王興盛，李亮，李久石，楊旭，郭寧昊

（1.中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457；2.沈陽慧筑建筑科技有限公司，沈陽 110012）

1 引言

在國家大力推動“雙碳”背景下，傳統(tǒng)的發(fā)電模式因環(huán)境污染問題被屢屢詬病，而風(fēng)力發(fā)電可以減少二氧化碳的排放量，助力碳中和環(huán)保。相關(guān)公開數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)力發(fā)電時(shí)，每千瓦時(shí)發(fā)電二氧化碳排放量中值為11 ～12 g，而光伏發(fā)電碳排放量為48 g/（kW·h），水電發(fā)電為24 g/（kW·h），天然氣為490 g/（kW·h），傳統(tǒng)的煤電方式最不環(huán)保，碳排放量高達(dá)820 g/（kW·h）。

我國國土面積廣闊，選擇山地風(fēng)電是一種新興的綠色能源項(xiàng)目，具有非常廣闊的發(fā)展前景。與傳統(tǒng)的風(fēng)電場相比，山地風(fēng)電項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：一方面，山地風(fēng)電場在地形和氣象條件上具有更高的復(fù)雜性，因此，需要更加精細(xì)的工程設(shè)計(jì)和施工方案；另一方面，山地風(fēng)電場具有更加復(fù)雜的土地利用和環(huán)境保護(hù)問題，需要更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會責(zé)任。因此，在山地風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)過程中，需要克服諸多困難和挑戰(zhàn)。

如何有效管理和優(yōu)化施工過程成為一個(gè)重要的問題。傳統(tǒng)的施工管理方法往往無法滿足復(fù)雜的山地環(huán)境和工藝要求。BIM 技術(shù)作為一種集成的建筑信息管理工具，具有優(yōu)秀的空間分析和可視化能力，可以為復(fù)雜山地風(fēng)電項(xiàng)目的工藝流程管理提供有效的解決方案。

2 開原市中固鎮(zhèn)100 WM 風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目

2.1 項(xiàng)目概況

開原市中固鎮(zhèn)100 WM 風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目共布置有21 臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其中6 臺單機(jī)容量4 MW，15 臺單機(jī)容量5 MW。項(xiàng)目地貌主要為丘陵地形，項(xiàng)目區(qū)域南部屬于中固鎮(zhèn)，東部屬于馬家寨鎮(zhèn)，北部屬松山堡鄉(xiāng)，機(jī)位點(diǎn)海拔高度在200 ～300m，平均海拔高程約240 m。集電線路南區(qū)和北區(qū)共163 基鐵塔，采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)，鐵塔點(diǎn)位多，跨越距離大，跨越39 km。

2.2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

在山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)過程中，依然存在著多種難點(diǎn)和問題，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）地形條件復(fù)雜，建設(shè)難度大。山地風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)地點(diǎn)通常處于山區(qū)、丘陵地帶或者海拔較高的地區(qū)，地形條件非常復(fù)雜，如地勢陡峭、地形起伏大、土質(zhì)松軟等，這些地形條件給前期施工勘測、風(fēng)電機(jī)組的安裝、運(yùn)輸、基礎(chǔ)建設(shè)等帶來了極大的困難。（2）工程量認(rèn)定爭議。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)安裝基本都在山坡頂部，如何安排施工路線，土方挖方量等都存在較大不確定性誤差。（3）環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，社會責(zé)任重大。山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)對生態(tài)環(huán)境和當(dāng)?shù)厣鐣a(chǎn)生的影響很大，因此，需要更加注重環(huán)境保護(hù)和社會責(zé)任。同時(shí)，山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)需要涉及多個(gè)部門和利益相關(guān)方的協(xié)調(diào)，如土地、水利、環(huán)保等，需要考慮到多方面的利益平衡和協(xié)調(diào)。（4）施工過程中因?yàn)辄c(diǎn)位多、跨距大造成的協(xié)調(diào)管理難度大。

3 山地風(fēng)電項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)分析及解決方案

3.1 項(xiàng)目BIM 應(yīng)用難點(diǎn)

山地風(fēng)電項(xiàng)目需要涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員，如機(jī)械、電氣、土建、環(huán)保等，需要進(jìn)行多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)和管理。同時(shí)，山地風(fēng)電項(xiàng)目施工過程中需要考慮到施工現(xiàn)場的安全、進(jìn)度、質(zhì)量等多個(gè)方面的要求，需要進(jìn)行精細(xì)化的施工管理。在這樣的背景下，BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以為山地風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)和管理帶來多方面的優(yōu)勢。

