郭 政，楊賢輝，左 云，陳會(huì)鵬，唐 瑋

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司建設(shè)分公司，江西 南昌 330000）

輸變電工程是電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的重要組成部分，與其他行業(yè)的建設(shè)工程相比，輸變電工程因交叉領(lǐng)域過(guò)多而獨(dú)具行業(yè)特點(diǎn)。研究表明，輸變電工程項(xiàng)目在電力行業(yè)建設(shè)和管理過(guò)程中多以企業(yè)管理的思路開(kāi)展項(xiàng)目建設(shè)與管理，上述方式缺乏高效率的工程建設(shè)和管控體系，導(dǎo)致工程項(xiàng)目延期、缺陷事故頻發(fā)等問(wèn)題[1-4]。而B(niǎo)IM技術(shù)是以建筑數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，通過(guò)建立三維視圖模型應(yīng)用于大規(guī)模項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，住建部也曾發(fā)文大力推廣BIM技術(shù)，提高工程建設(shè)的設(shè)計(jì)水平、降低工程成本。近年來(lái)，BIM技術(shù)也逐漸由建筑行業(yè)引入到電力行業(yè)中，將電力工程項(xiàng)目與BIM技術(shù)相結(jié)合，建立工程項(xiàng)目的BIM模型，推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展[5-8]。文獻(xiàn)[9]詳細(xì)介紹了電力工程的建模流程，將BIM技術(shù)引入到變電站工程建設(shè)中，構(gòu)建建筑模型與鋼筋混凝土模型，以推動(dòng)電力工程實(shí)施的進(jìn)展。

1 BIM技術(shù)

1.1 基本原理

BIM技術(shù)是基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建全方位的透析圖，并可對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行更改的新一代信息技術(shù)。文中基于BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)輸變電工程管控的信息平臺(tái)，使得輸變電工程在實(shí)施過(guò)程中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)信息共享與數(shù)據(jù)銜接，該過(guò)程貫穿整個(gè)輸變電工程。

1.2 功能與特點(diǎn)

在BIM技術(shù)中，輸變電工程項(xiàng)目?jī)?nèi)的各種參數(shù)信息統(tǒng)一存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，以整合互不相干的各部分信息。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的不同，可將其分為基本數(shù)據(jù)與附屬數(shù)據(jù)?；緮?shù)據(jù)為工程項(xiàng)目中對(duì)實(shí)體的屬性表征，比如輸變電工程金具的物理參數(shù)、空間參數(shù)等；附屬數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)的其他表述，例如技術(shù)參數(shù)。根據(jù)輸變電工程的需要，在模型描述中構(gòu)建基本數(shù)據(jù)與附屬數(shù)據(jù)，為分析工程對(duì)象的空間、結(jié)構(gòu)提供依據(jù)[10-11]。BIM模型實(shí)質(zhì)為包含各種數(shù)據(jù)的復(fù)合模型，通過(guò)分析各數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，模擬描述實(shí)際的工程，實(shí)現(xiàn)輸變電工程的信息融合，為工程施工提供支持。

基于信息數(shù)據(jù)傳遞視角，通過(guò)BIM技術(shù)建模有以下兩個(gè)顯著功能：

1）信息數(shù)據(jù)傳遞

BIM技術(shù)以信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能實(shí)現(xiàn)輸變電工程的信息化建設(shè)，對(duì)管控項(xiàng)目進(jìn)行跨時(shí)間、跨周期的全方位管理，通過(guò)BIM技術(shù)將輸變電工程可視化，便于施工方、設(shè)計(jì)方與運(yùn)營(yíng)方三方協(xié)同管理。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，需要進(jìn)行信息數(shù)據(jù)共享，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信息平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行輸變電工程管理涉及多種類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息，其中包括了電氣及建筑工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、多維定位數(shù)據(jù)信息、工程物理性參數(shù)信息等。通過(guò)綜合分析上述各類(lèi)信息，全面多角度地考量制定工程進(jìn)度、施工管理、造價(jià)等管控方案。

