劉大平，張金鋒，謝登科，金士舟，張倩妍

1 引言

現(xiàn)階段變電站施工很容易出現(xiàn)施工質(zhì)量等問題，為盡可能保證變電站施工質(zhì)量、進(jìn)度及安全，圍繞BIM技術(shù)在變電站施工中應(yīng)用開展研究很有必要。

2 BIM技術(shù)在變電站施工中的應(yīng)用路徑

2.1 場(chǎng)地分析及施工模擬

在開始變電站施工前，場(chǎng)地分析極為關(guān)鍵，需要將周圍環(huán)境與變電站的外觀、方位聯(lián)系起來。傳統(tǒng)場(chǎng)地分析的局限性很強(qiáng)，容易出現(xiàn)過多數(shù)據(jù)信息難以處理、主觀因素過重等問題。在BIM技術(shù)支持下，通過與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，即可基于場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)和變電站擬建空間進(jìn)行空間模型建設(shè)，場(chǎng)地分析可快速得出結(jié)果，更好為場(chǎng)地使用條件評(píng)估和后續(xù)設(shè)計(jì)與施工提供支持。通過將施工進(jìn)度計(jì)劃與BIM技術(shù)相結(jié)合，可以開展施工組織及施工進(jìn)度模擬，輔以可視化4D模型整合變電站施工的空間信息與時(shí)間信息，變電站的施工全過程即可實(shí)現(xiàn)直觀、精確展現(xiàn)。施工的資源、進(jìn)度、質(zhì)量可依托4D施工模擬實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制和管理?；诳茖W(xué)的施工計(jì)劃制定、施工進(jìn)度的精確掌控、科學(xué)合理的場(chǎng)地布置，即可最終實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量提高、工程工期縮短、施工成本降低，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值可見一斑[1]。

2.2 實(shí)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化

變電站施工設(shè)計(jì)層面BIM技術(shù)的應(yīng)用也不容忽視，由于現(xiàn)階段變電站工程對(duì)工期有著嚴(yán)格限制，這就使得繁重的設(shè)計(jì)任務(wù)無法由二維設(shè)計(jì)平臺(tái)按期完成，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的抽象化、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、修改難度過高等缺陷也會(huì)對(duì)工期控制帶來嚴(yán)重負(fù)面影響。通過引入BIM技術(shù)即可開展變電站的三維設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的實(shí)體可視化，更加直觀、透明的各專業(yè)配合能夠由此順利實(shí)現(xiàn)，各專業(yè)溝通、合作也能夠更好開展。相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)可消除思維盲區(qū)、規(guī)避各類漏洞，通過BIM技術(shù)開展碰撞檢查，設(shè)計(jì)存在的碰撞問題也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，不同專業(yè)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)矛盾可在施工前發(fā)現(xiàn)，施工可能面臨的障礙能夠提前掃除。同時(shí)，施工過程可通過BIM技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由此開展的施工管理能夠保證施工取得接近預(yù)期的效果，施工過程協(xié)同能力提升也可順利實(shí)現(xiàn)[2]。

2.3 為項(xiàng)目管理和運(yùn)維提供服務(wù)

BIM技術(shù)能夠較好服務(wù)于變電站施工的高效、精細(xì)管理，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量提升和項(xiàng)目成本降低，人力資源、質(zhì)量、成本、范圍、時(shí)間、采購(gòu)、溝通等均屬于BIM技術(shù)的應(yīng)用范疇。以上文提及的4D施工模擬為例，BIM技術(shù)可較好服務(wù)于變電站施工的時(shí)間管理，BIM模型導(dǎo)出的工程量則可用于工程成本管理，BIM技術(shù)支持下可更好開展的碰撞檢查也能夠?yàn)槭┕べ|(zhì)量控制提供支持。值得注意的是，在變電站運(yùn)維階段，BIM技術(shù)也能通過對(duì)基礎(chǔ)模擬緊急突發(fā)情況，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和損失，為管理工作提供依據(jù)。通過對(duì)材料、裝飾、設(shè)備的空間定位，BIM技術(shù)在變電站故障檢修、設(shè)備調(diào)試等方面也能夠發(fā)揮關(guān)鍵性作用，并能夠做到判斷估計(jì)設(shè)備故障概率，以及快速的元件位置定位。[3]。

