4D施工模擬在變電站施工管理中的應用

劉軍，謝登科，張金鋒，陳海浪，徐立

（1.國網安徽省電力有限公司；2.中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司）

1 引言

為開展高水平的變電站施工管理，BIM 技術在電力工程建設領域的應用日漸深入。通過軟件建立變電站數字化設計模型，并對施工過程進行4D仿真模擬，即可優選施工的實施路徑和框架，有效規避各類影響施工安全、質量、進度的因素。

2 變電站施工管理中4D施工模擬的價值分析

2.1 應用價值

通過關聯施工進度計劃與三維設計模型，可在4D 模型中整合時間信息和空間信息，整個項目的施工過程可由此得到精確、直觀反映，施工進度的動態精確掌握、施工資源的優化使用均可順利實現。基于此，統一控制和管理施工質量、資源、進度，進一步提升質量、降低成本、縮短工期。4D 施工模擬離不開BIM 技術的支持。在BIM模型中，模型圖元信息可通過符號或參數數字確定，包括圖元對象的物理屬性、幾何數據、各構件相互關系等信息。數據庫中可通過數字形式存儲一個構件參數化的所有功能特征和實體，集成數字化數據庫。視圖間、視圖和數據庫間存在雙向聯系性，所有的圖形可輕松協調，這種依托BIM 技術的4D 施工模擬能夠更好地服務施工管理，應用價值極高。能夠有效規避作業次序錯誤和沖突，提升工作次序和設計變更處理彈性，通過對施工成本、資源、進度、場地的集成化、信息化、可視化管理，4D施工模擬可以更好地為變電站施工管理提供服務[1]。

2.2 典型應用

在變電站施工管理中，4D 施工模擬的應用范圍較廣，本節僅從兩方面介紹4D施工模擬的典型應用。

1）工程計量

傳統人工計量在效率、質量方面很容易出現不足，會影響施工預算編制。在基于BIM 技術的4D 施工模擬支持下，參數化BIM模型可自動生成構件信息，且相關信息變動能夠直接在設計中得到體現，所有相關施工文檔和明細表也能夠自動進行改動，由此開展的工程量統計分析在成本、時間節約方面均表現出色，且不容易出現人為錯誤。

2）圖紙輸出

以CAD圖紙為主的設計成果在構件準確定位方面存在一定欠缺，變電站施工管理也會受到一定影響。基于BIM 技術開展4D 施工模擬，即可實現各類構件空間位置和幾何特征的直觀表達，輔以軟件的自動出圖功能，可以為施工提供間接指導，更好地理解設計意圖、節約視圖時間、有效開展施工管理[2]。

3 變電站施工管理中4D施工模擬的具體應用

3.1 案例概況

為提升研究的實踐價值，本文以安徽阜陽煤化工園220kV變電站建設工程（簡稱煤化工園變電站）作為研究對象。該工程站址場地設計標高、最高內澇水位、自然地面高程分別為27.70m、23.00m、26.90m～27.00m，建成后的變電站可有效提升當地供電可靠性，同時能夠為當地經濟發展提供有力支持。作為典型的戶內智能站，煤化工園變電站設置有鋼筋混凝土筏板基礎和鋼框架結構的配電裝置樓，采用鋼筋混凝土板式基礎作為主變基礎，上設條形支墩。規模為：4回220kV出線、2 臺240MVA 主變壓器、6 回110kV 出線，每臺主變35kV側分別裝設2組10Mvar、1組20Mvar的并聯電容器。遠期規模為：8回220kV出線、3臺240MVA主變壓器、14回110kV 出線，12 回35kV 出線12 回，并聯電容器采用相同規格裝設。

3.2 建立變電站數字化設計模型

為保證煤化工園變電站的施工管理順利開展，工程基于BIM 技術開展了4D施工模擬。工程首先建立了數字信息模型。具體設計的平臺及環境為Micro‐Staion，包含多個專業應用模塊，協同設計平臺采用ProjectWise，不同平臺的協同設計可由此實現，具體如圖1所示[3]。