2）BIM技術(shù)建模

BIM技術(shù)的功能之一為整合數(shù)據(jù)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括工程設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中的各類(lèi)數(shù)據(jù)，并可使項(xiàng)目參與者融合到項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)過(guò)程管理中，該過(guò)程通過(guò)仿真建模來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在BIM模型中，所有的視圖以及圖紙均是通過(guò)同一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。項(xiàng)目參與者在操作過(guò)程中，BIM軟件記錄各個(gè)操作的數(shù)據(jù)信息，該信息可通過(guò)模型引擎修改，保證數(shù)據(jù)的可篡改性。輸變電工程模型可協(xié)調(diào)各類(lèi)信息，無(wú)需參與者處理或更新鏈接，并可通過(guò)BIM軟件修改圖元[12]。表1為BIM常見(jiàn)類(lèi)型及特點(diǎn)。

表1 BIM常見(jiàn)類(lèi)型及特點(diǎn)

2 輸變電工程管控模型

2.1 輸變電工程管控概述

輸變電工程管控與其他項(xiàng)目類(lèi)似，是在資源條件受限制的情況下對(duì)輸變電工程項(xiàng)目進(jìn)行全方位管理，以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的精益化目標(biāo)。管控過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目的成本、進(jìn)度、質(zhì)量進(jìn)行約束，重點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。由于輸變電工程項(xiàng)目一般均在室外施工，受地形條件、天氣變化等因素影響較大，且施工程序較多、銜接較復(fù)雜，需對(duì)項(xiàng)目整個(gè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)、系統(tǒng)性、綜合性的管控，在管控過(guò)程中，應(yīng)用BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理升級(jí)[13-15]。

2.2 應(yīng)用思路

BIM技術(shù)的關(guān)鍵在于建筑模型的數(shù)據(jù)集成，首先需要利用BIM技術(shù)搭建建筑模型，再進(jìn)行可研規(guī)劃，由設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位完成工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。并基于軟件平臺(tái)對(duì)BIM模型進(jìn)行維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高工程項(xiàng)目的效率與生產(chǎn)率。輸變電工程可分為工程前期調(diào)研、工程設(shè)計(jì)、工程施工建設(shè)、工程總體評(píng)價(jià)四個(gè)維度的內(nèi)容，建立適用于輸變電工程的BIM三維模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一分析，達(dá)到工程項(xiàng)目的全方位管控。

1）信息數(shù)據(jù)

信息數(shù)據(jù)是項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)，包括整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程產(chǎn)生的文檔資料、工程技術(shù)規(guī)范文件、圖紙等各類(lèi)信息數(shù)據(jù)資料，而應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行輸變電工程管理是目前研究領(lǐng)域的前沿，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍未設(shè)立。

2）BIM模型

文中研究的輸變電工程項(xiàng)目以鋼筋混凝土與鐵塔為主要原料，通過(guò)Tekla軟件構(gòu)架精準(zhǔn)高效的BIM模型，并使用Project軟件進(jìn)行模型的優(yōu)化。

3）應(yīng) 用

根據(jù)工程特點(diǎn)，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行輸變電工程管理，主要在造價(jià)、進(jìn)度、質(zhì)量方面進(jìn)行管控，運(yùn)用可視化技術(shù)在項(xiàng)目整個(gè)過(guò)程中發(fā)揮作用。

根據(jù)以上分析，基于BIM技術(shù)的輸變電工程項(xiàng)目管控應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輸變電工程項(xiàng)目管控結(jié)構(gòu)

2.3 模型建立

在輸變電工程管控應(yīng)用過(guò)程中，需依據(jù)數(shù)據(jù)接口將所建立的模型導(dǎo)入，利用Tekla軟件直接建立輸變電工程項(xiàng)目的3D信息模型。模型中包含建設(shè)所需要的鋼筋混凝土構(gòu)件、金具、鋼結(jié)構(gòu)等工具欄，通過(guò)該軟件可以便捷地建立工程模型。建模之前創(chuàng)建軸線(xiàn)，按照工程圖紙以及工程進(jìn)度建模，并輸入工程參數(shù)、物理屬性、經(jīng)濟(jì)參數(shù)等數(shù)據(jù)。

