BIM技術(shù)在電網(wǎng)變電工程建設(shè)安全管理中的應用研究

孫瑞峰，張 青

（1.國網(wǎng)陜西省電力公司建設(shè)分公司，陜西 西安 710065；2.國網(wǎng)陜西省電力公司營銷服務中心，陜西 西安 710100）

近年來，各類創(chuàng)新科技的推廣大力推動了電力工程建設(shè)同步發(fā)展，項目建設(shè)全周期管控也急需轉(zhuǎn)型升級，以適應電網(wǎng)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展要求。BIM技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和高速推廣，能有效促進電網(wǎng)工程建設(shè)管理向數(shù)字化、精益化和智能化轉(zhuǎn)變。目前，因工程參建人員對BIM技術(shù)的掌握及使用有限，該技術(shù)創(chuàng)新管理優(yōu)勢和核心功能未有效體現(xiàn)，給BIM技術(shù)和電網(wǎng)工程建設(shè)的融合落地帶來一定難度[1]。將BIM技術(shù)與電網(wǎng)工程建設(shè)傳統(tǒng)管理優(yōu)勢相結(jié)合，必定會為工程建設(shè)管理提供全面的技術(shù)支撐和管控保證。

1 BIM技術(shù)及應用簡介

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是基于傳統(tǒng)二維設(shè)計方案融合工程建設(shè)信息，利用數(shù)字信息技術(shù)，通過建模、分析、模擬、檢測等方式，實現(xiàn)工程建設(shè)全過程管控可視化、模擬化及精益化，從而提升管理效率和成果[2]。

目前，BIM技術(shù)已廣泛應用于建筑工程建設(shè)，然而對電網(wǎng)工程項目建設(shè)而言，傳統(tǒng)項目管理方式轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫，電網(wǎng)工程建設(shè)與BIM技術(shù)的結(jié)合應用，將實現(xiàn)工程建設(shè)安全、質(zhì)量、技術(shù)、造價等管理效率和管理水平的本質(zhì)提升，推動電網(wǎng)工程的建設(shè)與運行管理實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展[3-5]。

2 BIM技術(shù)在電網(wǎng)變電工程建設(shè)中的應用

電網(wǎng)變電工程建設(shè)施工工序多、周期長，對每個環(huán)節(jié)實施精細化管理難度很大。基于BIM技術(shù)的三維模型，可實現(xiàn)各階段、專業(yè)及工序的安全風險梳理及隱患排查，明確管理職責，制定管控措施，執(zhí)行安全規(guī)程，避免工程項目建設(shè)安全管控盲目、滯后和無針對性，做到事前預防、事中控制、事后總結(jié)，為落實安全責任、推動安全發(fā)展、順利實施工程建設(shè)奠定安全保障[5-8]。

2.1 強化設(shè)計深度，優(yōu)化設(shè)計方案

以往電網(wǎng)工程建設(shè)因設(shè)計深度不足，造成后期施工無法進行或頻繁變更。應用BIM技術(shù)對工程各階段進行數(shù)字建模、專業(yè)分析、工序檢測及模擬演示，能有效優(yōu)化設(shè)計方案，強化設(shè)計深度，細化風險交底，驗證設(shè)計理念。

基于BIM技術(shù)建立的數(shù)字化信息模型，經(jīng)過智能化階段自檢、可視化模擬演示、數(shù)字化方案比對，結(jié)合電網(wǎng)變電工程建設(shè)環(huán)境邊界條件，便可在項目落地施工前對人、機、料、法、環(huán)等方面進行分析比對，對不同階段的危險因素進行全方位、多角度、分層次的剖析、診斷及掃描，確保優(yōu)化后的設(shè)計方案順利實施。陜西咸陽大楊變電站330 kV間隔擴建工程基于BIM技術(shù)的3D模型如圖1所示。

圖1 陜西咸陽大楊變電站330 kV間隔擴建工程基于BIM技術(shù)的3D模型

2.2 預控施工風險，制定防范措施

建設(shè)前需預判各階段風險因素，如電網(wǎng)變電工程建設(shè)電壓等級、建設(shè)規(guī)模、邊界條件等因素，及時調(diào)整安全管控措施，提前辨別、排查、預防各類隱患，做到風險可控、再控、能控。

