楊瑞睿，滕 彥

(上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海 200335)

基于BIM的海上風電全生命周期建設(shè)管理平臺的建設(shè)目標在于通過設(shè)計、施工和運維期三維BIM信息模型以及物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的整合，構(gòu)建一個面向場區(qū)提供集多元化服務(wù)渠道：設(shè)計施工、資產(chǎn)管理、風場監(jiān)控管理、運維綜合服務(wù)、決策支持中心等多種服務(wù)為一體的“智慧服務(wù)運營管理平臺”。

一是利用前期在設(shè)計施工竣工階段的模型及信息在隱蔽工程及重要設(shè)施方面進行有效維護和精益管理；二是充分利用三維直觀的表現(xiàn)方式在進行應(yīng)急預(yù)案的規(guī)劃及處理時進行有效的科學管理；三是經(jīng)過運維階段各種數(shù)據(jù)的不斷積累，在BIM運維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立云端專家?guī)?，充分利用知識系統(tǒng)的力量進行高效決策，同時也節(jié)約了人力成本[1]。以互聯(lián)互通和信息共享為目的，以各類智慧化技術(shù)為基礎(chǔ)支撐，關(guān)聯(lián)相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用和功能，實現(xiàn)貫穿海上風電項目全生命周期的資產(chǎn)和數(shù)據(jù)信息管理，為智慧化服務(wù)決策提供指導(dǎo)和參考依據(jù)[2]。

1 勘測設(shè)計階段建設(shè)管理平臺

1.1 風場BIM模型管理

根據(jù)場區(qū)風機規(guī)劃布置及分組情況，建立海上風電場整體規(guī)劃模型，包括風機基礎(chǔ)模型、風機機組模型、海上升壓站模型、地形地質(zhì)模型，模型深度同施工圖出圖深度。

1.2 海上升壓站模型管理

完成海上升壓站下部導(dǎo)管架和上部平臺整體的三維建模。包括結(jié)構(gòu)(含鋼結(jié)構(gòu))、電氣、舾裝、暖通、消防等專業(yè)的建模，模型深度同施工圖出圖深度。

1)保證結(jié)構(gòu)、電氣、舾裝、暖通、消防等各專業(yè)模型的參考軸網(wǎng)和原點統(tǒng)一一致；電氣、暖通所有管線通過不同顏色將各專業(yè)管線進行區(qū)分；BIM模型各專業(yè)精準定位，具有專業(yè)規(guī)范的構(gòu)件(如彎頭、三通、閥門等)數(shù)據(jù)庫，設(shè)計要求更加嚴格。

2)通過參數(shù)化的設(shè)計方式對梁節(jié)點、異形構(gòu)件或可復(fù)用性高的構(gòu)件進行快速模型建立及參數(shù)化調(diào)整。

3)根據(jù)各專業(yè)建立的三維BIM模型，對其對應(yīng)二維圖紙的正確性和準確性進行校核審查。

4)總裝后的電氣、暖通、消防和建筑結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)重點區(qū)域的凈高要求和復(fù)雜區(qū)域的管線排布模型和管線綜合布置原則，對其空間定位和排列方式進行優(yōu)化調(diào)整。

1.3 沖突檢測及三維管線綜合優(yōu)化

根據(jù)各專業(yè)的總裝模型，應(yīng)用BIM軟件沖突檢測功能校核各專業(yè)設(shè)計間的碰撞和沖突，進行項目設(shè)計圖紙范圍內(nèi)管線布置與結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備平面布置和豎向高程相協(xié)調(diào)的三維協(xié)同優(yōu)化設(shè)計工作，最大程度避免不同專業(yè)設(shè)計模型的空間沖突，減少碰撞，防止設(shè)計缺陷遺留到施工階段[3]，如圖1所示。

圖1 升壓站平臺碰撞檢測及模型優(yōu)化

整合匯總結(jié)構(gòu)、舾裝、電氣、暖通、消防等各專業(yè)的BIM模型，生成總裝后的建筑信息模型。設(shè)置沖突檢測及管線綜合優(yōu)化應(yīng)用模塊的相關(guān)參數(shù)和檢測原則，對總裝模型中各專業(yè)間或?qū)I(yè)內(nèi)的沖突和碰撞進行查找檢測并生成沖突檢測及管線綜合優(yōu)化報告，報告內(nèi)容包括沖突檢測及管線綜合優(yōu)化應(yīng)用模塊的相關(guān)參數(shù)和檢測原則、識別出的沖突和碰撞的空間位置及詳細記錄、針對沖突和碰撞的調(diào)整優(yōu)化方案，以及調(diào)整優(yōu)化后的修改對比說明。

