杜 宏 李鳳亮 王 軍 耿世英 趙晶輝 王新輝 張 艷

（1、北京洛斯達數(shù)字遙感技術有限公司，北京100120 2、中能智新科技產業(yè)發(fā)展有限公司，北京100120）

1 變電站施工組織設計現(xiàn)狀

變電站施工是一項復雜且有安全風險的系統(tǒng)工程，而施工組織設計是對施工活動實行科學有效管理的重要手段[1]。施工組織設計的主要作用是：通過編制，明確工程的施工方案、施工順序、勞動組織措施、施工進度計劃及資源需用量與供應計劃，明確臨時設施、材料及機具的具體位置，有效地使用場地，提高經(jīng)濟效益。經(jīng)驗證明，如果變電站施工組織設計能反映客觀實際，符合國家政策和合同規(guī)定的要求，符合施工工藝規(guī)律，并能認真地貫徹執(zhí)行，那么施工就可以有條不紊地進行，就能較好發(fā)揮投資效益。

施工組織設計的編制一般由項目經(jīng)理組織，由項目總工及相關技術骨干，依據(jù)合同文件及調查資料，以及設計成果，根據(jù)自身的工作經(jīng)驗及國家相關部門制定的規(guī)章規(guī)范，自行編制?，F(xiàn)行的規(guī)章制度及標準工藝等，多以定性的條件來約束施工的邊界，控制安全施工的范圍，針對一類施工過程進行通用性的要求和規(guī)定，缺乏針對具體工程的具體問題，進行定量和精確的分析，進而給出合理化建議。正是因為如此，使相關的規(guī)定和要求流于形式，無法落地指導實際施工組織設計工作，進而引發(fā)施工過程與施工組織設計脫節(jié)，形成風險隱患，并影響項目進度和質量。

2 變電站三維設計成果分析

國家電網(wǎng)公司制定了GIM三維設計成果的標準，用于規(guī)范各個設計院及不同設計軟件的成果輸出，為變電站建設單位及施工、監(jiān)理、運維等單位進行三維數(shù)字化移交，制定質量標準。同時為三維設計成果的后續(xù)應用奠定堅實的基礎。

標準規(guī)定了三維設計成果以GIM格式存儲。約定了用參數(shù)化方式建模，所有構件都富含設備設施信息，通過梳理各個階段的共性需求，將輸變電工程信息加以規(guī)范，建立統(tǒng)一的模型框架和描述方式，實現(xiàn)不同平臺的采集及應用。

三維設計成果GIM數(shù)據(jù)中采用面向工程對象管理的原則，將其分為5 級，全站級，系統(tǒng)（區(qū)域）級，子系統(tǒng)（子區(qū)域）級，設備（設施）級，部件級[2]：

GIM數(shù)據(jù)以輸變電工程信息數(shù)據(jù)為基礎，采用三維數(shù)字化技術建立的工程信息集合，是對輸變電工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達，具備完備性、關聯(lián)性、一致性、唯一性、擴展性等特點。

三維設計成果GIM數(shù)據(jù)通過研究模型接口技術和統(tǒng)一編碼系統(tǒng)，建立貫穿輸變電工程全過程的信息模型。將輸變電工程中建筑、設備等構成元素數(shù)字化，以信息模型為載體，集成全壽命周期內的信息，是對輸變電工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載。三維設計成果GIM數(shù)據(jù)在這方面的優(yōu)勢如下：

（1）數(shù)據(jù)覆蓋全。三維設計成果GIM模型數(shù)據(jù)其覆蓋了整個輸變電工程全壽命周期內的每個單元的模型及信息，包括設計階段、施工階段以及運行階段中涉及到的電氣、土建、結構、水暖、場地等基礎建設對象模型以及電氣設備對象模型等全部專業(yè)內容。

（2）模型數(shù)據(jù)層級分明。三維設計成果GIM模型數(shù)據(jù)不僅攬括了全生命周期的模型數(shù)據(jù)，而且對這些數(shù)據(jù)進行了區(qū)域、系統(tǒng)、層級的劃分。對整個工程模型從整體到個體，從區(qū)域到具體設施設備，層級分明，其在進行三維數(shù)字化時，可以將它們進行合理的整體操作或者單獨操作。

（3）屬性信息全面。三維設計成果GIM數(shù)據(jù)中，其為工程項目中需要用到的模型對象都配有相應屬性文件，這些對象基本覆蓋整個工程以及到區(qū)域、設備、部件層級。每個屬性文件對其對應的模型對象進行了豐富的信息描述，可同時滿足模型使用者、查看者、管理者對模型信息的了解。

（4）數(shù)據(jù)冗余少。三維設計成果GIM數(shù)據(jù)中所有模型均采用參數(shù)化建模，每個模型均使用最小幾何圖形單元組合而成，這些最小幾何圖形成為三維基本圖元，包括常規(guī)幾何體和專用幾何體。采用這種結構方式，大量減少了數(shù)據(jù)量，使得不同模型可以使用相同的基本圖元，不會將各自的模型信息全部分別存儲，減少數(shù)據(jù)冗余。

（5）輕量化。三維設計成果GIM文件對存儲的模型數(shù)據(jù)采用7Z算法進行壓縮，總體文件的大小相對于其包含的模型數(shù)據(jù)來說很小，而且文件可設計壓縮解壓密碼，對數(shù)據(jù)保密性與安全性起到一定的作用。

3 功能模塊

系統(tǒng)在深入建設單位、施工單位以及設計單位等一線單位調研的基礎上，結合施工組織設計及施工管理的實際，利用先進的三維渲染引擎，研發(fā)了管控平臺。平臺由前期準備、施工規(guī)劃、專項分析、過程管控以及系統(tǒng)設置五大模塊組成。

