夢(mèng)回世博，燈火依舊輝煌，霓虹燈姹紫嫣紅，夜晚也璀璨亦如白晝，燦爛的背后，一座地下變電站默默地為這一切提供著穩(wěn)定的保障，它就是500kV靜安（世博）地下變電站——中國第一座世界上最先進(jìn)的全地下筒形500kV變電站，它與向家壩-上海±800kV高壓直流輸電示范工程奉賢換流站雙枝并秀，載入我國電力建設(shè)史冊(cè)，并在世界同行業(yè)樹立了里程碑。

圖1 500kV世博站示意圖

500kV靜安（世博）地下變電站位于上海市中心，成都北路、北京西路、大田路和山海關(guān)路圍成黃金地塊。直徑130米，深33.5米，基礎(chǔ)面積13300平方米，地下建筑面積53066平方米，地上建筑面積1590平方米。地下四層筒體結(jié)構(gòu)，局部設(shè)置小面積夾層，地面層建筑僅保留主控室、進(jìn)出口和進(jìn)出風(fēng)口。一層（-11.5米）為全金屬封閉組合電器設(shè)備及輔控裝置層，二層（-16.5米）為全金屬封閉組合電氣通管機(jī)電纜層，三層（-26.5米）為主變壓器等充油設(shè)備層，四層（-31.5米）為電纜層。

作為世界最大最深的500kv地下變電站，亦是上海首次將超高壓電源引入鬧市中心的樞紐變電站。其規(guī)模宏偉、技術(shù)頂級(jí)，不僅滿足了上海市浦西內(nèi)環(huán)線以內(nèi)中心城區(qū)的用電需求，優(yōu)化了浦西中心城區(qū)200kV電網(wǎng)，提高了供電可靠性，而且還保障了位于世博地區(qū)南市站、連云站的上級(jí)供電電源，為包括世博園區(qū)在內(nèi)的供電及中心城區(qū)200kV電網(wǎng)的更新改造創(chuàng)造了條件。

圖2 500kV靜安（世博）地下變電站Revit土建模型

可以說，該工程是目前國內(nèi)最深逆作法施工的項(xiàng)目，很多方面都是超常規(guī)施工，而且，工程又建在市中心，一有閃失，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響都無法估量，尤其在電氣建設(shè)方面，規(guī)模涵蓋500kV及以下所有電壓等級(jí)，電氣設(shè)備種類繁多，布置緊湊，其施工難度可想而知。然而，就在這種高難度實(shí)施的情況下，有一件神兵利器——BIM，使很多的困難迎刃而解。無論是建設(shè)方的上海市電力公司電網(wǎng)建設(shè)公司，設(shè)計(jì)方的華東電力設(shè)計(jì)院，還是施工方的上海送變電工程公司，都從BIM的實(shí)施方上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司方面得到了很多啟發(fā)。宏觀上，BIM為設(shè)計(jì)方解決了“設(shè)計(jì)內(nèi)容是如何建造”的問題；為施工方解決了“施工是否組織合理”的問題；為管理方解決了“如何去管理和控制”的問題。不難看出，正是基于對(duì)BIM的信賴，如此規(guī)模龐大的地下工程才得以順利推進(jìn)，如此高精尖的大體量項(xiàng)目才得到了世人的矚目。

圖3 500kV靜安（世博）地下變電站MEP及工藝模型

圖4 變壓器頂推應(yīng)力分析

圖5 碰撞點(diǎn)2D & 3D復(fù)查

智能BIM之妙

應(yīng)用BIM的目的本身就是為了更好地解決實(shí)際問題。上海市電力公司電網(wǎng)建設(shè)公司總經(jīng)理?xiàng)蠲鞅硎?，“?duì)于我們來說，使用軟件解決問題的方法有很多，但能夠進(jìn)一步提升效率，才是我們最為希望的，即用最少的時(shí)間和人員投入，來完成繁重的工作，而BIM就為500kV靜安（世博）地下變電站的整體實(shí)施提供了這樣的解決方案?？梢哉f，BIM大幅提升建設(shè)項(xiàng)目整體交付成果的品質(zhì)已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)?！?/p>

在500kV靜安（世博）地下變電站項(xiàng)目的建設(shè)過程中，參與的建設(shè)單位眾多，長(zhǎng)期以來，他們各自形成了自己獨(dú)有的技術(shù)路線，如果要求在短時(shí)間內(nèi)各參建單位摒棄原有的技術(shù)平臺(tái)轉(zhuǎn)向某一統(tǒng)一的新平臺(tái)，顯然是不切實(shí)際的，軟硬件更新維護(hù)、人員的培訓(xùn)以及新技術(shù)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)的磨合，都需要投入大量的人力財(cái)力，而且還需要有一個(gè)更為長(zhǎng)期的過渡階段。而在這里，由歐特克所提供的BIM就成為了一個(gè)很好的解決方案，在廣泛應(yīng)用的AutoCAD平臺(tái)的基礎(chǔ)上，BIM實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)到現(xiàn)代技術(shù)的平穩(wěn)銜接，并且AEC數(shù)據(jù)交換使得BIM打通設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、勘察、供應(yīng)商、物資、業(yè)主的全產(chǎn)業(yè)鏈成為了可能。