BIM 技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）信息整合性。山地風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)涉及多個(gè)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員，需要進(jìn)行多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)和管理，BIM 技術(shù)可以將多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的信息進(jìn)行整合和管理。（2）可視化展示性。山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)需要面對地形復(fù)雜、環(huán)境保護(hù)要求高等挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)和施工管理，BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建模和可視化展示，能夠更加準(zhǔn)確地掌握地形信息、環(huán)境條件等多個(gè)方面的信息。（3）協(xié)同管理性。山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)需要涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員，需要進(jìn)行多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)和管理，BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同管理。（4）全生命周期管理性。BIM 技術(shù)可以在數(shù)字化建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行全生命周期的管理，而山地風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營需要考慮到多個(gè)階段的需求，需要進(jìn)行全周期的管理，因此，BIM 技術(shù)的全生命周期管理性也可以很好地應(yīng)用于山地風(fēng)電項(xiàng)目中。

綜上所述，BIM 技術(shù)特點(diǎn)與山地風(fēng)電項(xiàng)目的特點(diǎn)結(jié)合可以發(fā)揮其優(yōu)勢，使得BIM 技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于山地風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)和管理中，提高建設(shè)和運(yùn)營效率，降低成本，提升項(xiàng)目質(zhì)量。

3.2 山地風(fēng)電項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用解決方案

BIM 技術(shù)的相關(guān)理論主要包括數(shù)字化建模、信息協(xié)同和可視化管理3 方面。

3.2.1 BIM 模型建立

BIM 建模是BIM 技術(shù)的核心，也是BIM 技術(shù)在風(fēng)電項(xiàng)目中應(yīng)用的基礎(chǔ)。BIM 建模可以將建筑物、結(jié)構(gòu)物和設(shè)備等物理實(shí)體信息數(shù)字化，形成三維模型，并且可以將相關(guān)的信息與之關(guān)聯(lián)，如材料、構(gòu)件、尺寸等。在風(fēng)電項(xiàng)目中，BIM 建?？梢岳脭?shù)字化建模技術(shù)對風(fēng)電場地形、地質(zhì)、環(huán)境等進(jìn)行數(shù)字化建模，輔助規(guī)劃風(fēng)機(jī)布局、維護(hù)通道、施工道路等，提高建設(shè)效率和質(zhì)量。

3.2.2 BIM 協(xié)同管理

BIM 協(xié)同是指多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員通過BIM 平臺進(jìn)行信息協(xié)同和協(xié)作。在風(fēng)電項(xiàng)目中，BIM 協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域的工程師之間的信息交流和共享，提高項(xiàng)目的協(xié)調(diào)和管理效率。比如，機(jī)械、電氣、土建等不同領(lǐng)域的工程師可以通過BIM 平臺將各自的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和施工管理。

3.2.3 BIM 可視化管理

BIM 可視化是指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將BIM 模型進(jìn)行可視化展示。在風(fēng)電項(xiàng)目中，BIM 可視化可以將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為三維模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化展示，使得設(shè)計(jì)方案更加直觀、形象，有助于客戶的理解和決策。同時(shí)，BIM 可視化還可以在施工階段進(jìn)行虛擬施工，通過虛擬實(shí)境進(jìn)行模擬，提高施工安全和效率。

綜上所述，BIM 技術(shù)在風(fēng)電項(xiàng)目中的應(yīng)用，需要從建模、協(xié)同和可視化等方面入手，通過數(shù)字化建模、信息協(xié)同和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電項(xiàng)目的精細(xì)化設(shè)計(jì)和施工管理，提高項(xiàng)目的效率和質(zhì)量。

4 山地風(fēng)電項(xiàng)目的BIM 應(yīng)用

BIM 技術(shù)在山地風(fēng)電項(xiàng)目施工中具有廣泛的應(yīng)用，可以幫助項(xiàng)目管理人員、建筑師、工程師和施工隊(duì)伍更好地協(xié)調(diào)和管理項(xiàng)目進(jìn)程，提高項(xiàng)目效率和質(zhì)量。本文以位于遼寧省鐵嶺市開原市境內(nèi)的山地風(fēng)電項(xiàng)目為例，介紹BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用情況和應(yīng)用效果。

4.1 場地分析模擬

因?yàn)楸卷?xiàng)目共需架設(shè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位21 個(gè)，同時(shí)各個(gè)場距較大，項(xiàng)目施工部署難度較高，技術(shù)團(tuán)隊(duì)首先通過衛(wèi)星地形圖及設(shè)計(jì)圖紙確定各個(gè)點(diǎn)位實(shí)際位置，規(guī)劃前期施工部署方案，同時(shí)利用無人機(jī)對施工各域?qū)嶋H情況進(jìn)行傾斜攝影、正射影像的拍攝和測量，拍攝成果形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并生成可多角度瀏覽的三維模型，從而獲取更加精確的模型數(shù)據(jù)，驗(yàn)證部署方案的可行性及合理性。圖1 為衛(wèi)星圖對風(fēng)機(jī)安裝點(diǎn)位進(jìn)行標(biāo)注，圖2 為傾斜攝影航線規(guī)劃圖。

