文｜舒磊 王雪

BIM(Building Information Modeling) 技術(shù)是Autodesk 公司在2002年率先提出，目前已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。我國電力協(xié)會為突出BIM 技術(shù)在電力工程全生命周期的應(yīng)用，將其含義升華為EIM（Engineering Information Modeling）。EIM 工程的內(nèi)涵就是利用各種信息技術(shù)、三維數(shù)字化技術(shù)組建一套涉及到設(shè)計(jì)、勘測、施工等階段的信息化項(xiàng)目管理模式。伴隨其技術(shù)推廣和應(yīng)用，EIM 工程全生命周期管理的理念在工程建設(shè)行業(yè)越來越得到廣泛認(rèn)可。

EIM 技術(shù)助力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)相對成熟，其應(yīng)用前景在全球能源枯竭的背景下也越來越光明。風(fēng)電資源清潔無污染、安全可控，是一種優(yōu)質(zhì)的可再生新能源，分布式發(fā)電技術(shù)在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。風(fēng)電場工程大多以工程承包為主要模式，精細(xì)化的工程管理是提高總承包工程附加值的最佳方法。利用EIM 技術(shù)能提高勘測設(shè)計(jì)的合理性及準(zhǔn)確性，提高對工程項(xiàng)目的控制力，提高項(xiàng)目管理效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

圖1 關(guān)鍵技術(shù)示意圖

圖2 道路、風(fēng)機(jī)、實(shí)景融合進(jìn)行道路路徑優(yōu)化選擇

EIM 是利用各種信息技術(shù)、三維數(shù)字化技術(shù)組建一套涉及到設(shè)計(jì)、勘測、施工等階段的信息化項(xiàng)目管理模式。風(fēng)電場工程大多以工程總承包為主要模式，精細(xì)化的工程管理是提高總承包工程附加值最佳的方法。利用EIM 技術(shù)能提高勘測設(shè)計(jì)的合理性及準(zhǔn)確性，提高對工程項(xiàng)目的控制力，能增加團(tuán)隊(duì)的溝通實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理。在信息化管理日趨成熟的條件下甚至?xí)淖冺?xiàng)目管理的模型，新的項(xiàng)目管理模式將有效的提高項(xiàng)目管理效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

風(fēng)電場工程大多以工程承包為主要模式，在工程總承包業(yè)務(wù)中，工程管理普遍存在信息孤島、管理協(xié)同、資源配置等一系列問題。在精細(xì)化管理的理念指導(dǎo)下，充分利用三維數(shù)字化技術(shù)及信息化技術(shù)提高對工程項(xiàng)目的控制力，提高項(xiàng)目管理效率是主要目的。

以某風(fēng)電場項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目在工程勘測、設(shè)計(jì)、協(xié)同、工程管理四個方面都應(yīng)用到了諸多三維數(shù)字化及信息化的關(guān)鍵技術(shù)。

勘測過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)包括利用小型無人機(jī)攝影收集現(xiàn)場地形地貌的相片，通過實(shí)景建模技術(shù)利用相片計(jì)算生成風(fēng)電場區(qū)域地形地貌的實(shí)景模型。施工圖階段，使用了三角翼機(jī)載激光雷達(dá)收集更精確的激光點(diǎn)云地形數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)包括利用實(shí)景模型構(gòu)建風(fēng)電場區(qū)域的地形地貌三維數(shù)字化模型，利用三維數(shù)字化模型技術(shù)建立道路、風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、升壓站等模型。

采購及工程管理過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)包括4D 施工計(jì)劃、運(yùn)輸及吊裝模擬、工程量統(tǒng)計(jì)、移動終端管控。

協(xié)同過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)則包括平臺中軟件各個專業(yè)軟件的設(shè)計(jì)文件通過ProjectWise集中管理，便捷的滿足了工程協(xié)同設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)過程管理。項(xiàng)目設(shè)計(jì)及管理中需要工程數(shù)據(jù)在各個設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目管理、監(jiān)理等多個團(tuán)隊(duì)交互使用，標(biāo)準(zhǔn)格式i-model 幫助解決了不同格式數(shù)據(jù)信息貫通的難題。