BIM技術(shù)具有數(shù)字化、信息化、可視化的特點，可對變電工程中深基坑開挖、構(gòu)架吊裝、高大模板支護、變壓器就位及主母線架設(shè)等高風險作業(yè)提供信息高度集成的3D模型，提前開展特殊施工方案、涉網(wǎng)接入方案及三維碰撞模演等工作，在作業(yè)開始前構(gòu)建各階段風險管控軸線、專項措施實施時間線和強化安全意識紅線。

BIM技術(shù)具有共享性、延伸性和可移植性，能為電網(wǎng)變電擴建工程項目實施現(xiàn)場安全管理提供支撐。對于變電站運行區(qū)域擴建工作，臨近帶電體是現(xiàn)場安全管控的重難點，受傳統(tǒng)二維圖紙放樣不準確和技術(shù)人員經(jīng)驗有限影響，無法對運行設(shè)備安全距離進行“實測實量”，導致停電方案審核難，擴大了設(shè)備停電范圍，影響運行安全情況。結(jié)合BIM技術(shù)，采用三維建模方式可有效控制參建人員和運行設(shè)備的安全，更精確進行風險的識別、預判和控制，提高專項方案和管控措施的執(zhí)行效率，優(yōu)化停電計劃和涉網(wǎng)搭接方案，打破安全管控制定概念化、落實遲滯化的現(xiàn)象，以直觀定量的數(shù)據(jù)化手段解決安全管控風險預判難、方案制定難、現(xiàn)場執(zhí)行難等問題。陜西咸陽大楊變電站330 kV間隔擴建工程3099大王Ⅱ出現(xiàn)間隔，基于BIM技術(shù)的3D模型與實際設(shè)備對比如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的3D模型與實際設(shè)備對比

2.3 提升專業(yè)銜接，保證計劃實施

基于電網(wǎng)變電工程建設(shè)工序復雜、交叉面廣、配合方多的特點要求各階段、工序及專業(yè)間銜接緊密，任何脫節(jié)現(xiàn)象都會影響工程安全、質(zhì)量、進度等方面的實施。為在有效施工周期內(nèi)完成建設(shè)工作，需要合理規(guī)劃作業(yè)內(nèi)容、安排作業(yè)人員、調(diào)整作業(yè)計劃。結(jié)合工程現(xiàn)場實際邊界條件，通過BIM技術(shù)可視化模演，能充分論證同階段不同工序的可實施性、不同階段交叉作業(yè)的合理性、邊界條件變化糾偏的正確性。

依托BIM技術(shù)對各分部分項工程的危險因素進行歸納整合，結(jié)合工期要求制定合理安全指標，基于此可實現(xiàn)安全隱患先降后控和安全控制分級實施的目標，也利于管理工程項目安全文明施工、完善數(shù)據(jù)模型、合理布置場區(qū)。

3 BIM技術(shù)在變電工程建設(shè)中的實際應用

3.1 優(yōu)化作業(yè)方案，控制吊裝風險

電網(wǎng)變電工程建設(shè)實施過程中，合理劃分施工工序、高效安排作業(yè)區(qū)域，能有效提高建設(shè)工作的開焊效率。土建專業(yè)施工作業(yè)過程中涉及深基坑開挖、高處墜落、物體打擊、觸電傷害及有限空間作業(yè)等危險點，結(jié)合Q/GDW 12152—2021《輸變電工程建設(shè)施工安全風險管理規(guī)程》相關(guān)要求，需重點防范以上危險點。變電站新（擴、改）建工程建設(shè)中，構(gòu)架、橫梁及避雷針吊裝作業(yè)是工程建設(shè)土建施工風險管控的重點之一。某330 kV變電站間隔擴建工程構(gòu)架透視圖及BIM 3D建模圖如圖3所示。

