基于BIM技術的220kV變電站工程管理研究

中達安股份有限公司 季 亮

變電站項目不同于其他項目，其項目投資大，技術難度大，并且對質量和安全要求高、建設周期長，傳統管理模式難以滿足變電站工程管理需求。在使用傳統管理方法時，因信息收集方面存在問題，在一定程度上對于項目進展造成不良影響，最終導致后期在進行造價預算時準確性低。BIM技術可讓使用人員深入了解造價，利用BIM的實時傳送數據的功能，最終實現合理的造價預算的制定。利用BIM構建相對有效的模型，高效匯總各種工程數據量，可以高效控制不同項目階段的成本問題。

BIM在我國經歷數十年的發展，推廣發展進度依舊緩慢，相關研究人員經過探討，提出了以下幾點阻礙BIM發展的因素：一是技術達不到業主的標準需求，由于BIM專業人才的缺失；二是我國BIM技術起步晚，相對其他國家而言，應用起來有較多問題，其原因是沒有經歷長時間的實踐；三是缺少推動發展行動的實施策略，BIM在我國還有著不斷發展歷程需要去完成；四是缺少BIM推廣資金來源；五是數據標準的缺少，這些缺乏的標準使得BIM的發展有失保證。但是這些數據標準在國外一些發達他國家早已完善齊全，且已經處于運用中。

變電站作為電網系統的重要組成部分，在電力行業中發揮著重要作用。變電站建筑結構簡單，但設備種類繁多，線路復雜，施工安全要求、施工質量要求高。因此，在變電站建設項目中推廣BIM技術具有重要意義。本文探討220kV變電站建設領域中BIM技術的應用，并結合變電站工程應用實例展開系統分析。

1 基于BIM的變電站工程管理目標

使用傳統造價管理方法，因為信息收集方面存在問題，在一定程度上對于項目進展造成不良影響，最終導致后期在進行造價預算的時候準確性過于低。BIM技術在變電站建設工程管理中的應用不局限于軟件層面，更重要的是管理。變電站建設工程管理目標與傳統工程管理目標大致相同。基于BIM技術的變電站工程管理目標，是運用BIM模型和相應的數據分析工具，對變電站建設全過程進行可視化管理，以提高項目建設效率，減少建設成本，確保建設質量，實現精細化管理目標。合理而準確使用BIM技術，在工程實施管理的過程中，不僅提高了運算的效率，減少了精力的消耗在很大程度上，而且在一定程度提高了計算工程量的正確率。

2 基于BIM的變電站工程管理內容

與傳統變電站建設工程管理模式相比，基于BIM技術的變電站建設工程管理內容并無明顯區別。主要區別在于管理內容更精細，管理方式更加智能。基于BIM技術的變電站建設工程管理內容主要包括建設范圍管理、建設進度管理、建設成本管理、建設質量控制、人力資源管理、建設風險管理、材料采購管理、溝通管理以及統一管理。BIM技術可以應用于這九大通用管理要素，對傳統管理模式進行創新，有助于變電站建設項目的高效開展。

3 基于BIM的變電站工程管理框架

如圖1所示，BIM技術在變電站建設工程管理中的應用流程從基礎數據層開始，經過軟件平臺層、模型層、信息集成平臺，到達應用層。工程管理的各個環節都應基于BIM模型應用來實現工程管理的全過程目標。

圖1 基于BIM技術的變電站工程管理框架

4 基于BIM技術的220kV變電站建設工程管理

4.1 工程概況

本工程建設14MVA主變壓器+8MVA主變壓器各1臺，220kV出線2回，35kV出線8回，10kV出線5回，35kV無功補償電容器組1×（±110Mvar（SVG）+70Mvar（FC）），10kV無功補償電抗器組1×（10Mvar（固定）+3×2Mvar（分組）），保安電源10kV出線6回，10kV站用電1250kVA2臺。全站從北向南依次布置有：220kV配電裝置、主變壓器、配電裝置樓、#1、#2SVG；在站區的東側，從北向南依次布置有：主控通信樓、消防泵房、#3SVG。

4.2 基于BIM的變電站多維模型及其建模方法

變電站在電力系統中擔負著重要的變配電任務。與普通民用建筑不同，變電站建筑項目建設屬于特種建筑項目。變電站建設項目需要進行大范圍場地平整，土方開挖回填量差異顯著，地面電力設備和配套建筑物、構筑物較多，對施工過程的質量要求很高[1]。結合變電站的技術特點，本工程通過對文獻[5]中給出的多維變電站建設項目BIM模型進行優化，提出三級BIM模型，包括項目整體模型、輔助建筑模型和電力設備線路模型，模型整體結構如圖1所示，宏觀模型由變電站工程的3D模型、整體建設進度和工程信息組成。

使用不同顏色的材質來模擬每個施工區域以及墻壁、道路、電力設備等。輔助建筑模型由帶有施工進度和相應施工信息的簡化建筑3D模型組成。根據實際設計和施工需要，簡化建筑3D模型可能不包含內部設備和管道等詳細組件[2]。電力設備、電力線路模型將所有組件（包括定制電氣設備）與詳細的施工計劃和施工信息集成在一起，以實現精確的變電站建設工程管理。這三個層次BIM模型相互鏈接，可共享信息。每個級別和維度的模型構建信息包括相關的時間表、項目數量、安全和質量績效以及成本。

本工程采用了一種基于BIM系統的結構分解（WBS）設計各個層次的220kV變電站項目施工方案，輔助建筑模型和電力設備線路模型均通過自定義逐一描述各種電氣設備、布線、管道和其他要描述的對象，將Revit軟件創建的BIM模型導入Navisworks創建的BIM系統，WBS自動關聯模型的各個部分，形成BIM項目建設仿真模型，然后基于該220kV變電站建設項目的實際情況靈活加入新的建設任務、進度等信息。