1.4 三維圖冊

三維圖冊包括管綜出圖、三維模型視圖和渲染圖(如圖2)。根據(jù)優(yōu)化后的BIM模型，在管線復(fù)雜區(qū)域給出管線綜合剖面圖及軸測視圖，并標注相關(guān)尺寸反映精確豎向標高，改變了以往傳統(tǒng)的單專業(yè)二維出圖方式，以多專業(yè)整合的出圖方式來表現(xiàn)空間之間的位置，以便于配合施工。

圖2 三維模型渲染圖冊

三維模型視圖是在三維模型中直接選取一定范圍、任意視角的未經(jīng)貼圖或渲染而直接輸出成圖片，渲染圖是三維模型經(jīng)過專業(yè)渲染軟件貼圖及光線設(shè)置等操作輸出成接近現(xiàn)實的照片級圖片[4]。

1.5 工程量計算

通過對鋼結(jié)構(gòu)廠房的詳細建模，可根據(jù)實際需求定制出多種工程量報表形式，供后續(xù)施工深化及下料指導(dǎo)。

1.6 移動端施工交底

通過將BIM模型進行輕量化后導(dǎo)入移動端應(yīng)用，可配合現(xiàn)場進行施工交底。工程人員可不用攜帶手提電腦，隨時隨地鏈接到設(shè)計環(huán)境，查看設(shè)計的細節(jié)及項目進程，使用“類似游戲”的觸摸手勢在三維環(huán)境中瀏覽，通過審查選定對象的屬性、篩選以查找類似對象或僅顯示匹配特定，來縮放分析模型中的對象以及實現(xiàn)行走和飛行效果。通過交互式功能，現(xiàn)場人員可直觀瀏覽三維建筑模型和相關(guān)工程文檔。利用iPad的運動傳感器和觸摸屏，不但可獲得全景視圖，還能獲知對象屬性。例如，可以通過點選來獲得確定管道的壁厚、其噴漆顏色或額定壓力。檢查設(shè)計、標注以及安全檢查等。

2 施工建設(shè)階段建設(shè)管理平臺

2.1 施工深化建模

完成風場場區(qū)和海上升壓站施工深化三維建模。根據(jù)自身施工特點及現(xiàn)場情況，進行施工面的劃分，風場部分包括風機基礎(chǔ)、風機機組、地形地質(zhì)的模型深化，海上升壓站包括結(jié)構(gòu)(含鋼結(jié)構(gòu))、電氣、舾裝、暖通、消防等專業(yè)的模型深化，模型深度同施工深化圖出圖深度。

1)深化模型需建立各系統(tǒng)支管且需建立安裝支吊架；設(shè)備構(gòu)件(如彎頭、三通、閥門等)數(shù)據(jù)庫同時需附加廠商信息及相關(guān)安裝制造信息；鋼結(jié)構(gòu)模型需建立鋼結(jié)構(gòu)詳細節(jié)點，按照廠家產(chǎn)品要求進行分段處理，復(fù)核與現(xiàn)場情況是否一致。

2)根據(jù)各專業(yè)建立的三維BIM模型，對其對應(yīng)二維圖紙的正確性和準確性進行校核審查。

2.2 沖突檢測及三維管線綜合優(yōu)化

沖突檢測及三維管線綜合優(yōu)化操作流程同施工圖設(shè)計階段，此處不再贅述。

2.3 三維圖冊

施工圖深化后的三維圖冊相對施工圖階段更加深入和詳細，根據(jù)優(yōu)化后的BIM模型，在管線復(fù)雜區(qū)域給出管線綜合剖面圖、局部3D圖、節(jié)點大樣圖等，并標注相關(guān)尺寸反映精確豎向標高(如圖3)。

