水電站蝸殼安裝中的BIM技術應用

胡保濤

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明650032）

1 BIM技術

1.1 BIM簡述

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫，中文一般譯為建筑信息模型。BIM是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點。

1.2 BIM特點

1.2.1 可視化

傳統圖紙中，通過線條表達構件的信息，但其真正的外觀等狀況就需要識圖的人憑借自己的經驗和技能去想象。BIM可視化就是將傳統的線條模型轉換成三維立體模型，讓人們很直觀的看到模型構件其真實物理三維狀態。真正實現“所見即所得”的視覺感官設計。

1.2.2 協調性

傳統設計中，一個建筑項目通常按專業進行進一步的設計，然而各個專業在根據自己專業的特點設計時往往出現溝通協調不到位的情況。這樣就容易導致在后續施工過程中出現很多弊病。這時無論是監理、業主還是施工單位無不為此奔波協調。BIM協調性特點體現在其可在設計階段利用三維設計時的碰撞檢查功能，提前協調清楚各專業沖突。當然各專業設計師還可通過其三維物理幾何狀態與周圍環境的相互影響關系中適當調整其位置、大小及選材等問題，避免后期施工中需要二次設計等問題出現。

1.2.3 模擬性

隨著時代和科技的不斷發展，建筑領域也發生著翻天覆地的變化。設計不僅完成了從2D到3D的跨越，現在更是實現3D到4D甚至是5D的偉大跨越，在原本的三維模型的基礎上，附加時間維度和資金。這樣就能更加接近實際的完成各種模擬試驗，使得模擬效果更能讓人們所接受。

1.2.4 優化性

在日常的施工過程中，我們通常希望通過優化設計來提升工藝質量和觀感質量，而BIM的優化性特點就能很輕松的解決這個難題。在BIM三維模型中，我們可以根據直觀的視覺體驗直接開始我們的優化設計，從根源上減少返工可能性。我們可以通過修改構件的空間位置、形態大小、材質樣式等來促使排列整齊，布置美觀。

1.2.5 可出圖性

運用BIM技術，還可以對建筑物的平面、立面、剖面、詳圖等進行出圖。除此之外，對于一些訂制的構件，BIM技術也可以輕松出圖。

2 蝸殼安裝中BIM技術應用

兩河口水電站安裝有6臺單機容量為500 MW的水輪發電機組，總裝機容量3 000 MW,每臺水輪機蝸殼有25個管節需現場掛裝、焊接，其中16個管節需要現場組裝，3個湊合節需現場配割，總重量約為324.8 t。2臺機組蝸殼安裝間隔不到1個月，為確?，F場安裝質量、安全文明施工可控，確保施工進度按期或提前完成，各個環節都應充分考慮。

在蝸殼掛裝工作準備階段，充分考慮蝸殼安裝各工序作業內容及需使用到的工器具，利用BIM技術制定出一套較完善的蝸殼安裝技術方案，其中主要包括材料設備需求清單、技術要求、各工序流程動畫、文明施工布置等內容。按照材料設備清單提前進行采購，防止設備材料供應不及時產生的工期延誤等問題。

為快速安裝蝸殼各管節，確保蝸殼掛裝、焊接、支撐割除、水壓試驗等各工序的質量和安全，可利用BIM技術做蝸殼安裝施工平臺等的三維仿真施工布置規劃。在座環下環板面搭設下施工平臺，在座環法蘭面安裝上施工平臺，上平臺上放置溫控儀設備和部分焊機，下平臺主要布置焊機、軸流風機、空壓機等設備。蝸殼安裝外圍采用腳手架、安全網等做安裝安全通道及防護措施。各平臺、通道、安全防護示意如圖1所示。

為保證工程質量高標準完成，在蝸殼掛裝前通過BIM技術進行三維技術交底，三維技術交底工作除了讓作業人員明確現場蝸殼安裝各尺寸要求及安裝焊接工藝要求外，還需通過蝸殼掛裝順序動畫重點強調對稱掛裝，讓作業人員嚴格按照方案執行，以此保證已安裝好的座環方位尺寸不偏移。