與傳統(tǒng)作業(yè)相比，BIM使得設(shè)計(jì)人員能夠從繁重機(jī)械的繪圖和出圖的工作中解放出來，將更多的時(shí)間和精力用作思考更高層次的設(shè)計(jì)問題；施工單位也可以用更短的時(shí)間領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，把更多的精力用在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的提前預(yù)控和對(duì)重要部位、關(guān)鍵產(chǎn)品的嚴(yán)格把關(guān)等準(zhǔn)備工作上?？傮w來說，BIM的應(yīng)用為這個(gè)復(fù)雜的項(xiàng)目提供了諸多傳統(tǒng)作業(yè)所無法比擬的便利。

圖7 高落差注絕緣油CFD分析

洞悉BIM智慧

與其說應(yīng)用BIM實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目工程難點(diǎn)的挑戰(zhàn)，不如說是憑借BIM自身的智慧完成了項(xiàng)目各方面的跨越。500kV靜安（世博）地下變電站作為國內(nèi)最大的逆作法深基坑施工項(xiàng)目，面臨著大件運(yùn)輸?shù)跹b風(fēng)險(xiǎn)大、高落差注絕緣油難度大、地下管線敷設(shè)復(fù)雜、交叉作業(yè)頻繁、施工環(huán)境惡劣、工期緊、質(zhì)量要求高等難題。然而，應(yīng)用了BIM輔助建設(shè)項(xiàng)目多維nD集成管理的解決方案后，實(shí)現(xiàn)了高效地項(xiàng)目合作與溝通；完成了科學(xué)地計(jì)劃與建造；更好地預(yù)測(cè)了風(fēng)險(xiǎn)與過程控制。

設(shè)計(jì)變更通常是影響施工項(xiàng)目工期成本和質(zhì)量的一個(gè)主要因素，通過BIM 4D模型可以進(jìn)行推演評(píng)估設(shè)計(jì)變更的影響。由于支持版本追蹤，使得工程模型和數(shù)字圖紙上每一項(xiàng)修改變更內(nèi)容都能追溯可控。其實(shí)，大型地下建設(shè)項(xiàng)目中，施工空間沖突在所難免，成為制約施工安排的一個(gè)重要原因，由于施工空間是不斷變化的，致使施工空間沖突也是動(dòng)態(tài)的，因此透過BIM 4D模型＋流程圖中緊前緊后工作的邏輯關(guān)系，從而合理安排施工隊(duì)伍工作的優(yōu)先級(jí)，把有限的資源投入到節(jié)點(diǎn)任務(wù)最緊、對(duì)進(jìn)度總控影響最大的關(guān)鍵路徑上。

500kV靜安（世博）地下變電站為地下四層，設(shè)備、工料都是通過南北兩個(gè)吊物最深送到-26.5米層。借助BIM模型中工程構(gòu)件是參數(shù)化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，工料清單中能快速直觀地辨識(shí)構(gòu)件在3D空間的安裝部位，進(jìn)場(chǎng)的施工材料、工器具能合理地布置到位，減少二次搬運(yùn)、降低成本并滿足安全文明的要求。

從項(xiàng)目的全生命周期看，大家都使用BIM作為一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)來協(xié)調(diào)合作，更好地提升了整個(gè)項(xiàng)目的效率和質(zhì)量。當(dāng)然所有這些的基礎(chǔ)，是各個(gè)參與方在不同階段的數(shù)據(jù)成果之間的共享和傳遞，在這里，BIM功不可沒。

圖8 施工用數(shù)字樣機(jī)

馭信BIM于行

實(shí)際上，目前國內(nèi)BIM應(yīng)用呈現(xiàn)一種重建模輕維護(hù)的現(xiàn)象。針對(duì)于此，500kV靜安（世博）地下變電站項(xiàng)目中，其BIM模型便采取在設(shè)計(jì)階段制作BIM基礎(chǔ)種子模型，由專業(yè)廠家深化補(bǔ)充模型，設(shè)備供應(yīng)商通過AEC交換數(shù)據(jù)提供部分裝配輕量化樣機(jī)，通過施工單位二次設(shè)計(jì)和局部模型重塑，來綜合運(yùn)行單位意見調(diào)整的技術(shù)路線。由此可見，BIM并不是由某個(gè)團(tuán)隊(duì)單獨(dú)完成，更不是實(shí)現(xiàn)于某個(gè)階段，而是隨著項(xiàng)目的進(jìn)展而不斷地更新維護(hù)。500kV靜安（世博）地下變電站的BIM就是新技術(shù)新方法完美結(jié)合的產(chǎn)物。

