紀(jì) 明，錢(qián)澤倫

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

通過(guò)建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM)技術(shù)的相關(guān)軟件建立的三維數(shù)字模型中包含建筑物構(gòu)架的幾何信息、材料信息等相關(guān)內(nèi)容，并且允許設(shè)計(jì)、施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)需求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)和信息的調(diào)整[1]，保證模型在設(shè)計(jì)—竣工—拆除的生命周期內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際吻合。BIM技術(shù)使得建筑工程信息集成化，提供了工程信息共享的平臺(tái)。

BIM技術(shù)作為一個(gè)可應(yīng)用于建筑全生命周期的系統(tǒng)工具，具有如下特點(diǎn)：① 參數(shù)化，BIM模型具備建筑物完整信息屬性，這使得分析工程造價(jià)、能耗等信息可以完全智能化；② 可視化，與抽象的二維圖紙相比較，利用BIM技術(shù)繪制的三維模型往往更加直觀，就算是非專業(yè)人士，也能通過(guò)模型知道，建筑的某一部分是如何構(gòu)成的[2]。這為施工和運(yùn)行單位的溝通與決策提供了可視化的依據(jù)；③ 協(xié)調(diào)性，不同專業(yè)間的協(xié)調(diào)是工程管理過(guò)程中的重中之重。在施工前，針對(duì)各專業(yè)間的碰撞點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，降低現(xiàn)場(chǎng)施工協(xié)調(diào)次數(shù)與工程更改次數(shù)，從而提高工程效率；④ 可模擬性[3]，在工程開(kāi)工之前可以利用BIM進(jìn)行4D模擬、消防安全模擬、可持續(xù)性分析模擬等，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

本文以黃渡500 kV變電站主變?cè)鋈菁芭潆娧b置改造工程為例，闡述了BIM 技術(shù)在超高壓變電站設(shè)計(jì)、施工、管理過(guò)程中的相關(guān)應(yīng)用。

1 工程簡(jiǎn)介

黃渡500 kV變電站站址位于上海市嘉定區(qū)西南12 km的黃渡鎮(zhèn)、曹安公路南側(cè)安虹路東側(cè)，站址東西長(zhǎng)約420 m，南北寬約250 m。目前安裝有4臺(tái)750 MVA主變壓器；500 kV出線8回，3/2接線間隔6串，500 kV配電裝置位于變電站西側(cè)，南、北向出線；220 kV出線18回，采用雙母線雙分段接線，220 kV配電裝置(戶內(nèi)GIS)布置在站區(qū)南側(cè)向南出線；500 kV主變和35 kV無(wú)功補(bǔ)償裝置在500 kV東側(cè)、220 kV北側(cè)，主變按6號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)依次南北向布置；主控通信樓布置在站區(qū)北側(cè)，從北側(cè)進(jìn)站。

圖5 黃渡站現(xiàn)狀部分設(shè)備族庫(kù)模型

本期改造工程新建4臺(tái)1 200 MVA自耦變壓器，替換黃渡站現(xiàn)有5，4，3，6號(hào)750 MVA主變。黃渡站改造前和改造后的場(chǎng)地布置圖以一次接線圖如圖1至圖4所示。新建黃渡500 kV屋內(nèi)GIS配電裝置，利用新征地塊建設(shè)500 kV戶內(nèi)GIS配電裝置，形成7個(gè)完整串，4臺(tái)主變?nèi)窟M(jìn)串。拆除現(xiàn)有黃渡500 kV敞開(kāi)式配電裝置。本期建設(shè)10回500 kV出線。分別為2回至蘇州特、2回至徐行、2回至華新直流、2回至泗涇、2回備用。其中，渡泗5101線與蘇州特至黃渡線路的一回路在黃渡站內(nèi)配串。

