探究三维数字化技术在火力发电厂基建期的应用

吴正平

（国能神皖马鞍山发电有限责任公司，安徽 马鞍山 243000）

0 引言

基建工程管理是指从项目前期到后期，对项目的投资、进度、质量、安全等方面进行综合管理，包括施工准备、施工过程、竣工验收等阶段。传统的基建管理主要采用纸质资料方式，如现场施工日志、施工进度计划等。纸质资料不仅格式固定且信息量小，难以快速查询和统计；另外，在纸质资料管理过程中会出现数据丢失等问题。利用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术进行基建工程管理可以提升基建工程的管理水平和效率。首先，利用BIM技术建立三维数字电厂模型，以三维数字电厂模型为基础开展基建项目全生命周期管理工作；其次，利用BIM技术进行三维可视化管理，从不同角度对基建项目进行展示和分析；最后，利用BIM技术的协同设计功能完成基建项目的设计变更管理工作[1-2]。

1 三维数字化技术在火力发电厂基建期的应用优势

1.1 有效控制工程造价，实现变更索赔动态跟踪

工程实施过程中可能出现各种设计变更，如果不能及时有效地处理这些问题，将会造成工期延误和成本增加。采用BIM技术，可以根据构件属性对模型进行关联，并准确计算出构件的工程量。在三维数字工厂平台上对各专业模型进行碰撞检查，可快速得出碰撞结果。通过软件中的统计分析功能，可对各专业工程量进行统计、汇总和分析。通过三维可视化技术和虚拟现实技术，可直观展示工程施工过程中的冲突部位及解决方案。可以动态展示实际工程量与模型工程量之间的关系，并对施工过程中产生的变更、索赔进行动态跟踪和管理。

1.2 实现施工现场的三维数字化管理

电厂基建期的施工现场管理是保证工程顺利施工、实现项目管理目标的关键环节。随着三维数字化技术的不断发展，工程项目施工现场的管理手段也逐步由传统的人工管理向以数字化信息为基础的现场管理转变。三维数字化技术可以将各类工程信息（包括设计、施工、监理等）全部集成到虚拟空间，构建一个三维数字空间，并可以通过各种网络和通信工具进行信息的收集、传递、共享和交换。施工现场的三维数字化管理平台可以实现工程项目三维数字化技术在建设工程全生命周期内的应用，实现对项目工程进度、质量、安全、成本等方面进行精细化管理，并为业主提供基于BIM数据模型的一体化管理平台。

1.3 实现设计的三维交付

在基建工程中，由于现场条件的限制，常规的二维设计方案不能直观展示各种设备的安装位置，影响了施工人员对现场实际情况的掌握和施工方案的制定。为了解决这一问题，可以采用三维设计方案。在工程设计过程中，利用BIM技术，在计算机上创建三维建筑模型和设备模型，将模型导入到工程设计系统中，在系统中展示多个项目的建筑结构、电气和暖通、给排水等专业的设备布置图和管线综合图，并可对设备进行三维展示，通过对设备及建筑模型的三维展示，可以直观地了解到建筑物内每一项设备的具体位置及相关管线的布置情况。此外，通过对设备及建筑模型进行碰撞检查、工程量统计、材料统计等工作，可以对设计过程进行优化和管理。

1.4 仿真分析与虚拟漫游

在相应的项目领域进行建设前，先将项目目标的3D虚拟模型上传到项目数据库中。在进入数据管理平台之后，火电厂参建部门、设计单位、施工单位以及监理公司的技术人员可以利用3D虚拟工程模型的可视化展示功能，直观、真实地了解火电厂工程建设的周边环境、施工过程与优化效果，还可以方便地查询各有关工程对象的标识系统编码、设计参数、工程数据及其他有关信息。在此基础上，通过交互和可视化的方式，对工程进行可视化的3D仿真，从而保障工程的建设进程和质量。

1.5 设计验证及碰撞检测

三维模型碰撞检查是通过建立现实场景对应的碰撞模型，在模型中以不同的视角对实际场景进行碰撞检测，从而发现潜在的碰撞冲突点。通过在三维数字工厂中进行三维碰撞检查，能够快速发现建筑内不同专业之间、不同管道之间以及设备与设备之间的碰撞问题，并且可以直观地发现潜在的碰撞冲突，同时也可以对这些潜在的碰撞冲突进行标注和分类，并可通过修改模型参数进行优化。通过对三维模型的碰撞检查，能够使施工人员更加了解复杂建筑结构中各专业、各设备的位置关系和相互关系，从而可以更加合理地组织施工，避免不必要的返工浪费。