圖3 某330 kV變電站間隔擴建工程構(gòu)架透視圖及BIM 3D建模圖

近期在變電站改、擴建施工作業(yè)中，特別是涉及設(shè)備及構(gòu)支架吊裝作業(yè)的施工工序，因作業(yè)勘查人員現(xiàn)場勘查不全面、吊裝專項方案管控措落實不到位、作業(yè)風險管控未嚴格執(zhí)行、過程監(jiān)督疏于把控等原因影響，臨近帶電提作業(yè)吊裝過程中人身、設(shè)備及電網(wǎng)事故頻繁發(fā)生。應用BIM技術(shù)對各類工程所涉及構(gòu)架、橫梁的吊裝進行3D建模，結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場復雜環(huán)境邊界條件進行工序模擬，能夠有效對吊裝作業(yè)操作步驟進行逐項模擬，實現(xiàn)對構(gòu)架吊裝實施方案可行性、合理性及安全性的準確驗證，從而避免各種事故的發(fā)生，有效保障吊裝作業(yè)安全可靠開展。

3.2 降低修試風險，優(yōu)化特試方案

電氣安裝專業(yè)中大型設(shè)備的安裝調(diào)試、檢修消缺及特殊試驗等也是變電工程施工中風險關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)，施工前深度勘查現(xiàn)場與編制施工方案、實施安全措施有著密切關(guān)系，可有效保證實施過程中人身安全、設(shè)備及電網(wǎng)安全可靠運行。

以某變電站開關(guān)類電氣設(shè)備檢修為例，對3/2接線方式的330 kV串內(nèi)開關(guān)進行罐體更換及耐壓試驗等工作時，因該變電站為敞開式戶外AIS設(shè)備，受電氣一次設(shè)備及構(gòu)支架布置緊密等邊界環(huán)境影響，需仔細勘查現(xiàn)場，特別是開展罐體吊裝更換以及后期耐壓試驗等工作時，需全面考慮安全距離，在保證安全的前提下實施該工作。某330 kV變電站開關(guān)罐體更換現(xiàn)場過程照片及BIM 3D模型如圖4所示。

圖4 某330 kV變電站開關(guān)罐體更換現(xiàn)場過程照片及BIM 3D模型圖

以往變電站內(nèi)修試工作的現(xiàn)場勘查均通過負責人現(xiàn)場目測和經(jīng)驗制定專項安全措施，但是常受負責人經(jīng)驗不足或危險勘查不全面等內(nèi)外因素影響，導致修試過程中臨時停電擴大停電范圍，影響變電站供電可靠性和安全性。某330 kV變電站開關(guān)罐體更換后耐壓試驗現(xiàn)場照片及BIM 3D模型如圖5所示。

圖5 某330 kV變電站開關(guān)罐體更換后耐壓試驗現(xiàn)場照片及BIM 3D模型圖

基于BIM技術(shù)可視化、數(shù)字化、可移植等創(chuàng)新特點，在變電站工程新建初期同步跟進3D模型建立及數(shù)據(jù)實時跟新，可將變電工程實現(xiàn)數(shù)字化、模塊化和可視化存儲。借助BIM技術(shù)建模的特點、優(yōu)勢，可完整辨識變電站內(nèi)各類工作安全風險，有效實施安全措施，確保修試工作全面無誤等。數(shù)字化模型的優(yōu)勢在于定性分析風險點后，可通過檢測模型定量分析危險點。比如，更換罐體過程中套管、吊裝開關(guān)本體時吊車的支撐位置，吊臂旋轉(zhuǎn)半徑及起吊方向的確認；開展開關(guān)本體耐壓試驗時，檢修場地范圍內(nèi)試驗設(shè)備搭設(shè)位置的選取和優(yōu)化，擴徑導線掛設(shè)位置與鄰近設(shè)備（構(gòu)架、衡量、運行母線等）安全距離是否滿足電力安全工作規(guī)程中對最小安全距離的要求等。從定性分析到量化模擬的轉(zhuǎn)換，能夠有效提升方案實施的效率，降低過程管控的風險，保證特殊作業(yè)安全。

4 結(jié)束語

隨著數(shù)字化、智慧化創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，借助如BIM等科學技術(shù)數(shù)字化、可視化、模型化等創(chuàng)新優(yōu)勢，必能將電網(wǎng)變電工程建設(shè)全過程安全管理的高質(zhì)量發(fā)展要求落到實處，貫穿電網(wǎng)變電工程建設(shè)的安全風險辨識、危險分析及排查預防等重難點將能夠得到高效解決，從根本上優(yōu)化管理模式，量化控制措施，提升工程項目建設(shè)全面管理。