在本項(xiàng)目中，一二次電纜敷設(shè)優(yōu)化和高壓電纜敷設(shè)施工是項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要節(jié)點(diǎn)。一二次電纜、風(fēng)管、水管、GIL通管都集中布置在B2、B4層，站內(nèi)一次動(dòng)力和控制電纜涵蓋多個(gè)電壓等級(jí)，僅電力電氣電纜橋架就長(zhǎng)達(dá)28公里有余，可利用凈高小于4.2米，加之考慮預(yù)留檢修通道后，空間就變得更為有限，而接線工藝要求又非常高。高壓電纜截面大、硬度高，敷設(shè)時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑受電纜規(guī)格、材料特性和現(xiàn)場(chǎng)條件等種種因素的限制，長(zhǎng)期以來彎道處的電纜和電纜金具固定一直是敷設(shè)時(shí)的難點(diǎn)。因此，在現(xiàn)場(chǎng)就可能遇見由錯(cuò)、漏、碰、缺所導(dǎo)致的工程變更及其影響；影響設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)品質(zhì)和工作量；施工單位窩工、返工，存在安全風(fēng)險(xiǎn)；建設(shè)單位延誤送電、造價(jià)超支、質(zhì)量降低，造成資源浪費(fèi)、產(chǎn)生更多的碳排放等。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)照片

如何處理才能避免問題的發(fā)生？在對(duì)高壓電纜敷設(shè)彎道處的處理上，應(yīng)用Autodesk Inventor參數(shù)控制電纜容許彎曲半徑，支架沿敷設(shè)路徑iCopy參數(shù)化布置。使其優(yōu)化后，支架布置間距均勻，支架方向與電纜敷設(shè)路徑一致。從參數(shù)化的應(yīng)用上看，提前發(fā)現(xiàn)重要問題73處，并得到了有效解決，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)變更和不合理變更，為決策者提供了高附加值的參考信息。

值得一提的是，在整個(gè)項(xiàng)目的施工過程中，微觀4D四維施工的模擬其應(yīng)用的價(jià)值更加突出，它是3D技術(shù)基礎(chǔ)上多維nD應(yīng)用的新手段，是行業(yè)內(nèi)由純個(gè)人經(jīng)驗(yàn)管理方法提升為科學(xué)化管理方法的基石。

體驗(yàn)BIM傳承

20多年來，經(jīng)濟(jì)因素一直是主導(dǎo)我國建筑業(yè)發(fā)展的主因，但接下來的10年乃至更長(zhǎng)時(shí)間，環(huán)境和社會(huì)因素將會(huì)對(duì)建筑業(yè)產(chǎn)生更大的影響，所以建筑師的創(chuàng)意很重要，但卻不能忽視可持續(xù)的因素。這就必須重視建筑的性能化，而且要將其放到建筑的全生命周期中去看待。而BIM作為一個(gè)技術(shù)載體，可以更好地承載建筑全生命周期的各個(gè)元素，進(jìn)而提升項(xiàng)目橫跨策劃、設(shè)計(jì)、總承包、管理咨詢、物業(yè)運(yùn)營等等的全過程業(yè)務(wù)能力。

可見，要想將BIM貫穿于500kV靜安（世博）地下變電站的整個(gè)項(xiàng)目中來，質(zhì)量管理精細(xì)化是前提，綠色施工、持續(xù)改進(jìn)是保障。500kV靜安（世博）地下變電站項(xiàng)目在開工前就進(jìn)行了精心策劃，從質(zhì)量、安全、文明施工和環(huán)保等4個(gè)方面入手，共編制了多項(xiàng)具體施工策劃方案，確保施工有序開展，增進(jìn)項(xiàng)目合作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就位的實(shí)際情況重塑施工模擬。此外，地下施工環(huán)境相對(duì)封閉，粉塵、炎熱聚集危及施工人員職業(yè)健康；上海地下水位高，主變室、GIS室內(nèi)濕度普遍高于80%；地下施工環(huán)境無自然采光，人工照明有限，增加施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，這就要求必須利用BIM做好各種應(yīng)急預(yù)案的模擬和演練，從而達(dá)到綠色文明施工，安全布置策劃。

500kV靜安（世博）地下變電站項(xiàng)目在BIM的持續(xù)改進(jìn)方面做了一些嘗試。通常，施工現(xiàn)場(chǎng)需要承擔(dān)一部分設(shè)施竣工投運(yùn)前的維護(hù)管理，而這個(gè)過程的工作又極其繁瑣：進(jìn)場(chǎng)待安裝的設(shè)備數(shù)量和種類繁多，每套設(shè)備由不同的供應(yīng)商進(jìn)行配送和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)，而且，設(shè)備之間的技術(shù)協(xié)議管理缺乏橫向聯(lián)系，每套設(shè)備之間相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，進(jìn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)庫存儲(chǔ)管理工作量大，設(shè)備及配件領(lǐng)用借用頻繁。BIM為此而提供的設(shè)備關(guān)系、合同模塊和維護(hù)模塊，為存儲(chǔ)檢索與此設(shè)備相關(guān)的信息，存儲(chǔ)和檢索與此設(shè)備相關(guān)的技術(shù)協(xié)議、使用手冊(cè)等合同文件，記錄和提醒此設(shè)備的周期性維護(hù)計(jì)劃，以及設(shè)備的變動(dòng)維修記錄等提供了可靠的保障，也為整個(gè)項(xiàng)目BIM全生命周期的應(yīng)用畫上了完美的句號(hào)。