基于BIM技術的輸變電工程管控模型研究與信息系統實現

王曉波，錢展佳，李 峰，游龍勇

(1.國網信通產業集團北京中電普華信息技術有限公司，北京 100085；2.國網上海市電力公司，上海 200120)

建筑信息模型(Building Information Modeling, 簡稱BIM)，是指創建并利用數字化模型對建設工程項目的設計、建造和運維全過程進行管理和優化的過程、方法和技術。BIM技術在建筑工程行業的應用已經逐漸步入注重應用價值的深度應用階段，并呈現出BIM技術與項目管理、云計算、大數據等先進信息技術集成應用的“BIM+”特點，正在向多階段、集成化、多角度、協同化、普及化應用擴展[1]。

隨著BIM技術在工程建設領域的推廣，其在輸變電工程中的應用必將逐步深入，從重點應用于個別復雜度高的特殊項目，向輸變電工程普遍應用轉變；從以設計階段應用為主，向規劃、設計、施工和運行檢修階段全面應用擴展。本文的研究重點為BIM技術在輸變電工程施工階段的應用。

1 輸變電工程BIM技術應用價值分析

BIM技術所具有的參數化、可視化和優化性等特點，決定其在輸變電工程中具有如下應用價值[2-3]。

1.1 綜合管理

參數化：建立多維施工BIM 5D模型(3D實體+1D時間+1D內容)，進行動態模型和信息維護，實現直觀信息傳遞；

可視化：通過三維可視模型實現多方協同；

優化性：大幅度提升溝通協調和綜合管理水平。

1.2 進度管理

參數化：通過參數化關聯施工進度數據；

可視化：通過模型準確表達施工進度狀況；

優化性：建立施工進度自動預警系統。

1.3 安全管理

參數化：通過參數化進行施工現場安全模擬；

可視化：通過模擬結果的可視化進行現場安全指導；

優化性：降低施工安全風險，提高安全保障。

1.4 質量管理

參數化：通過參數化實現質量精確管理；

可視化：通過可視化確定空間部位；通過模擬進行施工指導；

優化性：提高施工效率與品質。

1.5 技術管理

參數化：通過參數化進行技術模擬與分析；

可視化：通過模型可視化表達技術方案；通過模擬進行技術指導；

優化性：基于參數化技術分析進行方案優化。

1.6 造價管理

參數化：通過參數化實現造價統計和計算；

可視化：通過模型可視化直觀表達造價構成；

優化性：促使造價管理向精細、精確轉變。

2 輸變電工程管控模型構建

2.1 以設計BIM為基礎，形成施工BIM模型

為了保證數字化模型與真實建造的關聯性，使模型作為建造過程數據的承載體，就必須融合設計、施工、業主、監理各方的管控方法。設計在承擔工程模型的提供方時，需在模型初始階段提供項目信息、系統分類、二維碼、設備參數、成本等一系列關乎后續管控措施的要素。

當施工方接管模型后，需要根據實際項目情況和施工階段工程管控需求，將設計模型拆分為施工建設中工藝節點的進程化模型，區分建設各方從屬關系、構件及設備供應方、工藝關鍵節點、安裝邏輯等，形成工程數字化管控所需的統一標準基礎數據[4]。

2.2 以WBS為基礎，形成工程管控主線

工作分解結構(Work Breakdown Structure, 簡稱WBS)是有效計劃和控制建設工程項目的工具。它是由一組可交付使用的項目產品/設施組成的，表現為一種層次化的樹狀結構，定義了整個工程項目的工作范圍。

WBS作為一種全面、系統地分析工程項目的有效方法，是項目管理的基礎性工作。為了實現數字化工程管控，需在WBS創建過程中，充分考慮施工管控點要求進行任務分解形成工作任務與管控角色，并實現工作任務與施工BIM模型的構件級對應與關聯。這樣，就形成了以WBS為主線，以工作任務為單位的數字化工程管控主線[5-6]。

2.3 關聯專業信息，形成精細管控模型

為實現精細化的工程管控模型，就需要形成以WBS為主線的施工BIM模型與進度、安全、質量、技術、造價專業的具體關聯，實現3D模型向5D的進化，形成數字化工程管控的主體[7-10]。