新的關(guān)鍵技術(shù)是相對于以往在工程中的常規(guī)手段及技術(shù)而言，新技術(shù)采用的最終目的都是為提高效率、提高準(zhǔn)確度、提高管控能力服務(wù)。

EIM 技術(shù)在路徑優(yōu)化選擇過程中的作用

進(jìn)站道路路徑優(yōu)化選擇是項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法一般是工程師采用等高線平面圖及正射影像為依據(jù)，憑經(jīng)驗(yàn)選擇最佳路徑。傳統(tǒng)的工作方法因?yàn)槭窃凇捌矫鎴D”上工作往往誤判地形的影響，導(dǎo)致后期發(fā)現(xiàn)路徑方案實(shí)施困難需要修改路徑。

在新的勘測設(shè)計(jì)方案中，使用了小型無人勘測攝影及實(shí)景建模。風(fēng)電場山地地形復(fù)雜且覆蓋面積大，為了準(zhǔn)確高效的收集地形地貌數(shù)據(jù)，在此工程中使用了小型無人攝影，并使用相片通過實(shí)景建模技術(shù)計(jì)算生成實(shí)景模型。通過實(shí)踐總結(jié)，小型四旋翼無人機(jī)實(shí)地航飛拍攝相片可以看到人力不便到達(dá)的地方，大大節(jié)約人力和時間?，F(xiàn)場勘測工作結(jié)束后，利用傾斜攝影技術(shù)計(jì)算航拍相片，生成三維實(shí)景模型。一方面能夠清晰的展示地形、地貌、地物，讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境“一覽無遺”；另一方面還能現(xiàn)場收集最新數(shù)據(jù)，更為有效反映地形地貌的現(xiàn)狀。

道路路徑優(yōu)化選擇的過程中，利用三維地形進(jìn)行道路設(shè)計(jì)。通過道路模型、風(fēng)機(jī)模型與實(shí)景地形模型的融合模擬工程環(huán)境，然后對道路路徑分析、比選，綜合評價之后選擇最優(yōu)化的路徑。通過此方法完成的初步設(shè)計(jì)能真實(shí)準(zhǔn)確的反映工程區(qū)域的現(xiàn)況，選擇的路徑可靠性高，在后期施工圖設(shè)計(jì)中能大幅減少路徑修改的幾率，道路土方工程量的估算準(zhǔn)確性相應(yīng)較高。在總承包工程中，提高了初步設(shè)計(jì)對施工圖階段及施工建造階段的支撐力度。

圖3 精細(xì)化設(shè)計(jì)，依據(jù)模型統(tǒng)計(jì)工程量

EIM 技術(shù)在施工圖設(shè)計(jì)過程中的作用

施工設(shè)計(jì)階段主要設(shè)計(jì)工作包括風(fēng)機(jī)檢修平臺、運(yùn)輸?shù)缆?、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、集電線路、升壓站。施工圖階段的重要目的就是支持施工的可實(shí)施性，提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)方便施工階段的施工及質(zhì)量管控。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法一般為“CAD 畫圖”，設(shè)計(jì)過程中道路土方、集電線路升壓站材料都難以精細(xì)化。

在研究道路精細(xì)化設(shè)計(jì)及土方核算的過程中，使用了三角翼機(jī)載激光雷達(dá)收集更精確的激光點(diǎn)云地形數(shù)據(jù)。地形高程模型是道路設(shè)計(jì)、檢修平臺設(shè)計(jì)的輸入條件之一，地形高程模型的精度直接影響到道路的精度及其土方工程量計(jì)算的精度。為了提高地形高程數(shù)據(jù)的精度，本工程施工圖階段采用機(jī)載激光雷達(dá)獲取激光點(diǎn)云地形高程模型，最終轉(zhuǎn)化為等高線地形以供設(shè)計(jì)。風(fēng)電場施工圖階段完成道路詳細(xì)設(shè)計(jì)；道路詳細(xì)設(shè)計(jì)包括：縱坡、橫坡及護(hù)坡?？梢垣@得直觀的三維道路模型，并能計(jì)算出道路施工的土方工程量，為施工投資控制提供了數(shù)據(jù)支持。