圖1 黃渡站改造前場(chǎng)地布置圖

圖2 黃渡站改造前一次接線圖

圖3 黃渡站改造后場(chǎng)地布置圖

圖4 黃渡站改造后一次接線圖

2 BIM在設(shè)計(jì)深化中的應(yīng)用

2.1 三維模型建立

BIM模型庫(kù)由各式各樣的族所組成，在設(shè)計(jì)最初階段，需建立完整的設(shè)備族庫(kù)。族分為常規(guī)構(gòu)件族和特定構(gòu)件族(見(jiàn)圖5)。在一個(gè)項(xiàng)目模型中，常規(guī)構(gòu)建族可以通過(guò)設(shè)定現(xiàn)有的參數(shù)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目中的獨(dú)特性與適用性。然而，項(xiàng)目中無(wú)法通過(guò)常規(guī)族進(jìn)行搭建的就必須創(chuàng)建特定族。由于在常規(guī)族庫(kù)中缺少與黃渡站現(xiàn)狀相關(guān)的電氣設(shè)備族，因此本次項(xiàng)目共創(chuàng)建特定族文件85個(gè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的覆蓋率達(dá)到80%。此次對(duì)500 kV黃渡站站內(nèi)設(shè)備族庫(kù)的豐富，同時(shí)也給上海電網(wǎng)后期同類型項(xiàng)目實(shí)施BIM技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)族庫(kù)進(jìn)行完善后，根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，依據(jù)存檔圖紙建模。建立可視化模型，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做到真實(shí)還原。與新建變電站不同的是，現(xiàn)役電氣設(shè)備、構(gòu)支架、建筑物以及鐵塔模型也需要全部建入BIM中，隨后可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況修改平面布置，從而實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度可視化的目的。如圖6為黃渡站改造前進(jìn)線部分場(chǎng)地模型，包含了鐵塔、門(mén)式鋼架、避雷針、罐式斷路器等。根據(jù)現(xiàn)狀照片與BIM模型的對(duì)比，可以看出BIM模型呈現(xiàn)出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)較高的還原度。

圖6 黃渡站BIM模型與現(xiàn)實(shí)照片對(duì)比

2.2 管線碰撞測(cè)試

圖7 通過(guò)BIM發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的通管路徑問(wèn)題

使用BIM設(shè)計(jì)時(shí)，不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)中心，同時(shí)數(shù)據(jù)中心將其他專業(yè)的數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)人員。本專業(yè)人員隨時(shí)可以了解到與其他專業(yè)的設(shè)計(jì)是否存在沖突，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可通過(guò)及時(shí)協(xié)調(diào)，避免將問(wèn)題遺留到施工過(guò)程中。通過(guò)BIM三維可視化聯(lián)審平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)圖7左中500 kV GIS室土建部分的結(jié)構(gòu)柱與電氣部分的GIL通管發(fā)生碰撞，圖7右中GIL通管間發(fā)生了穿插。如若等到施工過(guò)程中才發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，勢(shì)必需要將之前確定的GIL通管路徑方案進(jìn)行變更，既增加了施工難度，也延長(zhǎng)了工程周期，進(jìn)而提高了工程造價(jià)。BIM技術(shù)的應(yīng)用節(jié)約了圖紙會(huì)審時(shí)間，也提高了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作效率，同時(shí)也給施工方減少了不必要的麻煩。

3 BIM在施工過(guò)程中的應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)高效靈活的場(chǎng)地布置

考慮到施工不能影響站內(nèi)正常巡視，且施工部位和設(shè)備運(yùn)行區(qū)域必須進(jìn)行有效隔離，通過(guò)BIM可視化模型，對(duì)站內(nèi)場(chǎng)地進(jìn)行靈活布置，從而確保運(yùn)行設(shè)備和場(chǎng)地施工的安全。場(chǎng)地布置總圖如圖8所示。由于在施工初期原6號(hào)主變還在運(yùn)行中，為防止施工人員靠近，在其外側(cè)設(shè)置安全圍欄，如圖9所示。在組立過(guò)渡構(gòu)架區(qū)時(shí)，BIM模型下發(fā)現(xiàn)作業(yè)下方存在220 kV通管，為防止上方墜物對(duì)其造成破壞，導(dǎo)致停電事故甚至是人身傷害，需搭設(shè)棚架進(jìn)行保護(hù)，如圖10所示。

圖8 場(chǎng)地布置總圖

圖9 原6號(hào)主變外側(cè)設(shè)置安全圍欄

圖10 搭設(shè)棚架保護(hù)

3.2 優(yōu)化施工方案

本工程是在原站址內(nèi)實(shí)現(xiàn)12臺(tái)主變、500 kV敞開(kāi)式設(shè)備以及無(wú)功設(shè)備的改造，很多基礎(chǔ)建設(shè)需結(jié)合設(shè)備停電實(shí)施。因此，利用BIM建模合理規(guī)劃停電施工過(guò)渡方案，保證正常施工區(qū)域與帶電設(shè)備保持足夠的安全距離，最關(guān)鍵點(diǎn)確定需停電施工的停電范圍和時(shí)間，以便建管單位申請(qǐng)?jiān)O(shè)備停電計(jì)劃。

以BIM模型指導(dǎo)黃渡500 kV新構(gòu)架安裝為例(見(jiàn)圖11)：通過(guò)BIM技術(shù)可以1:1實(shí)現(xiàn)原站內(nèi)構(gòu)架、鐵塔及導(dǎo)線三維建模，結(jié)合新構(gòu)架布置位置可以直接測(cè)量新構(gòu)架與500 kV導(dǎo)線距離，從而優(yōu)化了施工步驟及停電計(jì)劃。