圖3 施工深化后三維渲染圖冊

2.4 工程量計算

通過BIM建模將工程設(shè)計以空間實現(xiàn)的方式進行表達、驗證和優(yōu)化，因此，BIM模型具有二維圖紙設(shè)計不可比擬的準確度，從BIM模型導(dǎo)出的工程量和材料統(tǒng)計數(shù)據(jù)具備較高的可信度和實用性，軟件算法也可大大提高統(tǒng)計工程量統(tǒng)計的精度和效率。導(dǎo)出的工程量和材料統(tǒng)計結(jié)果可直接應(yīng)用于工程預(yù)算分析，為工程的投資分析、造價控制和竣工決算提供可靠的依據(jù)[5]。

1)鋼結(jié)構(gòu)詳圖工程量：鋼結(jié)構(gòu)深化BIM模型可導(dǎo)出鋼構(gòu)件預(yù)裝配模型及其相關(guān)參數(shù)，通過編碼和標注示意形成鋼結(jié)構(gòu)加工示意圖和工程材料統(tǒng)計表，導(dǎo)出的圖紙和材料統(tǒng)計表經(jīng)施工單位確認審核后即可直接報送廠家下料生產(chǎn)。

2)管道設(shè)備工程量：針對深化后的機電管道，可統(tǒng)計相關(guān)管道用量、管件、設(shè)備工程量及支吊架工程量。

2.5 虛擬施工模擬

1)4D施工組織方案模擬：根據(jù)工程分部分項劃分情況、施工節(jié)點進度、工程施工特點及現(xiàn)場實際情況，對三維模型進行實體切割，形成可以反映施工作業(yè)對象和結(jié)果的施工作業(yè)單元實體模型[6]。以可視化的形式對施工建造的現(xiàn)場環(huán)境條件、工序和步驟以及資源消耗情況進行模擬和仿真，更全面、綜合的分析施工組織設(shè)計的可行性和優(yōu)劣。將三維模型、施工設(shè)備、施工臨建設(shè)施與周邊環(huán)境和建筑物進行動態(tài)碰撞檢查形成碰撞檢測報告，從而對施工方案進行優(yōu)化調(diào)整和查漏補缺，同時能夠更直觀反映出施工總布置設(shè)計的合理性，從而優(yōu)化施工規(guī)劃布局。采用BIM進行虛擬施工模擬，需將施工總布置的BIM空間模型與施工進度的時間計劃互相關(guān)聯(lián)，形成含義空間和時間信息的4D施工資源信息模型，通過動畫預(yù)演進度對整體施工方案進行優(yōu)化及調(diào)整(如圖4)。

圖4 虛擬施工模擬

2)專項BIM施工方案：針對施工過程中的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序，利用BIM模型進行施工工序和步驟的動態(tài)模擬，分析施工方案中存在的不足和需要重點關(guān)注的步驟，提前采取針對性的措施和手段，從而提高施工方案的可行性，模擬海上風電工程實際施工環(huán)境進行可視化預(yù)演模擬，加強對復(fù)雜工序的可控性，此外，專項BIM施工方案模擬也可用于施工交底和培訓(xùn)。

2.6 施工BIM管理平臺

1)結(jié)合Project等施工進度計劃軟件，基于BIM模型在BIM施工管理平臺上實現(xiàn)計劃時間與實際施工時間對比，及時發(fā)現(xiàn)施工進度偏差，提供施工效率，調(diào)整工程進度計劃。并結(jié)合進度計劃，對比計劃完成與實際完成工程量。

2)在施工階段模型中添加或完善樓層空間位置信息、設(shè)備與材料信息?；贐IM信息模型，利用編碼的方式在BIM施工管理平臺上建立設(shè)備與材料管理和施工進度關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)通過設(shè)備或構(gòu)件的三維BIM模型追溯其生產(chǎn)、運輸和施工中的相關(guān)信息。

3)利用ipad、手機等移動設(shè)備輔助施工單位和監(jiān)理單位進行施工過程管控，將施工現(xiàn)場拍攝工程實體或設(shè)備構(gòu)件照片、施工質(zhì)量問題、安全問題、批注等信息添加到模型構(gòu)件中，返回到管理平臺服務(wù)器中，供項目團隊中的其他人員及時了解相關(guān)內(nèi)容。從而使整個協(xié)同工作流程延伸到工程的現(xiàn)場,更加細節(jié)的并行工作。

