BIM 技術在山地風電項目施工中的應用

王興盛，李亮，李久石，楊旭，郭寧昊

（1.中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457；2.沈陽慧筑建筑科技有限公司，沈陽 110012）

1 引言

在國家大力推動“雙碳”背景下，傳統的發電模式因環境污染問題被屢屢詬病，而風力發電可以減少二氧化碳的排放量，助力碳中和環保。相關公開數據顯示，風力發電時，每千瓦時發電二氧化碳排放量中值為11 ～12 g，而光伏發電碳排放量為48 g/（kW·h），水電發電為24 g/（kW·h），天然氣為490 g/（kW·h），傳統的煤電方式最不環保，碳排放量高達820 g/（kW·h）。

我國國土面積廣闊，選擇山地風電是一種新興的綠色能源項目，具有非常廣闊的發展前景。與傳統的風電場相比，山地風電項目具有以下特點：一方面，山地風電場在地形和氣象條件上具有更高的復雜性，因此，需要更加精細的工程設計和施工方案；另一方面，山地風電場具有更加復雜的土地利用和環境保護問題，需要更加注重生態環境保護和社會責任。因此，在山地風電項目的建設過程中，需要克服諸多困難和挑戰。

如何有效管理和優化施工過程成為一個重要的問題。傳統的施工管理方法往往無法滿足復雜的山地環境和工藝要求。BIM 技術作為一種集成的建筑信息管理工具，具有優秀的空間分析和可視化能力，可以為復雜山地風電項目的工藝流程管理提供有效的解決方案。

2 開原市中固鎮100 WM 風力發電項目

2.1 項目概況

開原市中固鎮100 WM 風力發電項目共布置有21 臺風力發電機組，其中6 臺單機容量4 MW，15 臺單機容量5 MW。項目地貌主要為丘陵地形，項目區域南部屬于中固鎮，東部屬于馬家寨鎮，北部屬松山堡鄉，機位點海拔高度在200 ～300m，平均海拔高程約240 m。集電線路南區和北區共163 基鐵塔，采用鋼筋混凝土基礎，鐵塔點位多，跨越距離大，跨越39 km。

2.2 項目重難點

在山地風電項目建設過程中，依然存在著多種難點和問題，主要包括以下幾個方面：（1）地形條件復雜，建設難度大。山地風電項目的建設地點通常處于山區、丘陵地帶或者海拔較高的地區，地形條件非常復雜，如地勢陡峭、地形起伏大、土質松軟等，這些地形條件給前期施工勘測、風電機組的安裝、運輸、基礎建設等帶來了極大的困難。（2）工程量認定爭議。因為風機安裝基本都在山坡頂部，如何安排施工路線，土方挖方量等都存在較大不確定性誤差。（3）環境保護要求嚴格，社會責任重大。山地風電項目建設對生態環境和當地社會產生的影響很大，因此，需要更加注重環境保護和社會責任。同時，山地風電項目建設需要涉及多個部門和利益相關方的協調，如土地、水利、環保等，需要考慮到多方面的利益平衡和協調。（4）施工過程中因為點位多、跨距大造成的協調管理難度大。

3 山地風電項目BIM 技術應用難點分析及解決方案

3.1 項目BIM 應用難點

山地風電項目需要涉及多個專業領域的工程師和技術人員，如機械、電氣、土建、環保等，需要進行多個專業領域的協調和管理。同時，山地風電項目施工過程中需要考慮到施工現場的安全、進度、質量等多個方面的要求，需要進行精細化的施工管理。在這樣的背景下，BIM 技術的應用可以為山地風電項目的建設和管理帶來多方面的優勢。

BIM 技術具有以下特點：（1）信息整合性。山地風電項目的建設涉及多個領域的工程師和技術人員，需要進行多個專業領域的協調和管理，BIM 技術可以將多個專業領域的信息進行整合和管理。（2）可視化展示性。山地風電項目建設需要面對地形復雜、環境保護要求高等挑戰，需要進行精細化的設計和施工管理，BIM 技術可以實現數字化建模和可視化展示，能夠更加準確地掌握地形信息、環境條件等多個方面的信息。（3）協同管理性。山地風電項目建設需要涉及多個專業領域的工程師和技術人員，需要進行多個專業領域的協調和管理，BIM 技術可以實現多個專業領域的協同管理。（4）全生命周期管理性。BIM 技術可以在數字化建模的基礎上進行全生命周期的管理，而山地風電項目建設和運營需要考慮到多個階段的需求，需要進行全周期的管理，因此，BIM 技術的全生命周期管理性也可以很好地應用于山地風電項目中。