(1)首先確定不停電安裝范圍。通過(guò)1:1模型測(cè)量新構(gòu)架與運(yùn)行導(dǎo)線距離(需保證10 m以上安全距離)，確定了第一跨門(mén)架可不停電安裝；

(2)優(yōu)化了渡泗5108線與5101線停役方案。將原計(jì)劃全階段同停施工優(yōu)化為部分同停，先行實(shí)施5108線停役時(shí)第二跨、第三跨新門(mén)架吊裝。減少同停時(shí)間，保證了電網(wǎng)安全穩(wěn)定；

(3)渡泗5108線與5101線同停階段，完成5108線翻接至新門(mén)架，同時(shí)開(kāi)展5101線門(mén)架吊裝，渡泗5108完成翻接即可復(fù)役；

(4)渡泗5101線門(mén)架吊裝完成后，導(dǎo)線翻接至新門(mén)架，驗(yàn)收完成后復(fù)役；

(5)華渡5115和5116線結(jié)合華新直流大修全停，實(shí)現(xiàn)新門(mén)架吊裝及新鐵塔組立工作，導(dǎo)線依次翻接至新門(mén)架后復(fù)役。

圖11 500 kV線路搬遷施工過(guò)渡階段BIM模型

從圖11中截取的BIM模型中可以獲得相關(guān)設(shè)施所屬的地塊(圖11a)，現(xiàn)場(chǎng)線路的帶電情況(圖11e)，以及現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)單側(cè)帶電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(圖11d)等信息，它們將作為現(xiàn)場(chǎng)施工平面布置的重要參考。通過(guò)該模型，可以優(yōu)化停電實(shí)施方案，縮短500 kV線路同停時(shí)間，減少現(xiàn)場(chǎng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了人身、電網(wǎng)、設(shè)備安全。

3.3 模擬施工

利用BIM技術(shù)3D模擬特點(diǎn)，本工程成功使用模擬承插型盤(pán)扣式模板支撐系統(tǒng)施工。根據(jù)施工技術(shù)方案模擬搭設(shè)，發(fā)現(xiàn)有多處現(xiàn)場(chǎng)不能實(shí)現(xiàn)的區(qū)域，例如支撐處有1.2 m深電纜溝、部分支撐處有主變?cè)O(shè)備基礎(chǔ)以及剪刀撐設(shè)置不合理等等。模擬搭設(shè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)反饋給方案編制人員，特殊區(qū)域?qū)Υ钤O(shè)方案進(jìn)行修正。盤(pán)扣式腳手架安裝過(guò)程如圖12所示。

圖12 盤(pán)扣式腳手架安裝過(guò)程

3.4 實(shí)現(xiàn)可視化交底

技術(shù)交底是對(duì)施工過(guò)程中的一項(xiàng)技術(shù)指導(dǎo)，交底質(zhì)量成為施工過(guò)程安全質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素。利用BIM技術(shù)直接將模擬施工以視頻格式導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)可視化交底。相對(duì)于以往傳統(tǒng)的施工技術(shù)員或總工程師圖紙及方案交底，BIM結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)施工人員與擬建建筑物的互動(dòng)感知，從而提高了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的理解力[4]，減少了施工人員因理解偏差而造成工程事故的概率。

本工程實(shí)現(xiàn)了主變及66 kV GIS室高支模施工可視化交底。利用BIM動(dòng)畫(huà)技術(shù)制作盤(pán)扣式高支模工程施工交底視頻，該視頻從施工工藝技術(shù)、施工方法、檢查要求、安全保障措施等幾個(gè)方面通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示的直觀方式實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的技術(shù)要點(diǎn)交底。通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示，向各方準(zhǔn)確傳達(dá)技術(shù)方案內(nèi)容、施工過(guò)程的難點(diǎn)、危險(xiǎn)點(diǎn)。監(jiān)理單位、施工單位利用其監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)施工效果，通過(guò)模型與實(shí)際施工情況進(jìn)行對(duì)比，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。最終形成3D效果的技術(shù)交底圖(局部)如圖13所示。

圖13 盤(pán)扣式腳手架3D模型(局部)