秉承精細(xì)化管理的理念，在工程設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮三維數(shù)字化設(shè)計(jì)精細(xì)化的特點(diǎn)，通過三維模型把設(shè)計(jì)細(xì)化到“道路的放坡、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的鋼筋、集電線路的電纜、升壓站的詳細(xì)布置”。精確的工程模型作為施工管控的依據(jù)，提供了數(shù)據(jù)，支持了量化控制，達(dá)到了精細(xì)化管理的要求，提高了工程的質(zhì)量。

EIM 技術(shù)在施工建造過程中的作用

施工建造階段主要控制內(nèi)容包括施工進(jìn)度、工程造價、施工質(zhì)量，在管控過程中協(xié)調(diào)各個部門多團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作。

施工過程計(jì)劃為主軸，本項(xiàng)目中使用了4D工程計(jì)劃模型的技術(shù)。模型與甘特圖的時間計(jì)劃同步，模型采用不同顏色顯示工程的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，便于管理者做出決策。

精確的工程模型作為施工管控的依據(jù)，為項(xiàng)目相關(guān)管理人員提供了數(shù)據(jù)，支持了量化控制，達(dá)到了精細(xì)化管理的要求，提高了工程的質(zhì)量。管控過程中利用Projectwise 協(xié)同、移動終端、三維模型等技術(shù)手段，提供了便利的協(xié)同。強(qiáng)大的協(xié)同能力進(jìn)一步幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工管理團(tuán)隊(duì)、監(jiān)理、工程管理團(tuán)隊(duì)共同工作。通過施工團(tuán)隊(duì)、監(jiān)理團(tuán)隊(duì)采集道路施工關(guān)鍵數(shù)據(jù)，反饋給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。通過三維模型及數(shù)據(jù)對比，控制質(zhì)量。不同顏色反應(yīng)工程狀態(tài)；紅色需要修改，藍(lán)色等待數(shù)據(jù)反饋，橘紅施工、校核已確認(rèn)。

EIM 工程應(yīng)用的成效

通過風(fēng)電場總承包工程中利用EIM 的創(chuàng)新勘測設(shè)計(jì)、施工管理手段與傳統(tǒng)方法相比較體現(xiàn)了眾多優(yōu)勢。

EIM 工程的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、方案展示、設(shè)計(jì)優(yōu)化、流程優(yōu)化、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、提升設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)返工、設(shè)計(jì)施工一體化、改善施工管理、縮短工期、降低工程總投資、提升工程控制力等多個方面。在某風(fēng)電工程中具體經(jīng)濟(jì)成效如下：

在設(shè)計(jì)階段，風(fēng)電工程項(xiàng)目采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，各專業(yè)在統(tǒng)一的模型空間中進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)對道路路徑進(jìn)行優(yōu)化比選，完成道路詳細(xì)的設(shè)計(jì)，減少了人工設(shè)計(jì)校核的工作量，大幅提高設(shè)計(jì)效率；在施工過程中大大減少了施工返工率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有效避免了后期返工10 余處，節(jié)約項(xiàng)目投資50 萬余元。

項(xiàng)目采用三維模型完成電纜布置、電纜路徑規(guī)劃等工作，通過電纜模型與數(shù)據(jù)的支持，在統(tǒng)計(jì)電纜工程量時提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，節(jié)約投資30 萬余元。

采用三維高程地形模型進(jìn)行場地平整土方計(jì)算，并生成網(wǎng)格土方施工圖，提出最優(yōu)的土方施工方案。項(xiàng)目通過最優(yōu)的土方平衡方案，使挖方土在填方施工場地區(qū)域消化，減少土方外運(yùn)。

