基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳 勇 李 攀 李自然 湯薇雯

（1.江蘇省送變電有限公司 2.北京洛斯達(dá)科技發(fā)展有限公司）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)特高壓換流站工程建設(shè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與可視化管理，利用地理信息、三維可視化、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)構(gòu)建特高壓換流站智慧管控大場(chǎng)景基礎(chǔ)平臺(tái)，直觀展示特高壓換流站數(shù)字化施工場(chǎng)地、三維模型，提出將BIM 技術(shù)應(yīng)用于特高壓換流站施工中，建立基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過分析特高壓換流站工程模型數(shù)據(jù)，形成一套特定的三維瓦片構(gòu)建方案，優(yōu)化Cesium 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)特高壓換流站模型數(shù)據(jù)的快速可視化，并提高其渲染能力以達(dá)到很好的可視化效果[1]。通過三維瓦片的構(gòu)建解決多源異構(gòu)三維空間數(shù)據(jù)在Web GIS平臺(tái)中的存儲(chǔ)、傳輸、可視化以及分析等難題，形成可用于展示、查詢、管理、分析的三維Web GIS 可視化平臺(tái)。基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，形成對(duì)基建過程的智慧化安全質(zhì)量管理方案，降低了工程管理過程中的人力、物力投入，降低管理成本，更高效地實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量的精準(zhǔn)化管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)主要是從安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和質(zhì)量管理兩方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)中的安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，主要是通過梳理電網(wǎng)基建工程安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的主要內(nèi)容，整理工程施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)的類別、性質(zhì)和其對(duì)應(yīng)的施工內(nèi)容[2]。基于換流站BIM 大場(chǎng)景，構(gòu)建開放性的數(shù)據(jù)融合接口，支持對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對(duì)接和展示。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能監(jiān)控分析技術(shù)、移動(dòng)定位技術(shù)等，結(jié)合工程安全管控的基本要求，構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)化感知，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取和傳輸，將數(shù)據(jù)與BIM 大場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)接，形成對(duì)施工場(chǎng)景安全數(shù)據(jù)的三維可視化再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全的及時(shí)監(jiān)督管控，從而構(gòu)建成一套基于BIM 四維管理的施工安全智慧管理技術(shù)方案。

基于換流站BIM 大場(chǎng)景，構(gòu)建開放性的數(shù)據(jù)融合接口，支持對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對(duì)接和展示[3]。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、激光掃描技術(shù)、定位技術(shù)、三維建模等，結(jié)合工程質(zhì)量管控的標(biāo)準(zhǔn)要求，構(gòu)建施工質(zhì)量管控?cái)?shù)據(jù)的電子化管理，將數(shù)據(jù)與換流站BIM 大場(chǎng)景進(jìn)行融合，形成對(duì)施工場(chǎng)景質(zhì)量數(shù)據(jù)的三維可視化再現(xiàn)，并與標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的無紙化監(jiān)督分析，從而構(gòu)建成一套基于BIM 四維管理的施工無紙化質(zhì)量管理技術(shù)方案。

綜上所述，基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)，在安全管理方面，研究利用智能識(shí)別、電子圍欄、視頻監(jiān)控、智能穿戴等感知設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)執(zhí)行環(huán)節(jié)的有效監(jiān)控，確保安全管理措施實(shí)際落地；在質(zhì)量管理方面，通過智能傳感、雷達(dá)掃描、AR 檢查等技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工過程的質(zhì)量隱患實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，開展設(shè)計(jì)、施工情況的智能比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)偏差等問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)工具