如圖1所示，WBS（Work Breakdown Structure）是根據4D-B1M系統創建的，在各個層次上創建220kV變電站項目施工方案，建模時可能會出現多層次信息沖突重復的問題。為避免這些問題，本工程BIM采用從宏觀到中觀到微觀的逐層建模方法分步建模。實際建模中，各層BIM模型間可一鍵切換不同的模型層，大大提高模型的應用效率。

4.3 BIM在220kV變電站施工中的應用

4.3.1 工程計量

傳統的工程計量中需要將施工圖紙數字化，然后將CAD圖紙導計算軟件中進行計算分析。這種方法效率低下，且存在人為計算錯誤的風險，不利于預算控制[3]。利用BIM技術可以建立變電站建設項目的BIM模型，自動生成項目建設相關的組件名稱、尺寸和數量。同時，如果項目發生變更，BIM模型可自動更新，保持信息數據一致，則相應的項目變化會自動反映在相關的施工文件和進度表中。因此，借助BIM技術可高效地對單個組件的工程量進行統計分析，節省大量時間及資金，減少人為錯誤的可能性，簡化材料供應和規劃流程。

例如，業主提出將蓄水池上頂蓋標高從原來的地坪標高+200mm變更為-50mm，由此來土方開挖工程量及材料消耗量的增加。工作人員利用廣聯達變更分析軟件修改BIM模型可以算出變更工程量，并導入計價工具中求得變更成本，可知蓄水池工程造價從30.9758萬元提升至57.3814萬元，增加量為26.4029萬元，據此向業主反饋，最終業主放棄變更。

4.3.2 圖紙輸出

隨著建筑技術的不斷發展，出現了較多形狀結構特殊的建筑構件。目前，國內建筑設計單位依然以CAD圖紙為主輸出設計成果。這種傳統的2D平面圖使得建筑單位難以準確定位異形構件。與平面設計圖紙相比，使用BIM技術創建的3D建筑模型可直觀地描述異形構件的幾何特征和空間位置[4]。本文中220kV變電站建筑模型從東向西進行剖切，并使用Revit2014的自動繪圖功能來展示項目所需現場設備布局。但此類圖紙主要用于工程部門內部，未經工程部門蓋章，不能作為現場施工的直接依據。但是，工程師可以充分利用這些圖紙來間接控制設計，更好地理解設計意圖。

4.3.3 碰撞檢查

首先，基于變電站建設項目電氣部分BIM模型進行碰撞檢查，在模型中的電氣元件中沒有發現碰撞錯誤。變電站工程模型的給排水部分主要由給水管和排水管組成。給排水部門的碰撞檢測首先要提前檢查和糾正本分項圖紙的碰撞錯誤。總的來說，該措施在圖紙上的碰撞錯誤少，碰撞檢測主要用于檢測設計圖紙的錯誤和墜落。在項目的水和廢水圖紙中，本分項的碰撞錯誤不多見。變電站工程模型的HVAC部分主要包括空調水管、空調風管，經碰撞檢查為發現施工圖紙上碰撞問題。變電站工程模型的消防安全部分模型主要是消防安全管道模型，經碰撞檢查也沒有發現任何碰撞錯誤。

其次，整合電氣模型、給排水模型、暖通空調模型和消防安全模型，檢查不同分項之間的管道碰撞問題，經碰撞監測HVAC、電力、給排水分項工程之間總共發生9個碰撞問題。例如，該變電站項目建筑二樓35kV配電室的電纜管道與下水道碰撞約15m，下水道是連接整棟樓的立管，調整難度大，因此為避免下水道堵塞，可調整電纜槽位置。通過早期發現和及時解決碰撞問題，確保后期施工質量。

4.3.4 進度管理

BIM技術在變電站建設項目進度管理中的應用主要基于Revit實現虛擬4D施工進度管理。將4D施工進度管理模型用于變電站工程施工過程中的施工進度模擬、施工環境模擬、人員調整和工程進度控制。具體來說，對施工進度進行建模，使用4D施工進度模型創建變電站施工進度可分為以下三個步驟：首先，使用傳統的3D軟件為項目創建3D建筑模型。其次，使用Project等相關軟件制作變電站圖。最后，將建筑3D模型鏈接到項目進度，創建4D模型，可視化施工進度。比較開工前和BIM模擬修正后的進度計劃可知，現有主控樓分項工期從工期89天，通過4D-BIM模型建模分析后得到綜合樓部分施工期為84天，比原有進度計劃節省5天時間，可有效加快施工進度，使施工更為緊湊。

綜上所述，傳統工程管理模式和先進的BIM技術相結合，取長補短，才能更好地適應變電站基礎設施項目的實際需求。在工程管理過程中，利益相關方應結合最新技術，加強對整個變電站基礎設施建設過程的控制和監控。Revit是BIM技術中的一種，目前基礎的Revit技術在建模師當中已經廣為應用，真正需要被重視的是Revit與結構工程、算量工程和施工管理等過程中的開發和應用。Revit通過創建和管理數字模型的物理、力學和功能特性，能夠使其更好地在各專業之間發揮靈活調用數據、即時存儲和自動檢測碰撞等功能，減少了圖紙錯誤，提高了效率借助BIM技術提升管理水平，促進工程項目順利開展。變電站建設項目復雜、系統、全面，項目建設過程涉及大量數據和信息，借助BIM技術可以高效、快速地處理各種信息數據，提高變電站工程管理效率。