圖4 可視化工程計(jì)劃模型

項(xiàng)目采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)行了全廠建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、道路地坪模型布置。利用模型進(jìn)行地下管道及基礎(chǔ)碰撞檢測，在設(shè)計(jì)階段修改了16 處碰撞，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

EIM 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的展望

EIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)“CAD畫圖”方法有著更豐富的技術(shù)手段，其關(guān)鍵技術(shù)包括構(gòu)建地形地貌實(shí)景三維數(shù)字化模型，建立工程三維數(shù)字化模型，協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢測、工程量統(tǒng)計(jì)等。

目前三維數(shù)字化設(shè)計(jì)大部分工作由工程師手動完成，效率有待提高，三維設(shè)計(jì)軟件的功能有很大提升空間。數(shù)據(jù)互通、設(shè)計(jì)規(guī)則定制、建模出圖自動化等手段的應(yīng)用將會使三維數(shù)字化設(shè)計(jì)從手動設(shè)計(jì)發(fā)展為自動化設(shè)計(jì)。

當(dāng)設(shè)計(jì)自動化階段完成后，基本已具有工程模型、數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)規(guī)則高度集成的三維軟件及工程數(shù)據(jù)庫。下一階段再深化研究工程輸入條件對設(shè)計(jì)方案及結(jié)果的影響，研究、提煉智能設(shè)計(jì)方法，使自動化設(shè)計(jì)提升到智能設(shè)計(jì)。當(dāng)技術(shù)達(dá)到智能設(shè)計(jì)階段將全面解放工程師的生產(chǎn)力，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正席卷全球，加速向經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域滲透融合，不斷催生新產(chǎn)品、新業(yè)務(wù)、新模式、新業(yè)態(tài)，深刻改變著個人生活、企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、社會管理和公共服務(wù)。信息化技術(shù)包含大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)內(nèi)涵。

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是地理信息系統(tǒng)、三維建模技術(shù)、數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)成果移交技術(shù)的集成應(yīng)用。三維數(shù)字化模型具備關(guān)聯(lián)性、唯一性、溯源性等特征，三維數(shù)字化成果包含大量基礎(chǔ)信息，適合輔助從規(guī)劃設(shè)計(jì)到建設(shè)運(yùn)行各階段的管理要求。

EIM 工程的研究應(yīng)用為信息化工程管理提供了基礎(chǔ)支持。三維數(shù)字化模型歸納到工程數(shù)據(jù)中心，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和歸納。通過工程數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的支持，三維模型對工程的可視化，再配合項(xiàng)目管理系統(tǒng)可以形成一套可視化的項(xiàng)目管理系統(tǒng)。梳理項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)應(yīng)包括以下內(nèi)容：項(xiàng)目綜合管理、合同管理、成本管理、資金管理、分包管理、進(jìn)度管理、材料管理、機(jī)械設(shè)備管理、質(zhì)量管理、安全管理、技術(shù)資料管理、報(bào)表管理。最終融合成一套利用各種信息技術(shù)，涉及到設(shè)計(jì)、勘測、施工、運(yùn)維等項(xiàng)目全生命周期各階段的信息化項(xiàng)目管理模式。

當(dāng)今，精細(xì)化的工程管理理念在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)達(dá)成共識。利用好信息化項(xiàng)目管理系統(tǒng)及三維數(shù)字化模型全生命周期管理的輔助，將能增強(qiáng)對工程的控制力，并達(dá)到工程管理精細(xì)化的目的。這種工程管理模式能儲存工程中的過程信息數(shù)據(jù)，并在經(jīng)驗(yàn)積累的過程中，不斷地改進(jìn)、完善工程管理信息系統(tǒng)，從而提高工程管理水平，提高企業(yè)競爭力。

圖5 道路施工管控過程示意圖