2 三维数字化技术在火力发电厂基建期的具体应用

2.1 项目概况

某大型火力发电厂是国内较早引进“大容量、高参数、超临界、全数字”机组的工程项目。该项目由2台660 MW超临界燃煤机组组成，基建期设计的主要内容包括初步设计、施工图设计和施工。传统的设计方法是基于二维图纸进行设计，存在设计质量不高、效率低下、成本高昂等问题。随着数字化技术的不断发展，将三维数字化技术应用于火力发电厂基建期设计中，有助于提高基建项目的设计质量和效率，同时能够有效解决基建管理中的诸多问题。该项目施工难度大、工期长，设计人员在基建管理方面遇到了一系列难题。一是工程施工难度大。电厂建设周期长，技术要求高，现场管理复杂。二是基建管理任务重。基建管理人员来自不同单位，协调难度大。三是信息共享不充分。基建项目参与方多，信息交互复杂。四是设计变更频繁。施工阶段存在大量的设计变更，且变更工作量巨大。五是设计标准不统一。不同的设计院采用不同的标准进行设计，导致图纸重复率高。

基于上述问题，本文提出一种基于三维数字化技术的基建项目数字化管理方法。该方法可以将火力发电厂基建期相关图纸、竣工资料等信息存储在三维数字化平台上，并以此为基础建立三维数字电厂模型及工程量统计分析系统。同时利用BIM技术实现基建项目全生命周期管理，包括工程概况、进度计划、资源计划、设计变更管理、施工进度管理等模块，通过将数字化平台与基建管理系统进行无缝对接，实现基建项目设计、施工和运营一体化全生命周期管理。

2.2 项目管理规范

以该火电工程项目为例，利用BIM技术建立基建工程管理模型，如图1所示。该项目利用了生产管理信息系统中的自动化过程，完成了任务下达、权限分配、资料交接会签、版本发布、成品校审、电子签名、图档管理等多专业多步骤的协同设计。在此基础上，提出了一种面向多系统和多平台的一体化工作流转机制。各个学科之间的协作、同步和自动化水平较高。与此同时，从技术标准、设计流程、质量控制措施三个角度，对工程BIM数字化设计进行严格的规范，并利用软件平台对流程进行固化，从而达到了规范化的应用。

图1 基建工程管理模型

图2 数字化电厂信息管理平台

2.3 模型元件库

为了确保在该工程中使用的信息化模型的建模品质和实用性，需要对建模工作流程、工程模型数据库及公用模型数据库进行专门管理，以确保数字化建模工作的顺利进行。所构建的元件数据库具体包含设备库、管道元件库、阀门库、电器元件库、支吊架数据库、结构截面库等内容，其中模型类型是完备的，它的空间表达是适当的，属性数据是完整的，能够达到设计深度的需要。

2.4 设计软件平台

基于项目Wise的数字设计平台，实现了对产品的协同设计，充分发挥了Bentley Microstation软件中的异型装备模型以及AVEVAPDMS平台中的数据库驱动图形等优点，并在此基础上，自行研发了多款界面软件，确保了单个产品与该系统之间的数据传输的时效性和精确性。

2.5 数字化电厂信息管理平台

利用BIM技术可以对场地进行模拟分析并进行动态展示，同时利用三维可视化技术对场地各区域的空间关系进行模拟分析。例如，通过三维可视化技术可以直观展示整个场地的道路网络关系、管线分布情况及场地内水、电、风、光等管线的空间关系。

三维数字工厂平台在三维模型基础上，整合了多个系统的数据，将数据模型通过可视化方式展示出来。该平台主要实现设计阶段、施工阶段、运维阶段的三维一体化管理。在设计阶段，该平台可以将BIM模型导入到三维数字工厂平台上进行碰撞检查，从而快速发现设计错误，并进行修改。此外，该平台还提供了模型空间定位及数据更新功能，可准确地将设计图纸与现场实际情况进行对比，实现工程项目管理中的图纸校审及交付工作。在施工阶段，该平台可以对现场施工信息进行收集和管理。在三维数字工厂平台上进行工程量计算、变更索赔等工作，为施工信息的采集和存储提供了可靠的基础数据。在运维阶段，该平台可以将数据模型导入到三维数字工厂平台上进行模拟仿真培训、运维指导等工作。通过建立三维数字化管理平台，实现设计、施工和运维全生命周期的信息化管理。

3 结束语

基于三维数字化技术的火力发电厂基建期设计、施工和运营一体化全生命周期应用，主要实现了以下成果：一是提出基于三维数字化模型的工程量统计方法，解决了工程量统计难、审核效率低的问题；二是采用基于BIM技术的三维可视化管理方法，提高了基建管理水平；三是基于BIM模型建立了进度计划系统，并对施工项目进行有效管理。本文提出的方案已在多个基建项目中得到应用，为火力发电厂基建期设计、施工和运营一体化全生命周期应用提供了新的技术支撑。■