圖1 數字化設計平臺示意圖

在具體的變電站數字化設計模型建立中，需圍繞電氣一次、電氣二次、總圖、建筑、結構、給排水、暖通專業建模，如總圖涉及地形建模、圍墻、站內道路和進站道路、電纜隧道，建筑涉及建立軸網、墻體設計、樓板和屋頂設計、門窗設計、建筑效果形成。以電纜隧道的建模為例，需開展參數化的溝道布置建模。溝道在變電站中的位置及走向、截面大小可基于三維布置直觀展示。電纜溝坡向、電纜支架類型、拐角形式選擇可得到場地豎向布置的支持。存儲入庫常用的工程電纜溝模型，方便直接調用，同時為計算電氣專業的電纜長度和電纜敷設計算提供便利。圖2為電纜溝參數化設計示意圖。

圖2 電纜溝參數化設計示意圖

3.3 4D施工模擬

4D 施工模擬的基本流程可概括為：導入模型→配置資源外觀→3D模型與時間關聯→4D模型審閱→成果輸出。這里的成果輸出涉及進度推演視頻、節點報告。節點報告由基坑開挖完成、地下室墊層澆筑完成、筏板基礎澆筑完成、出±0m、柱子安裝完成、結構主體安裝完成、墻板安裝前、主變安裝完成、GIS 安裝完成組成。為保證4D施工模擬更好地用于煤化工園變電站的施工管理，工程針對性建設了BIM核心團隊。該團隊由建模部門、協作部門、成本部門、分析部門組成，負責BIM計劃的實施、變電站數字化設計模型的建設、4D 施工模擬的開展。項目經理和BIM 核心團隊負責人通過協商確定相應任務和職責的劃分。

基于4D 施工模擬，工程針對性開展了施工宏觀管理、中觀管理、微觀管理。施工宏觀管理主要依托4D施工模擬對煤化工園變電站的整體建筑和設備的規劃布局進行直觀展示，可視化的工程展示能夠加深施工和安裝人員對工程的了解，施工項目快速查詢也可通過Synchro 4D 軟件點選相應區域內的設備和建筑實現。同時還可以實現整體施工信息查詢、建設歷史查詢。通過自由切換微觀管理視圖、中觀管理視圖、宏觀管理視圖，結合工程整體和各個區域的里程碑節點于時間軸上的標識，可靈活查看進度計劃、各方信息并進行可視化展示。任意時間點的工程進展情況查詢、耗費的成本和完成的工程量查看也可同時實現，由此即可對施工歷史進行快速了解。施工方和監理方可以此為依據更好對工程的資金流和時間流進行把控。中觀管理同樣需要得到4D施工模擬支持，如通過切換視圖對建筑的3D模型、內部平面布局圖、剖面圖進行查看，并基于模擬結果優化調整相應參數，也可由此開展動態施工進度管理、虛擬漫游的技術交底。設備和建筑的施工工序明確、施工過程的科學評估、相應問題和隱患的及時發現可助力施工管理質量的提升。微觀管理主要圍繞煤化工園變電站的管線及電氣設備開展，以此優化設備安裝和管線布置，可規避窩工、返工等問題，施工進度和質量得到控制。4D 施工模擬可同時用于安裝過程的分析和優化，精細化管理施工成本、資源、安全、質量、進度，并能夠動態計算每月、每周完成的工程量。

3.4 成果總結

結合煤化工園變電站的4D施工模擬實踐可以了解到，4D 施工模擬為該工程的施工管理提供了有力支持，主要體現在設計意圖的直觀表達、可視化施工圖設計交底、施工關鍵點模擬、施工交通組織優化、全過程施工進度模擬、高安全風險安裝作業模擬、輔助施工安全管理等方面，保障了工程的施工質量、效率、安全。

4 結語

綜上所述，4D 施工模擬在變電站施工管理中的應用前景廣闊。在此基礎上，本文介紹的變電站數字化設計模型、4D施工模擬等內容，直觀展示了4D 施工模擬的應用路徑。為更好地服務變電站施工管理，4D施工模擬過程中的信息關聯、屬性關聯應得到重視。