建立輸變電工程的三維模型后，將輸變電工程項(xiàng)目的進(jìn)度時(shí)間表對(duì)應(yīng)至相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，完成進(jìn)度管控。通過(guò)軟件分解建立進(jìn)度機(jī)構(gòu)，并與三維模型中的基礎(chǔ)構(gòu)建共同形成4D信息模型。建立4D模型之后，在信息平臺(tái)上采集數(shù)據(jù)，基于各部分的單元信息，最終建立數(shù)據(jù)共享訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)。

Tekla軟件擁有x，y，z3個(gè)坐標(biāo)軸，其表示模型的3個(gè)方向，使用多個(gè)軸線(xiàn)可以提高模型的精度。3D視圖可以展示建筑模型的三維方位，可對(duì)施工過(guò)程完成管控。輸變電工程中常見(jiàn)的建筑物有鐵塔、方向樁、中心樁等，且鐵塔一般按段分布，這樣有利于實(shí)現(xiàn)多角度視圖效果。通過(guò)軸線(xiàn)與高視圖共同合作完成此項(xiàng)目，在鐵塔連接處設(shè)置螺栓并建立三維視圖。使用Tekla Structures創(chuàng)建輸變電工程構(gòu)件，根據(jù)模型選擇對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，在工程建設(shè)復(fù)雜處加設(shè)螺栓、穿孔的建模。其所建立的XY平面視圖如圖2所示。

圖2 XY平面視圖

3 輸變電工程評(píng)估方法

3.1 評(píng)估體系構(gòu)建

一般輸變電工程項(xiàng)目的特點(diǎn)為投資建設(shè)周期長(zhǎng)、資金密集、安全隱患多，對(duì)于輸變電工程的管控需要依據(jù)科學(xué)性、整體性、安全性與層次性的原則。輸變電工程按照工程分類(lèi)形成分層分區(qū)的參數(shù)體系，該體系包括建設(shè)工程所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)，比如整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程產(chǎn)生的文檔資料、工程技術(shù)規(guī)范文件、圖紙等信息數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)信息分為三層，分別為狀態(tài)信息層、傳感數(shù)據(jù)層與應(yīng)用交互層，每層列舉輸變電工程項(xiàng)目中的所有數(shù)據(jù)，為構(gòu)建輸變電工程評(píng)估體系提供支持，通過(guò)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)分析匯總得到全景綜合狀態(tài)信息[16]。圖3所示為構(gòu)建評(píng)估體系關(guān)鍵參數(shù)的總體思路，運(yùn)用關(guān)聯(lián)分析提取BIM模型的關(guān)鍵參量，保留強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)量，構(gòu)建評(píng)估系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。

圖3 構(gòu)建關(guān)鍵參數(shù)的總體思路

3.2 數(shù)據(jù)清洗與檢測(cè)

按照數(shù)據(jù)來(lái)源的不同檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。當(dāng)所提供的數(shù)據(jù)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗工作，具體內(nèi)容包括數(shù)據(jù)去噪、平滑處理、填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)等。通過(guò)以上處理使輸入至應(yīng)用層的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，然后建立輸變電工程數(shù)據(jù)趨勢(shì)相關(guān)模型，對(duì)數(shù)據(jù)的可行性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

輸變電工程管控?cái)?shù)據(jù)流由海量、有時(shí)間序列的多源數(shù)據(jù)信息構(gòu)成，由于異常數(shù)據(jù)信息具有隨機(jī)性，因此難以建立準(zhǔn)確的樣本集。評(píng)估的原則為利用大量正常數(shù)據(jù)判斷輸變電工程的科學(xué)性，其主要技術(shù)路線(xiàn)如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)路線(xiàn)

