工等环节信息进行全方位整合，夯实运营阶段的决策基础。将数字、数据、资源、要素、效益等列入重要内容，数据信息移动交付可巧妙地借助建筑群相关工程信息及数据，以管控目的为出发点，对数据进行深入挖掘，确保海上风电工程运营主体能够做出科学的决策，发挥规模效益，获得更高的利益。在未来发展过程中，还需深入探究与健全BIM技术的运用路径与方式，推动海上风电工程朝着更智能化的方向发展，促进我国风电施工能力的提高。