綜上所述，BIM 技術特點與山地風電項目的特點結合可以發揮其優勢，使得BIM 技術能夠更好地應用于山地風電項目的建設和管理中，提高建設和運營效率，降低成本，提升項目質量。

3.2 山地風電項目BIM 技術應用解決方案

BIM 技術的相關理論主要包括數字化建模、信息協同和可視化管理3 方面。

3.2.1 BIM 模型建立

BIM 建模是BIM 技術的核心，也是BIM 技術在風電項目中應用的基礎。BIM 建模可以將建筑物、結構物和設備等物理實體信息數字化，形成三維模型，并且可以將相關的信息與之關聯，如材料、構件、尺寸等。在風電項目中，BIM 建模可以利用數字化建模技術對風電場地形、地質、環境等進行數字化建模，輔助規劃風機布局、維護通道、施工道路等，提高建設效率和質量。

3.2.2 BIM 協同管理

BIM 協同是指多個專業領域的工程師和技術人員通過BIM 平臺進行信息協同和協作。在風電項目中，BIM 協同可以實現不同領域的工程師之間的信息交流和共享，提高項目的協調和管理效率。比如，機械、電氣、土建等不同領域的工程師可以通過BIM 平臺將各自的設計信息進行整合，從而實現協同設計和施工管理。

3.2.3 BIM 可視化管理

BIM 可視化是指利用虛擬現實技術將BIM 模型進行可視化展示。在風電項目中，BIM 可視化可以將設計模型轉化為三維模型，實現數字化展示，使得設計方案更加直觀、形象，有助于客戶的理解和決策。同時，BIM 可視化還可以在施工階段進行虛擬施工，通過虛擬實境進行模擬，提高施工安全和效率。

綜上所述，BIM 技術在風電項目中的應用，需要從建模、協同和可視化等方面入手，通過數字化建模、信息協同和虛擬現實等技術手段，實現風電項目的精細化設計和施工管理，提高項目的效率和質量。

4 山地風電項目的BIM 應用

BIM 技術在山地風電項目施工中具有廣泛的應用，可以幫助項目管理人員、建筑師、工程師和施工隊伍更好地協調和管理項目進程，提高項目效率和質量。本文以位于遼寧省鐵嶺市開原市境內的山地風電項目為例，介紹BIM技術在該項目中的應用情況和應用效果。

4.1 場地分析模擬

因為本項目共需架設風機點位21 個，同時各個場距較大，項目施工部署難度較高，技術團隊首先通過衛星地形圖及設計圖紙確定各個點位實際位置，規劃前期施工部署方案，同時利用無人機對施工各域實際情況進行傾斜攝影、正射影像的拍攝和測量，拍攝成果形成點云數據，并生成可多角度瀏覽的三維模型，從而獲取更加精確的模型數據，驗證部署方案的可行性及合理性。圖1 為衛星圖對風機安裝點位進行標注，圖2 為傾斜攝影航線規劃圖。

通過無人機傾斜攝影生成三維模型驗證初期施工方案，分析各域風機安裝地塊高程及其周邊道路坡度，避開深溝及高程偏差較大的地界，大大減少傳統人工多次測量耗費的人力物力，為項目提前進入施工提供了寶貴的經驗，也大大縮短了工期。通過BIM 技術的支持，無人機獲取的點云數據可以直接集成到BIM 模型中，實現項目數字化建模和精準化管理。

施工階段結合施工總進度計劃，利用BIM 模型計算出集電線路鐵塔基礎、風機基礎等所需鋼筋、模板以及主要構件等材料量和場地占用，選擇多風機共用道路中間地帶作為材料堆放中轉場，做好材料堆放分配工作。

4.2 道路優化

經過無人機傾斜攝影及現場實際勘測，很多風機點位所在位置不具備風機相關構件、集電線路構件的運輸及施工車輛通行條件，同時因為風電設備的體積以及容量較大，在運輸以及施工時存在較多不便利性，所以通過傾斜攝影三維影像對運輸道路進行優化設計，充分考慮風電設備及葉片等大型構件物的運輸轉彎半徑等，利用BIM軟件對運輸道路進行規劃設計，結合地形模型和土方開挖量，確定運輸道路的位置、長度、寬度、坡度等參數，通過調整優化設計高程線，調整前后坡度，控制縱坡坡度在18%范圍內，以及通過橫斷面，控制道路挖填方，確保運輸道路的安全、穩定和可行性，如圖3 所示。