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

基于數(shù)據(jù)流的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可分為兩個(gè)步驟：1）根據(jù)輸變電工程項(xiàng)目的建設(shè)要求，篩選出符合的評(píng)估指標(biāo)，采用時(shí)間序列分析法建立評(píng)估模型，根據(jù)綜合得分評(píng)價(jià)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素，并確立各關(guān)聯(lián)參考值，最終判斷出評(píng)價(jià)因子的權(quán)值；2）在評(píng)價(jià)體系確定的情況下，從風(fēng)險(xiǎn)管控的角度對(duì)輸變電工程進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，得到總體風(fēng)險(xiǎn)水平。根據(jù)以上步驟確立輸變電工程評(píng)價(jià)體系，評(píng)估輸變電工程的科學(xué)性。

4 案例應(yīng)用分析

4.1 案例概述

以某1 000 kV特高壓輸電線(xiàn)路工程為例，對(duì)文中所提理論進(jìn)行模擬應(yīng)用。該輸電工程線(xiàn)路全長(zhǎng)4 230 km，總投資300億元，新建鐵塔500座，建設(shè)工期為2015年～2019年底。土建部分需要桿塔為#5218、#5219、#5220，其中#5218塔的形式為直柱板式，混凝土等級(jí)為C30，其余參數(shù)按照國(guó)標(biāo)建設(shè)。

4.2 BIM模型建立

根據(jù)第二節(jié)分析，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)施工程前期-工程建設(shè)-工程評(píng)價(jià)三方面的應(yīng)用，并對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行管控，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的設(shè)計(jì)施工圖紙、工程建設(shè)、工程結(jié)算等建立三維視圖。以文中所提建模方法，利用Tekla Structures建立該1 000 kV輸電線(xiàn)路工程項(xiàng)目的三維模型。通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置對(duì)BIM模型進(jìn)行檢查，以發(fā)現(xiàn)鐵塔模型的碰撞問(wèn)題。在該輸電工程中共發(fā)生8處碰撞，如表2所示。為防止建設(shè)過(guò)程中螺栓多角鋼無(wú)法施工造成項(xiàng)目延期，對(duì)角鋼切割加工，避免產(chǎn)生誤工。

表2 鐵塔碰撞問(wèn)題

4.3 工程管控

通過(guò)對(duì)輸電線(xiàn)路工程的成本分析與工作量統(tǒng)計(jì)，解決人工效率低的問(wèn)題，基于BIM技術(shù)形成動(dòng)態(tài)預(yù)算表。表3為BIM技術(shù)對(duì)該輸電線(xiàn)路工程管控的細(xì)節(jié)表。

表3 BIM技術(shù)工程管控細(xì)節(jié)表

5 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)通過(guò)構(gòu)建透析圖，可以對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行全方位的管控，文中基于信息采集與處理技術(shù)，結(jié)合BIM技術(shù)構(gòu)架輸變電工程管控的信息平臺(tái)，使得輸變電工程在實(shí)施過(guò)程中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)信息共享與數(shù)據(jù)銜接，該過(guò)程貫穿整個(gè)輸變電工程。以信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于BIM技術(shù)建立輸變電工程的三維可視化模型，其關(guān)鍵在于建筑模型的數(shù)據(jù)集成。文中利用BIM技術(shù)搭建建筑模型，并通過(guò)軟件平臺(tái)對(duì)BIM模型進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高工程項(xiàng)目的效率與生產(chǎn)率，并從風(fēng)險(xiǎn)管控的角度對(duì)輸變電工程進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，評(píng)估輸變電工程的科學(xué)性，達(dá)到對(duì)輸變電工程項(xiàng)目的全方位管控。通過(guò)1 000 kV特高壓輸電線(xiàn)路工程實(shí)例驗(yàn)證，解決輸變電工程實(shí)施過(guò)程中人工效率低以及安全頻發(fā)的問(wèn)題，具備一定的工程實(shí)用價(jià)值。