該系統(tǒng)主要為了實(shí)現(xiàn)在換流站BIM 大場(chǎng)景中開展工程施工現(xiàn)場(chǎng)全過程的安全、質(zhì)量的智慧管控，將BIM 與物聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)管理過程進(jìn)行結(jié)合，通過物聯(lián)感知設(shè)備自動(dòng)獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)，通過BIM 場(chǎng)景進(jìn)行安全、質(zhì)量數(shù)據(jù)的綜合展示和預(yù)警分析，開展工程現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)域電子圍欄、人票、人域、環(huán)境、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)等方面的四維動(dòng)態(tài)管理[4]。通過BIM四維場(chǎng)景與業(yè)務(wù)管理的深化對(duì)接，構(gòu)建換流站工程人員安全智能管控、作業(yè)違章智能管控、場(chǎng)地環(huán)境變量智能監(jiān)測(cè)預(yù)警、施工器械安全智能監(jiān)測(cè)、施工質(zhì)量隱患智能監(jiān)測(cè)的技術(shù)方案。該系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建所需要的開發(fā)工具情況如下表所示。

表 開發(fā)工具表

2.2 系統(tǒng)平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于BIM 的數(shù)字化管理創(chuàng)新深化研究，形成了基于數(shù)字模型和多施工維度管理的新模式，建立了電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地全過程管理體系，深化了以三維數(shù)字化為抓手、精益化管理為手段的集約化管理模式。將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想深入人心，提升了管理人員、施工方、監(jiān)理方等基建項(xiàng)目干系人員的數(shù)字化認(rèn)知水平，簡(jiǎn)化了原有施工管理流程，強(qiáng)化了過程管理的規(guī)范性和一致性，將特高壓換流站工程數(shù)字化建設(shè)深入人心[5]。通過研究現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化感知和無紙化管理技術(shù)，基于BIM 數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的可視化管理和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證對(duì)比分析方案研究，構(gòu)建BIM支撐下的換流站安全、質(zhì)量智慧化管理技術(shù)框架。通過以上理念，建立基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)的可視化設(shè)計(jì)

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要考慮基于IoT+BIM+GIS 的施工全過程監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)[7]。施工過程的安全、質(zhì)量方面的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)與BIM+GIS 施工大場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)，在IoT+BIM+GIS 技術(shù)支持下依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口接入現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)、施工閾值匹配，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)異常情況并及時(shí)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)工程模型與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的四維場(chǎng)景下動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)可視化管控。為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目輔助決策管理，依據(jù)資源數(shù)據(jù)構(gòu)建BIM 模型后，需實(shí)現(xiàn)模型的可視化動(dòng)態(tài)渲染，為實(shí)際特高壓換流站施工建設(shè)提供逼真的三維場(chǎng)景。本文采用基于WebGL（Web 圖形庫(kù)，Web Graphics Library）的云GIS 平臺(tái)完成，可視化動(dòng)態(tài)渲染結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 特高壓換流站工程的可視化動(dòng)態(tài)渲染結(jié)構(gòu)

通過將BIM 在智慧工地管理過程中的可視化應(yīng)用，節(jié)省施工建模工作，實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量問題的持續(xù)自動(dòng)化采集，降低安全質(zhì)量隱患，提升電網(wǎng)工程的安全和質(zhì)量，圍繞工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)管控開展數(shù)字化建設(shè)過程管理的應(yīng)用工作，在經(jīng)濟(jì)層面和管理層面均會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

該基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)以BIM 大場(chǎng)景為依托結(jié)合物聯(lián)感知技術(shù)、智能分析技術(shù)構(gòu)建換流站工程安全、質(zhì)量的智能管理體系架構(gòu)，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段，通過綜合使用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，圍繞電網(wǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量管理，建立智能感知、互聯(lián)協(xié)同、科學(xué)管理的電網(wǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)管理生態(tài)圈。研究安全、質(zhì)量等現(xiàn)場(chǎng)管理智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)工地可視、精細(xì)、智能管理，有效提升工程現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

3 系統(tǒng)應(yīng)用評(píng)價(jià)