3 BIM技術(shù)在變電站施工中的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

本文以安徽阜陽(yáng)煤化工園220kV變電站施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用作為研究對(duì)象，該工程位于安徽省阜陽(yáng)市潁東區(qū)口孜鎮(zhèn)稻改鄉(xiāng)，計(jì)劃建設(shè)屬于戶內(nèi)智能站的變電站，總用地面積、圍墻內(nèi)占地面積分別為0.9377hm2、0.7293hm2，主要由警衛(wèi)室、配電裝置樓、消防水池、雨水泵池、消防泵房、事故油池、電纜溝等組成，同時(shí)設(shè)置有場(chǎng)區(qū)土方平整、防雷接地系統(tǒng)、站區(qū)給排水系統(tǒng)、檢修地坪及廣場(chǎng)、站內(nèi)外道路等站區(qū)性建筑。

3.2 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用

3.2.1 數(shù)字化建模

本項(xiàng)目選擇了MicroStaion作為平臺(tái)和環(huán)境，協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)為ProjectWise，同時(shí)選擇Synchro 4D用于4D施工進(jìn)度模擬，圖1為各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)示意圖。

圖1 各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)示意圖

工程采用AH-220-A2-3（35）方案，總圖設(shè)計(jì)包含地形建模、站內(nèi)道路、進(jìn)站道路、圍墻、擋土墻、電纜隧道等，圖2為站址及周邊地形模型示意圖。

圖2 站址及周邊地形模型

工程還采用BIM技術(shù)開展了電氣一次、電氣二次、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水專業(yè)的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)模型整體建模采用PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，建筑物的結(jié)構(gòu)可通過在三維設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)入優(yōu)化后的帶屬性模型實(shí)現(xiàn)直觀立體反映。

由于電氣設(shè)備能夠基于BIM技術(shù)應(yīng)用生成的軸網(wǎng)及建筑模型針對(duì)性布置，布置合理性控制、空間距離校驗(yàn)得以順利開展。模型能夠給出所有電氣設(shè)備完整的屬性參數(shù)，根據(jù)屬性參數(shù)即可在最終設(shè)備材料的統(tǒng)計(jì)中逐一列出各類設(shè)備，相較于手工統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性更高。

3.2.2 碰撞檢測(cè)

在完成暖通專業(yè)設(shè)計(jì)后，工程基于BIM技術(shù)對(duì)建筑、電氣、結(jié)構(gòu)、給排水等專業(yè)綜合開展了碰撞檢查，共發(fā)現(xiàn)10余處碰撞點(diǎn)，由此開展專業(yè)間協(xié)調(diào)處理，輔以針對(duì)性的標(biāo)高調(diào)整，設(shè)計(jì)要求得以滿足，施工圖階段的大量修改得以規(guī)避。對(duì)于施工圖階段存在的大量暖通設(shè)計(jì)，在BIM技術(shù)支持下，相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了一定遷移，在綜合考慮系統(tǒng)平面布置位置、消防排煙量、通風(fēng)量、冷熱負(fù)荷的同時(shí)，強(qiáng)化了對(duì)系統(tǒng)空間位置的思考，這一過程得到了各專業(yè)配合。通過BIM技術(shù)解決管道與電氣設(shè)備、結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)柱的碰撞問題，具體施工過程中可能受到的阻礙得以有效排除。

3.2.3 動(dòng)態(tài)施工模擬

基于平臺(tái)的模擬功能，工程對(duì)重要電氣一次設(shè)備的運(yùn)輸、安裝、吊裝開展了針對(duì)性的模擬，如主變壓器、套管、GIS組合電器等。通過調(diào)用軟件中豐富的運(yùn)輸車輛及吊車模型庫(kù)，可對(duì)運(yùn)輸、吊裝過程的設(shè)備或吊車碰撞情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，現(xiàn)場(chǎng)施工方案的可行性得到保障，施工風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。此外，動(dòng)態(tài)施工模擬還對(duì)工程涉及的施工過程進(jìn)行了真實(shí)預(yù)演，這為現(xiàn)場(chǎng)施工提供了更多的依據(jù)和支持。