4)利用BIM協(xié)同管理平臺，收集整合工程建設(shè)不同階段的現(xiàn)場施工相關(guān)資料和信息，包括材料構(gòu)件檢驗報告、設(shè)計變更記錄、驗收記錄等，可實現(xiàn)項目不同參與單位的查詢、調(diào)去和協(xié)同管理。

3 運營維護階段建設(shè)管理平臺

3.1 資產(chǎn)管理系統(tǒng)

“資產(chǎn)管理系統(tǒng)”模塊以對風場風機機組及海上升壓站主要設(shè)備進行有效管控為目的。包括設(shè)備資產(chǎn)管理、零部件庫存管理、合同管理、生產(chǎn)成本管理四個部分。

3.2 風場監(jiān)控管理系統(tǒng)

風場監(jiān)控管理系統(tǒng)提供了人/機交互接口、監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，支持獲取各類動態(tài)數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫進行管理。通過對監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，用戶可以及時獲取設(shè)備的各類動態(tài)數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫進行管理。同時提取設(shè)備模型的空間位置和BAS系統(tǒng)設(shè)備一一對應(yīng)，通過對數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，用戶可以在三維模型中及時獲取設(shè)備的運行狀態(tài)，故障報警，實現(xiàn)安全監(jiān)管。監(jiān)測的內(nèi)容主要有：設(shè)施(備)運行狀態(tài)監(jiān)測、報警響應(yīng)。

3.3 運維綜合服務(wù)系統(tǒng)

運維綜合服務(wù)系統(tǒng)包括：基于BIM的維護流程、任務(wù)中心、日常巡檢管理、智能故障定位[7]。在設(shè)施(備)維修或搶修的故障定位過程中，將綜合運用三維BIM模型，分析判斷故障出現(xiàn)的環(huán)節(jié)或關(guān)鍵點，利用BIM模型快速地進行故障的空間位置定位，提高設(shè)施(備)維修和搶修的效率；如果需要查詢設(shè)備資料、歷史維護記錄等，用智能手機掃描該設(shè)施(備)的二維碼，即可獲得該設(shè)施(備)的相關(guān)信息，將設(shè)備信息發(fā)到服務(wù)器后，即可獲得由服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出更多的關(guān)于該設(shè)施(備)的各種資料。運維綜合服務(wù)系統(tǒng)界面如圖5所示。

圖5 基于BIM的運維綜合服務(wù)系統(tǒng)界面

3.4 決策支持中心

決策支持中心針對包括規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運維管理在內(nèi)的全生命周期智慧風場數(shù)據(jù)通過建立算法庫，針對海上風電場實際需求，進行分析預(yù)測、模型仿真、指標評價和智能調(diào)度。主要功能包括：實時調(diào)度控制、發(fā)電計劃優(yōu)化、調(diào)度端功能預(yù)測。

4 結(jié) 語

基于BIM的海上風電全生命周期建設(shè)管理平臺具有諸多無法比擬的優(yōu)勢：直觀的三維信息模型在進行建筑單體建設(shè)時，可以進行碰撞檢查、精確算量以及虛擬施工等一系列應(yīng)用，實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計、精益管理的目的；集成設(shè)計、施工階段的數(shù)據(jù)、信息，為運營階段提供決策支持。

面向場區(qū)全生命周期，建立“規(guī)劃設(shè)計-施工建設(shè)-運維管理”平臺開發(fā)、標準化和推廣，提供一個貫穿項目生命周期的協(xié)同工作環(huán)境渠道，實現(xiàn)項目各參與方的實時溝通和協(xié)同管理，共享項目信息，提高管理效率，是加強對建設(shè)工作管理和提高建筑效能的關(guān)鍵性抓手；以“數(shù)字-數(shù)據(jù)-資源-要素-效益”等為關(guān)鍵內(nèi)容，數(shù)據(jù)信息移動交付可以提高對整個建筑群中工程數(shù)據(jù)信息的利用，針對最終管控的目的進行有效的分類統(tǒng)計及數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)場區(qū)運營主體的高效決策以及規(guī)模效應(yīng)中體現(xiàn)的高盈利。