BIM 技術(shù)在安全施工智慧管控系統(tǒng)中應(yīng)用以來，基本上形成以工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理為基礎(chǔ)，以工程建設(shè)進(jìn)度管理為主的結(jié)構(gòu)體系。通過該系統(tǒng)能夠有效管控工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的專業(yè)化管理，為特高壓直流換流站工程建設(shè)工作的開展奠定了良好的基礎(chǔ)。在對(duì)基于BIM 的特高壓直流換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)的應(yīng)用評(píng)價(jià)中，主要涉及硬件能力、軟件能力、領(lǐng)導(dǎo)力、政策、網(wǎng)絡(luò)能力及后備支持等，同時(shí)也會(huì)涉及其他一些方面的內(nèi)容。

3.1 硬件能力

目前，在進(jìn)行換流站工程建設(shè)過程中，并未對(duì)BIM 技術(shù)給予廣泛的應(yīng)用。因此，通過對(duì)其硬件能力進(jìn)行分析可以評(píng)1 分；通過對(duì)其潛在能力進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，換流站工程建設(shè)的執(zhí)行力度比較大，具有非常好的發(fā)展?jié)摿Γu(píng)5 分。

3.2 軟件能力

在特高壓直流換流站工程施工過程中，安全施工智慧管控系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，評(píng)1 分；在換流站工程施工的各個(gè)環(huán)節(jié)中，均出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息，但是其并不能很好地滿足系統(tǒng)使用的需求，致使信息的可利用性不高，評(píng)2 分。和以往相比較可以發(fā)現(xiàn)，近些年來?yè)Q流站工程建設(shè)在我國(guó)呈現(xiàn)出明顯增多的趨勢(shì)，具有非常大的發(fā)展?jié)摿Γu(píng)5 分。

3.3 領(lǐng)導(dǎo)力

目前，我國(guó)電力行業(yè)所開展的換流站工程建設(shè)具備了一套系統(tǒng)、完善的制度體系，執(zhí)行力比較大，尤其是監(jiān)理、業(yè)主及施工項(xiàng)目等內(nèi)容具有非常大的影響力。但是在設(shè)計(jì)單位及運(yùn)營(yíng)部門等方面還有一些地方需要給予改進(jìn)和完善，評(píng)4 分。

3.4 政策

目前，我國(guó)在政策上對(duì)BIM 模型的發(fā)展給予了大力的支持，例如，某地政府制定了相關(guān)文件，明確提出要對(duì)BIM 模型進(jìn)行全面推廣運(yùn)用，這可以更好地反映出政府在政策方面的導(dǎo)向性，但是一些相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)并未得到有效制定，評(píng)4 分。

3.5 網(wǎng)絡(luò)能力

在對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行評(píng)估過程中，需要從信息安全及信息獲取兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，但是目前上述兩個(gè)方面還處于起步階段，評(píng)1 分。

3.6 后備支持

目前，在學(xué)術(shù)研究方面BIM 技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，并且在實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用，培養(yǎng)一批非常優(yōu)秀的技術(shù)人員，但是還無法更好地滿足BIM 技術(shù)在特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)中的發(fā)展需求，評(píng)4 分。

通過上述評(píng)價(jià)分析后可以發(fā)現(xiàn)，目前BIM 技術(shù)在特高壓換流站工程建設(shè)過程中雖然得到了應(yīng)用，但是還不夠成熟。特別BIM 技術(shù)在特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)中的應(yīng)用，還需要相關(guān)部門在該方面給予重視，并給予相關(guān)政策扶持。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過研究基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統(tǒng)，以三維數(shù)字化模型為載體，圍繞進(jìn)度、質(zhì)量、安全等維度，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)“三通一標(biāo)”（通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備、通用造價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)工藝）的數(shù)字化應(yīng)用，形成基于數(shù)字模型和多施工維度管理的新模式，建立了電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地全過程管理體系。該系統(tǒng)構(gòu)建的安全質(zhì)量智慧管理框架能夠很好地應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)的安全、質(zhì)量管理領(lǐng)域中，是未來電網(wǎng)工程智慧化管理平臺(tái)的重要指導(dǎo)依據(jù)，是三維數(shù)字化成果應(yīng)用于施工階段的重要解讀，后續(xù)可以指導(dǎo)施工管理類信息化項(xiàng)目、科技項(xiàng)目工作的開展。