進度專業：關聯任務計劃時間、實際時間等；

安全專業：關聯風險作業、安全方案等；

質量專業：關聯輸變電工程標準工藝等；

技術專業：關聯技術方案和工程圖紙等；

造價專業：關聯工程預算與人、材、機信息等。

2.4 利用流程化控制，形成任務管控機制

為了實現工作任務的流程化控制，需要形成流程化控制機制(見圖1)，通過綜合使用移動終端和電腦終端，形成數字化工程管控的驅動引擎[11]。

圖1 流程化控制機制

在流程控制下，系統能根據時間自動推送工作任務到用戶移動終端。

在移動端，施工分包可以查看任務對象及計劃時間等信息，并上報施工現場進度信息(時間、現場照片、文字說明)。

總包在收到分包提交的任務信息后，能夠在移動端進行自檢。

在總包檢驗完成后，專監和總監按流程要求進行現場監理審查。

業主在電腦Web端和移動APP端，均能對整個過程進行監管，從而實時掌控過程情況。現場上報的基于BIM和管控點進度、安全、質量等信息，在Web端能夠非常方便地進行數據查詢和流程的過程查詢，便于管理人員監督、管理和分析總結。

2.5 應用物聯網技術，提升智能管控水平

通過將BIM模型與現場的管控點進行實物連接，應用物聯網技術，可有效提升工程現場的智能化管控水平，實現電子監管[12]。

(1)二維碼：通過為BIM構件建立標準二維碼并自動識別，實現管理信息的便捷化上報和記錄，減少過去人工上報方式中的延誤、錯誤、遺漏等情況。

(2)視頻設備：通過關聯視頻設備，可實時監控施工現場和風險作業開展情況。

(3)門禁系統：通過關聯出入閘機(考勤設備)，實現對于人員、車輛進出場情況的自動記錄。

2.6 管控模型整體移交，奠定后續應用基礎

工程數字化移交是基于數字化模型，利用三維可視化技術、信息集成技術等，結合地理信息和工程信息，以三維數字化的形式，整合工程建設階段過程數據，實現電網工程模型和工程資料的整體移交。

工程建設完畢后，將工程管控模型整理為數字化檔案，進行數字化移交，實現向下游的運行、檢修專業無損傳遞，方便后續環節的知識、信息與數據復用，滿足信息的唯一性、正確性和可追溯性的要求，實現最大限度的信息共享，這對于電網工程的全生命周期管理具有重要意義[13-14]。

3 系統功能建設

在輸變電工程管控模型構建基礎上，可建立基于BIM技術的輸變電工程數字化管控系統，系統總體架構見圖2。它為項目參建各方建立統一的數字化協同管控平臺，既提高了各方的溝通效率，也規范化了工作的方法、流程和過程記錄，實現了工程的可視、直觀、規范、精細管理[15]。

圖2 系統總體架構

3.1 電腦端功能介紹

電腦端主要實現對項目的總覽信息、資料、進度、質量、安全等的綜合管理，以及任務根據管控點的自動推送。

(1)項目總覽。項目總覽包括項目信息匯總和工程瀏覽。實現了通過進度、質量、安全等模塊提供的數據，進行自動統計分析，并以圖、表等多種形式進行展現。同時實現了結合BIM模型進行二、三維的工程瀏覽。

(2)項目管理。項目管理包括公告欄和會議通知，實現了工程項目信息的公示及會議的即時通知。

(3)資料管理。資料管理包括工序資料、監理資料、照片資料。實現了工程資料的分類管理，方便工程相關人員便捷查詢。

(4)施工組織。施工組織包括施工日志、WBS管理和施工交底。實現了施工日志的在線填報與記錄。同時支持工作任務分解的上傳和維護，重大施工活動前的任務交底工作。

(5)進度管理。進度管理包括進度查詢、偏差分析、關鍵路徑分析、進度統計等功能。通過進度計劃與BIM構件進行一一關聯，實現了基于BIM虛擬的實時進度展示，通過現場上傳的實際進度信息和施工進度計劃進行自動對比，生成進度偏差曲線，實現了偏差分析。當進度偏差影響關鍵路徑時，系統會發出警告。