通過無人機(jī)傾斜攝影生成三維模型驗(yàn)證初期施工方案，分析各域風(fēng)機(jī)安裝地塊高程及其周邊道路坡度，避開深溝及高程偏差較大的地界，大大減少傳統(tǒng)人工多次測量耗費(fèi)的人力物力，為項(xiàng)目提前進(jìn)入施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也大大縮短了工期。通過BIM 技術(shù)的支持，無人機(jī)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接集成到BIM 模型中，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目數(shù)字化建模和精準(zhǔn)化管理。

施工階段結(jié)合施工總進(jìn)度計(jì)劃，利用BIM 模型計(jì)算出集電線路鐵塔基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)等所需鋼筋、模板以及主要構(gòu)件等材料量和場地占用，選擇多風(fēng)機(jī)共用道路中間地帶作為材料堆放中轉(zhuǎn)場，做好材料堆放分配工作。

4.2 道路優(yōu)化

經(jīng)過無人機(jī)傾斜攝影及現(xiàn)場實(shí)際勘測，很多風(fēng)機(jī)點(diǎn)位所在位置不具備風(fēng)機(jī)相關(guān)構(gòu)件、集電線路構(gòu)件的運(yùn)輸及施工車輛通行條件，同時(shí)因?yàn)轱L(fēng)電設(shè)備的體積以及容量較大，在運(yùn)輸以及施工時(shí)存在較多不便利性，所以通過傾斜攝影三維影像對運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分考慮風(fēng)電設(shè)備及葉片等大型構(gòu)件物的運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎半徑等，利用BIM軟件對運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)合地形模型和土方開挖量，確定運(yùn)輸?shù)缆返奈恢?、長度、寬度、坡度等參數(shù)，通過調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)高程線，調(diào)整前后坡度，控制縱坡坡度在18%范圍內(nèi)，以及通過橫斷面，控制道路挖填方，確保運(yùn)輸?shù)缆返陌踩?、穩(wěn)定和可行性，如圖3 所示。

圖3 傾斜攝影道路規(guī)劃

在確定挖方路段施工的同時(shí)開展對應(yīng)填方區(qū)域的施工，最大限度利用棄渣，減少渣土臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)和二次運(yùn)輸，有效提高施工效率，提升工程質(zhì)量。

利用BIM 可視化應(yīng)用可以將施工階段多次傾斜攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化展示，使得現(xiàn)場施工動態(tài)更加直觀、形象，校核施工與策劃一致。同時(shí)，在山地風(fēng)電項(xiàng)目中，由于施工環(huán)境復(fù)雜，利用BIM 可視化技術(shù)在施工準(zhǔn)備階段進(jìn)行虛擬施工交底，可以幫助施工人員更加清晰地了解施工過程，提高施工效率和質(zhì)量。

4.3 風(fēng)電塔架及集電線路模型搭建

風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目設(shè)備構(gòu)件型號及數(shù)量較多，利用Revit建立風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目設(shè)備構(gòu)件專用族庫，如風(fēng)機(jī)、塔筒、基礎(chǔ)、道路、通道等進(jìn)行數(shù)字化建模，減少重復(fù)建模，提高工作效率。利用已創(chuàng)建的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、塔筒、機(jī)艙、葉輪等設(shè)備構(gòu)件模型，按照相對位置進(jìn)行精確合模，形成風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)模型。

同時(shí)因?yàn)樾枰獙︼L(fēng)能產(chǎn)生的電力進(jìn)行傳輸，通過集電線路傳輸至升壓站后并入國家電網(wǎng)，對于升壓站按結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電專業(yè)分別建模，鏈接各專業(yè)模型進(jìn)行合模，碰撞檢查發(fā)現(xiàn)沖突及時(shí)做出優(yōu)化調(diào)整，創(chuàng)建場地模型并添加相關(guān)設(shè)備族形成升壓站整體模型。

4.4 工藝流程可視化模擬

根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)場編制的施工組織設(shè)計(jì)，將道路施工、集電線路、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)吊裝等單項(xiàng)工藝流程與BIM 模型相結(jié)合，通過施工推演以及進(jìn)度展示，對施工過程進(jìn)行三維動態(tài)模擬和展示，以便現(xiàn)場工程師和管理人員更直觀地了解施工部署和發(fā)現(xiàn)過程中的不足及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