在眾多水電站蝸殼安裝中都會出現各種施工問題，如蝸殼掛裝尺寸偏差，輔機管路與蝸殼接口對接錯位，安裝器械無法正常使用等，經過大量的分析研究顯示，此類問題多是由于蝸殼支墩形狀或尺寸不合適，安裝過程缺乏整體考慮，設計缺乏多角度考慮等原因所致。其在常規的二維平面設計中很難遇見，但是通過BIM制作數字三維模型，在三維狀態下考慮各方面施工訴求就變得較為簡易了。另外，通過碰撞檢驗的方式，可檢查各項尺寸是否對其他設備產生影響，在施工前就可及時的發現或規避問題。利用BIM技術在工程實施前對作業內容進行風險分析，方案優化，可大大降低返工率和減少安裝材料浪費，最大程度的降低安裝工期和安裝成本。

兩河口水電站蝸殼安裝工期較短，因此不可避免的出現了2臺機組蝸殼同時安裝的情況。這種情況下，通過BIM技術制定出一套符合合同工期，同時又能很好的協調好2臺水輪機蝸殼安裝的進度計劃來指導現場施工進度是十分有必要的。按照以往水電站機電施工經驗，并結合本電站自身特點，利用BIM技術做出蝸殼模型和廠房安裝環境后，給模型賦予時間維度，令每一節蝸殼、每一條焊縫都有一個合理的施工時間，在完成時間進度編制后，開始施工動態模擬，真實的再現蝸殼安裝場景，通過觀察研究暴露出各種可能出現的情況。模擬中，注重將安裝中的各項資源利用調配到最高效狀態，如橋機的使用，調整好2臺蝸殼安裝的配合度，利用其中1臺蝸殼安裝的焊接、調整或者加溫時間，來進行另外1臺蝸殼的掛裝吊運，待其具備掛裝新的蝸殼管節的時候又返回去繼續吊運新蝸殼，然后另外1臺蝸殼開展調整、加溫、焊接工作。極大的提高橋機利用率，減少機械浪費。同時，在機械的高效配合及帶動作用下，各項工器具和人力資源的生產效率也會得到極大的提升。生產效率得到提升，相應的安裝工期也將大大縮減。利用施工動態模擬對進度計劃進行實際可行性研究分析，最后甄別出一份具有實際指導現場施工意義的進度計劃。

在蝸殼安裝中，將現場安裝進度、人員投入、材料使用情況等信息及時反饋至計算機蝸殼安裝進度模擬系統里，這樣也可及時對模擬的進度計劃做出合理調整，使之更貼合實際。對不符合進度要求的工序也可指導其完成進度糾偏的工作。借助BIM技術反映的進度信息、材料數量來不斷的調整和強化生產管理工作，為后續4臺水輪機蝸殼安裝提供借鑒，以提高資源使用效率，指導成本管控重點。這樣通過不斷的雙向反饋，不斷優化蝸殼的各項安裝工序，最后指導現場順利實施6臺蝸殼的安裝工作，并形成一份成熟的蝸殼安裝標準工藝指導。

3 評價

通過BIM技術的協同管理，可不斷優化蝸殼安裝過程工序，加快蝸殼安裝進度，從而大大的縮短了蝸殼安裝施工工期。另外，在蝸殼安裝準備階段，利用BIM技術的三維可視性可對現場可能出現的問題實施規避或改進。通過碰撞檢查，檢驗出安裝方案不合理的地方，找出問題根源，及時對問題進行處理，避免在后期因現場發現問題不及時導致的停工或其他糾紛。這樣蝸殼安裝一直保持高效率，“零”問題的狀態，將為整個工程項目節約大量工期。BIM技術的運用也將幫助蝸殼安裝減少大量的資源浪費，從而減少成本投入，幫助企業形成較優越的競爭力。

BIM技術在參與蝸殼安裝協同管理的同時，不僅會考慮安裝質量、安裝技術措施，還會考慮安全環保、文明施工等方面。在蝸殼安裝前對施工布置進行規劃，確定好腳手架位置、安全網的鋪設，安全通道的設置，各種工器具的擺放等等。運用BIM技術在三維狀態中建立一個安全得到保障、設施布置完備、現場布置美觀的安裝作業面。不斷的在管理中進行優化改進，努力實現蝸殼安裝精品工程。

4 結束語

隨著時代的發展，BIM技術正以其強大的功能滲透到工程建設的方方面面，如結構設計、機電設計、工程算量、施工管理、裝飾應用等。但在水電站建設領域的BIM技術應用仍有很大缺口，特別是水電站機電運用。電站機組輔機管路安裝、電氣安裝、設備布置等問題極大的影響著水電站發電效率，但其每一項工作都非常復雜，工作量都極其繁重。因此，我們應當加大新技術研究力度，積極推廣BIM技術研究成果，從而提高生產效率，降低生產成本，提升工程質量。