3.1 在施工進度管理中的應用

施工進度管理模塊包含甘特圖控件，用以網(wǎng)絡圖變電站施工工序規(guī)劃方案中一級對象（單位工程）與二級對象（最小安裝單元工程）在時間維度上的展現(xiàn)。甘特圖控件可展示工序規(guī)劃方案中項目工程的層級結構，以及工序對象的先后關系。通過推演功能實現(xiàn)變電站施工方案的動態(tài)模擬。施工進度管理模塊能夠更加直觀、全面的對變電站項目施工方案的全過程，從而提高施工進度管理的科學性。

圖1 系統(tǒng)及模塊界面

3.2 在施工場地布置中的應用

對變電站三維施工場景進行場地規(guī)劃，根據(jù)場地布置的原則，交互式地進行不同區(qū)域的劃分和布置。并賦予區(qū)域屬性和功能，系統(tǒng)會對劃分的功能區(qū)進行分析，對不符合規(guī)定或條件的情況，進行預警和提示。確保各區(qū)域合理布置、互不影響。

場地布置是施工管理中一項重要的內容，是建立在施工區(qū)域及其周邊的三維仿真環(huán)境上的，在虛擬環(huán)境中，管理者可以從不同的角度查看、測量整個施工區(qū)域，全面了解施工區(qū)域的基本情況。管理者可以在虛擬環(huán)境中，交互式地劃分不同的功能區(qū)域，如材料堆放區(qū)、員工生活區(qū)、組裝區(qū)、施工區(qū)域等等，并賦予不同的屬性。

3.3 在施工安全管控中的應用

風險分析模塊主要提供變電站項目施工前后存在風險點的標注與分析，有利于管理人員對項目整體風險進行把控，輔助管理人員排除潛在的安全問題，降低變電站施工的風險發(fā)生率。

（1）風險點標注功能。本模塊實現(xiàn)風險點的可視標記、定位、查詢。通過人機交互在施工方案三維場景中對風險點進行布置與刪除?？商砑语L險點描述、等級、類型等的屬性信息。

（2）風險分析功能。通過對電氣設備安裝過程中，施工機械與電氣設備的安全距離進行分析，發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患，并進行風險預警，輔助管理人員及時對存在的風險進行管控，并通過調整施工方案對其進行規(guī)避。

4 在青海冷湖330kV工程中應用

結合在青海省冷湖330kV變電站項目中應用實際來看，運用三維設計成果，結合三維施工管控系統(tǒng)的功能，在以下幾個方面能極大地改善施工組織設計工作。

4.1 三維重構GIM數(shù)據(jù)

GIM格式數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)三維設計模型的基礎上，更在專業(yè)化的層次劃分，設備設施的屬性規(guī)范方面，進行了標準化的規(guī)范。系統(tǒng)在克服大數(shù)據(jù)量讀取、批量渲染和模型輕量化的各項困難后，實現(xiàn)了GIM數(shù)據(jù)的三維重構過程。在場景中精確地還原了GIM的三維模型，構建了層次化的模型，并通過數(shù)據(jù)屬性進行設備設施的統(tǒng)計和管理。

4.2 輔助施工組織設計

通過交互的手段，規(guī)劃整個項目施工進度方案、自動計算施工進度計劃、人機等施工資源需求計劃及空間互斥性預警、進度工期、人材機統(tǒng)計報表等功能，能夠根據(jù)動態(tài)的反饋信息輔助施工進度方案的規(guī)劃，實現(xiàn)變電站施工進度高效的管控。

項目工程管理網(wǎng)絡圖控件，該控件是整個仿真平臺功能的基礎，網(wǎng)絡圖控件可以對整個項目中的一級工程（單位工程）與二級工程（安裝單元工程）進行管理，制定它們的先后順序以及設定相關參數(shù)，為后續(xù)的其他功能提供基礎。在網(wǎng)絡圖控件中，可添加、刪除單元工程，修改單元工程屬性數(shù)據(jù)，對單元工程的工序、優(yōu)先級等進行設置。利用網(wǎng)絡圖控件來設計變電站施工工序規(guī)劃方案，其效果直觀、工序、工程優(yōu)先級等清晰，能讓軟件使用者對整個工序規(guī)劃方案一目了然。

圖2 GIM格式數(shù)據(jù)三維重構

4.3 輔助施工進度管理

利用自動生成的甘特圖，可以進行工序的施工推演，讓管理人員在推演過程中，發(fā)現(xiàn)工序安排的不合理之處，以及窩工或者資源超用的情況，從而為優(yōu)化設計方案，提供了具體而明確的指導方向。

5 結論

結合在青海省冷湖330kV變電站項目中應用實際來看，運用三維設計成果，結合三維施工管控系統(tǒng)的功能，在三個方面能改善施工組織設計工作。

5.1 提高工作效率

利用系統(tǒng)的可視化工序規(guī)劃功能，能夠直觀地進行資源分配和工序分配，同時能夠自動生成施工計劃表，從而顯著地提高施工組織設計的編制效率。

5.2 提高方案制定的科學性

通過量化的三維空間分析，能夠從數(shù)據(jù)角度定量地剖析方案的利弊，從而實現(xiàn)優(yōu)中選優(yōu)。

5.3 拓寬施工組織設計的應用范圍

首先能提高施工組織設計的深度，從為施工管理提供指導，深入到為施工人員進行班前會提供技術手段。再者，將施工組織設計從項目管理的指導性文件，拓展到了日常的施工管理的過程中，加深了管理的顆粒度。

總之，利用信息化手段，結合三維設計成果進行信息化的施工組織設計是完全可行的，且具有很大經(jīng)濟效益和社會效益。不僅能提高施工設計的質量，還能提高整個施工的質量，降低施工過程中的風險，提高施工資源的利用率。