通過BIM 技術(shù)對工藝流程進(jìn)行可視化模擬，可以提高施工效率和質(zhì)量，降低誤差和漏洞的風(fēng)險(xiǎn)，推動項(xiàng)目的順利完成。（1）地形建模：結(jié)合實(shí)際地形測量數(shù)據(jù)，利用BIM 軟件對場區(qū)地形進(jìn)行三維建模，包括地形起伏、山脈分布、道路、河流等，為后續(xù)的施工提供參考。（2）風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)建模：根據(jù)風(fēng)機(jī)型號和設(shè)計(jì)要求，利用BIM 軟件對各個(gè)風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行三維建模，包括基礎(chǔ)的尺寸、形狀、深度、鋼筋等細(xì)節(jié)，深化基礎(chǔ)鋼模板，形成CAD尺寸圖，提前進(jìn)行預(yù)制加工。（3）集電線路建模：根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)方案，利用BIM 軟件對集電線路進(jìn)行建模，包括鐵塔、導(dǎo)線、絕緣子、接地等，同時(shí)模擬集電線路基礎(chǔ)施工流程，提前加工混凝土溜槽等必要設(shè)備。（4）施工進(jìn)度管理：利用BIM 軟件對各個(gè)施工工序進(jìn)行建模，結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工中的問題，確保項(xiàng)目按時(shí)完成。（5）工序流水分析：利用BIM 軟件對各個(gè)施工流程進(jìn)行施工流水模擬，合理安排材料調(diào)用，對施工隊(duì)伍流水化施工部署，有效避免窩工情況發(fā)生，保障了項(xiàng)目工期。（6）數(shù)據(jù)共享：通過BIM 平臺，實(shí)現(xiàn)各個(gè)參與方之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作，提高工作效率和質(zhì)量，降低誤差和漏洞的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，BIM 技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)施工部署全面管理和優(yōu)化，提高項(xiàng)目的質(zhì)量和效率，降低項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和成本，推動項(xiàng)目的順利完成。

5 應(yīng)用效果評估

結(jié)合BIM 模型應(yīng)用、BIM 協(xié)調(diào)應(yīng)用、BIM 可視化應(yīng)用、無人機(jī)應(yīng)用和進(jìn)度管理應(yīng)用對BIM 技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行評估，主要包括以下方面。

5.1 效率提升

BIM 技術(shù)可以將設(shè)計(jì)信息進(jìn)行整合，減少設(shè)計(jì)沖突和修正，提高設(shè)計(jì)效率；無人機(jī)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化地建模和巡檢，提高施工效率和安全性；進(jìn)度管理應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的進(jìn)度管理，幫助項(xiàng)目經(jīng)理實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的進(jìn)度控制和風(fēng)險(xiǎn)管理。預(yù)估數(shù)據(jù)：通過應(yīng)用BIM 技術(shù)結(jié)合以上應(yīng)用，項(xiàng)目的效率可以提高20%以上。

5.2 質(zhì)量提升

BIM 技術(shù)可以通過數(shù)字化建模對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；無人機(jī)應(yīng)用可以通過精準(zhǔn)化的建模和巡檢，發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題，提高施工質(zhì)量；進(jìn)度管理應(yīng)用可以通過數(shù)字化的進(jìn)度管理，提高施工質(zhì)量。預(yù)估數(shù)據(jù)：通過應(yīng)用BIM 技術(shù)結(jié)合以上應(yīng)用，項(xiàng)目的質(zhì)量可以提高15%以上。

5.3 成本降低

BIM 技術(shù)可以通過數(shù)字化建模和協(xié)調(diào)管理，減少設(shè)計(jì)沖突和修正，提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本；無人機(jī)應(yīng)用可以通過精準(zhǔn)化的建模和巡檢，發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題，減少修復(fù)成本；進(jìn)度管理應(yīng)用可以通過數(shù)字化的進(jìn)度管理，提高施工效率，降低施工成本。預(yù)估數(shù)據(jù)：通過應(yīng)用BIM技術(shù)結(jié)合以上應(yīng)用，項(xiàng)目的成本可以降低10%以上。

6 結(jié)語

BIM 技術(shù)在復(fù)雜山地風(fēng)電項(xiàng)目施工中的應(yīng)用效果和優(yōu)勢顯著，可以提高施工效率和質(zhì)量，降低誤差和漏洞的風(fēng)險(xiǎn)，推動項(xiàng)目的順利完成，未來發(fā)展方向和應(yīng)用前景廣闊。BIM 技術(shù)將繼續(xù)向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，更加貼近施工實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同管理，推動工程施工領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過BIM 技術(shù)的數(shù)字化和模擬化，可以在施工前進(jìn)行模擬，預(yù)測施工過程中可能發(fā)生的問題并進(jìn)行優(yōu)化，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同管理，加強(qiáng)各個(gè)施工部門之間的溝通和協(xié)作，提高施工效率。此外通過對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測和管理，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度和質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，提高施工質(zhì)量。因此，BIM 技術(shù)在山地風(fēng)電項(xiàng)目施工中的應(yīng)用前景廣闊，將成為推動工程施工領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。