4 BIM在協(xié)同管理過(guò)程中的應(yīng)用

對(duì)于建設(shè)單位而言，項(xiàng)目從立項(xiàng)到竣工的全過(guò)程管控非常重要。由于變電站工程的特殊性，投入運(yùn)行后的站內(nèi)設(shè)備只能滿足一定時(shí)間內(nèi)供電要求。若涉及再次改造，前期工程的資料就顯得尤為重要。因此，在本工程中通過(guò)BIM集成全專業(yè)模型，并以集成模型為載體，關(guān)聯(lián)施工過(guò)程中的進(jìn)度、合同、成本、質(zhì)量、安全、圖紙、物料等信息后，從而實(shí)現(xiàn)了模型協(xié)同，資料協(xié)同，材料數(shù)據(jù)協(xié)同以及工程動(dòng)態(tài)協(xié)同。在本工程中，各類協(xié)同主要體現(xiàn)如下。

(1)模型協(xié)同。模型輕量化上傳，使其相關(guān)管理人員隨時(shí)都能在移動(dòng)設(shè)備中查看并使用模型。通過(guò)后臺(tái)電腦可以清楚確認(rèn)人員在場(chǎng)地中的位置，可以通過(guò)輕量化測(cè)距確認(rèn)其與帶電設(shè)備是否保持安全距離。

(2)資料協(xié)同。BIM數(shù)據(jù)庫(kù)集成圖片、office文檔、PDF、視頻等各類文件在線預(yù)覽查看功能，可按需求詳細(xì)對(duì)資料文檔進(jìn)行分文件夾、分權(quán)限管理。文件夾劃分支持無(wú)線層級(jí)，并且每個(gè)層級(jí)文件夾均可設(shè)置權(quán)限，滿足項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際資料文檔私密性，解決現(xiàn)場(chǎng)資料文檔因外部原因?qū)е聛G失的問(wèn)題。在為黃渡改造工程中建設(shè)單位權(quán)限最高，可以查看并保存其余各方的資料。當(dāng)其他各方需要下載建設(shè)方的部分資料時(shí)，建設(shè)方可以通過(guò)資料分享功能來(lái)實(shí)現(xiàn)各方要求。

(3)材料數(shù)據(jù)協(xié)同。模型構(gòu)件作為工程中的信息載體，通過(guò)對(duì)模型構(gòu)件(材料)的跟蹤，詳細(xì)記錄跟蹤人員、跟蹤時(shí)間、跟蹤地點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)工作圖片等信息，可顯示工程中材料的明細(xì)，以及各個(gè)時(shí)間段進(jìn)場(chǎng)的材料統(tǒng)計(jì)。通過(guò)材料現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理界面，確認(rèn)了對(duì)應(yīng)材料所安裝的部位。通過(guò)移動(dòng)端采集上傳，并通過(guò)平臺(tái)將信息反應(yīng)在BIM模型上，從而達(dá)到信息化管理的目的，為后續(xù)管理者查詢管控整體進(jìn)程提供了依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

黃渡工程的實(shí)施對(duì)BIM技術(shù)在電力行業(yè)的推廣具有如下意義。

(1)完善了上海電力BIM的建模標(biāo)準(zhǔn)。采用最新開(kāi)發(fā)的插件技術(shù)，在模型的初始階段，做到輕量化設(shè)計(jì)，為后期平臺(tái)以及多數(shù)據(jù)端口的接入提供先決條件。

(2)完善了上海電力行業(yè)的專業(yè)族庫(kù)?；?018國(guó)家電網(wǎng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè))，通過(guò)大量模塊化，構(gòu)件化，標(biāo)準(zhǔn)化模塊的形成，模型不再是單一的構(gòu)件而是全流程共享的構(gòu)件。

(3)形成電力行業(yè)BIM與施工緊密結(jié)合的應(yīng)用流程，提高了施工管理水平。通過(guò)模擬施工過(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找到解決辦法，從而提高施工精度和效率。提高安裝精度，構(gòu)架、電氣設(shè)備切換等角度精細(xì)化，通過(guò)模擬安裝，縮短安裝周期。

(4)預(yù)先形成經(jīng)過(guò)施工論證的運(yùn)維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)BIM模型在施工流程中的全生命周期流轉(zhuǎn)，達(dá)到精細(xì)化，模擬化，智慧化施工與運(yùn)維管理。經(jīng)過(guò)施工階段的增補(bǔ)與修正，形成運(yùn)維管理階段的數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)，保證模型與真實(shí)的一致性，并可將模型與后期運(yùn)維系統(tǒng)連接，達(dá)到智慧化，集成化的電站運(yùn)維管理。

(5)形成BIM數(shù)據(jù)共享機(jī)制。將獨(dú)立的BIM模型合模成為完整模型大數(shù)據(jù)，制定工作流程，嚴(yán)格執(zhí)行，通過(guò)數(shù)據(jù)提前規(guī)劃工作，避免常見(jiàn)錯(cuò)誤。確保深化設(shè)計(jì)的可行性，支持高效的施工，同時(shí)確保了從設(shè)計(jì)到施工保持一致性。