(6)質量管理。質量管理包括質量檢查和質量信息。實現了標準工藝在BIM模型中進行精細化構件層級的關聯，同時標識、說明與展示標準工藝做法要點以及相關圖片信息，用于指導施工。同時現場管理人員可利用BIM模型直觀形象記錄質量問題，支持基于BIM模型進行問題閉環管理。

(7)安全管理。安全管理包括安全檢查、視頻監控和人員門禁集成。將視頻監控設備接入了平臺，實現對施工現場的遠程安全管理，管理人員能隨時隨地在線對工程現場安全情況進行檢查。 同時，通過集成施工現場門禁系統，通過身份識別技術可對項目人員及出入工地的所有人員車輛進行智能化管理。

3.2 移動端功能介紹

供用戶在施工現場對自身涉及的任務進行進采集、上報、審核等管理，提升了信息溝通、交流的及時性和準確性。

(1)問題記錄。問題記錄包括質量問題記錄和安全問題記錄。實現了移動端對質量、安全問題在現場的即時記錄與拍照，同時可在線提交責任單位整改。

(2)管控任務。管控任務包括我的任務、待審核任務和標準工藝。實現了任務的推送和待辦任務的提醒。同時在移動端對標準工藝進行了載入，即時方便的查看指導施工。

(3)數碼照片采集。數碼照片采集包括分類采集和自動添加備注信息。實現了通過移動端對各類現場照片的采集分類，同時可對采集的照片進行主題信息的標注。

(4)變更管理。變更管理包括發起變更和審核變更。主要在移動端實現了變更的現場發起及線上審核功能。

4 試點應用情況

本系統試點應用于110 kV新凱旋變電站，試點工程位于上海市長寧區凱橋綠地內，用地面積0.001 118 km2。

本項目由于受周邊環境限制，工期較為緊張，采用BIM技術在保證工程安全、文明施工的情況下，利用先進技術和理念更好地控制施工進度及施工質量，以該項目為代表有利于BIM技術大規模的示范和推廣。系統應用情況見圖3和圖4。

圖3 模型瀏覽(電腦端)

圖4 任務管理(移動端)

通過系統在試點工程的應用實踐，在以下方面對于輸變電工程的管理績效有較大提升[16]。

(1)構建電網建設管理體系方面。標準化管理流程。通過在試點項目中建立一套標準化的管理流程，包括工程進度管理流程、質量、安全管理流程、技術管理流程等，項目建設過程中的所有管理活動均遵循標準流程進行，大大提高了管理效率，對工程現場問題能夠做到及時發現及時解決。

統一技術標準和標準工藝。在試點工程將相關的所有技術規范、標準工藝存儲在信息化平臺中，并進行定期更新，后續所有在建項目均共享同一個數據庫，實現了同類型變電站建設的標準化。

(2)強化關鍵環節集約化管控方面。實現了工程建設項目信息化對于綜合、進度、安全、質量、技術、造價管理全覆蓋。強化了項目設計、監理、施工和建設管理單位等關鍵環節的全過程管控。

(3)提升電網建設管理效率方面。減少人員投入。通過系統的應用，大量的復雜工作由系統自動完成，如資料整理、數據統計等，減少了相關人員的投入，使整個項目團隊更加精簡，將有限的人力資源投入到關鍵環節。

減少管理成本。通過系統應用提高了項目部內部的管理效率，降低信息流通障礙；對機械設備、材料等做到了精細化管理，減少材料損耗、減少機械設備的租賃周期；減少了不同施工隊伍之間的交接時間，降低了交接產生的矛盾等，這些都在無形中縮減了項目管理的成本。

5 結語

隨著BIM技術應用價值的不斷體現，BIM技術必然會在電網建設工程項目管理中發揮更大作用，通過與進度、安全、質量、技術、造價、綜合專業管理的深度融合、技術與業務的不斷創新，提升了工程精細化管理能力與整體管理績效。

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