3.2.4 具體施工

傳統(tǒng)變電站施工很容易出現(xiàn)效率低下問題，結(jié)合相關(guān)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，27%的變電站施工需要進(jìn)行返工，同時(shí)施工過程的材料、勞動(dòng)力浪費(fèi)問題也較為嚴(yán)重，因此本工程基于BIM技術(shù)綜合人員、機(jī)械設(shè)備、場(chǎng)地、材料、設(shè)計(jì)等多方面信息，對(duì)施工進(jìn)度開展了針對(duì)性模擬。在4D施工模擬支持下，施工過程得到了直觀反映，各專業(yè)施工順序協(xié)調(diào)、專業(yè)化的施工隊(duì)伍建設(shè)也得以獲得有力支持。基于數(shù)字化建模成果，施工單位可結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，并以此開展4D施工模擬、施工現(xiàn)場(chǎng)管理、質(zhì)量控制等工作，煤化工園220kV變電站施工的數(shù)字化水平受此影響大幅提升。在優(yōu)化施工方案的過程中，基于BIM技術(shù)的支持，以及對(duì)工程合同條件和相關(guān)信息的收集，工程針對(duì)性制定了科學(xué)的計(jì)劃和目標(biāo)，包括質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)、工期目標(biāo)等，如質(zhì)量目標(biāo)內(nèi)容包括全面應(yīng)用通用設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)工藝、通用造價(jià)、通用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“零缺陷”投運(yùn)、通過達(dá)標(biāo)投產(chǎn)考核、工程質(zhì)量評(píng)定為優(yōu)良、使用壽命滿足設(shè)計(jì)及公司質(zhì)量管理要求?；谀繕?biāo)，工程對(duì)相應(yīng)經(jīng)濟(jì)、合同、施工組織措施也開展了針對(duì)性制定。如施工組織措施由分公司統(tǒng)一部署、保證不同施工區(qū)域在空間上的獨(dú)立施工和在時(shí)間上的互不干擾、強(qiáng)化施工圖紙會(huì)審的準(zhǔn)備、強(qiáng)化各專業(yè)的協(xié)調(diào)與配合。相關(guān)工作的具體開展也充分應(yīng)用了BIM技術(shù)，如基于4D施工仿真開展可視化交底，在施工圖紙會(huì)審過程中應(yīng)用BIM技術(shù)直觀、精確展示可能出現(xiàn)的施工問題，通過全過程進(jìn)度模擬對(duì)施工作業(yè)面劃分、施工工序安排、施工交通組織優(yōu)化，以及直觀模擬具備較高安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的施工作業(yè)內(nèi)容及具體事故情況。最終，工程基于BIM技術(shù)科學(xué)完成了施工方案、機(jī)械設(shè)備布置的優(yōu)化，施工方案的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性得到了保障。此外，基于自動(dòng)關(guān)聯(lián)的BIM-4D施工進(jìn)度模擬軟件Synchro 4D，可在施工過程中逐步添加進(jìn)度計(jì)劃、施工任務(wù)等信息，由此開展的4D施工仿真即可進(jìn)一步強(qiáng)化施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析、模擬動(dòng)畫、碰撞檢測(cè)，相關(guān)問題出現(xiàn)前的自動(dòng)報(bào)警、科學(xué)無誤的施工方案和相關(guān)數(shù)據(jù)獲取可由此實(shí)現(xiàn)，工程施工過程中的返工減少、資源節(jié)約、施工質(zhì)量提升也能夠獲得有力支持。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在變電站施工中的應(yīng)用價(jià)值較高。在此基礎(chǔ)上，場(chǎng)地分析及施工模擬、實(shí)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化、為項(xiàng)目管理和運(yùn)維提供服務(wù)、技術(shù)應(yīng)用實(shí)例等內(nèi)容，則直觀展示了變電站施工中的BIM技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，變電站施工還應(yīng)關(guān)注基于BIM技術(shù)的施工關(guān)鍵線路的優(yōu)化、動(dòng)態(tài)化的施工模擬開展等探索。