圖3 傾斜攝影道路規劃

在確定挖方路段施工的同時開展對應填方區域的施工，最大限度利用棄渣，減少渣土臨時轉運和二次運輸，有效提高施工效率，提升工程質量。

利用BIM 可視化應用可以將施工階段多次傾斜攝影數據進行復核，實現數字化展示，使得現場施工動態更加直觀、形象，校核施工與策劃一致。同時，在山地風電項目中，由于施工環境復雜，利用BIM 可視化技術在施工準備階段進行虛擬施工交底，可以幫助施工人員更加清晰地了解施工過程，提高施工效率和質量。

4.3 風電塔架及集電線路模型搭建

風力發電項目設備構件型號及數量較多，利用Revit建立風力發電項目設備構件專用族庫，如風機、塔筒、基礎、道路、通道等進行數字化建模，減少重復建模，提高工作效率。利用已創建的風機基礎、塔筒、機艙、葉輪等設備構件模型，按照相對位置進行精確合模，形成風機結構模型。

同時因為需要對風能產生的電力進行傳輸，通過集電線路傳輸至升壓站后并入國家電網，對于升壓站按結構、建筑、機電專業分別建模，鏈接各專業模型進行合模，碰撞檢查發現沖突及時做出優化調整，創建場地模型并添加相關設備族形成升壓站整體模型。

4.4 工藝流程可視化模擬

根據項目進場編制的施工組織設計，將道路施工、集電線路、風機基礎、風機吊裝等單項工藝流程與BIM 模型相結合，通過施工推演以及進度展示，對施工過程進行三維動態模擬和展示，以便現場工程師和管理人員更直觀地了解施工部署和發現過程中的不足及時進行優化。

通過BIM 技術對工藝流程進行可視化模擬，可以提高施工效率和質量，降低誤差和漏洞的風險，推動項目的順利完成。（1）地形建模：結合實際地形測量數據，利用BIM 軟件對場區地形進行三維建模，包括地形起伏、山脈分布、道路、河流等，為后續的施工提供參考。（2）風機基礎建模：根據風機型號和設計要求，利用BIM 軟件對各個風機的基礎進行三維建模，包括基礎的尺寸、形狀、深度、鋼筋等細節，深化基礎鋼模板，形成CAD尺寸圖，提前進行預制加工。（3）集電線路建模：根據實際設計方案，利用BIM 軟件對集電線路進行建模，包括鐵塔、導線、絕緣子、接地等，同時模擬集電線路基礎施工流程，提前加工混凝土溜槽等必要設備。（4）施工進度管理：利用BIM 軟件對各個施工工序進行建模，結合實際施工進度進行動態調整和優化，及時發現和解決施工中的問題，確保項目按時完成。（5）工序流水分析：利用BIM 軟件對各個施工流程進行施工流水模擬，合理安排材料調用，對施工隊伍流水化施工部署，有效避免窩工情況發生，保障了項目工期。（6）數據共享：通過BIM 平臺，實現各個參與方之間的數據共享和協同工作，提高工作效率和質量，降低誤差和漏洞的風險。

綜上所述，BIM 技術在本項目中的應用，可以實現施工部署全面管理和優化，提高項目的質量和效率，降低項目的風險和成本，推動項目的順利完成。

5 應用效果評估

結合BIM 模型應用、BIM 協調應用、BIM 可視化應用、無人機應用和進度管理應用對BIM 技術應用進行評估，主要包括以下方面。

5.1 效率提升

BIM 技術可以將設計信息進行整合，減少設計沖突和修正，提高設計效率；無人機應用可以實現精準化地建模和巡檢，提高施工效率和安全性；進度管理應用可以實現數字化的進度管理，幫助項目經理實現更加精準的進度控制和風險管理。預估數據：通過應用BIM 技術結合以上應用，項目的效率可以提高20%以上。

5.2 質量提升

BIM 技術可以通過數字化建模對設計進行優化，提高設計質量；無人機應用可以通過精準化的建模和巡檢，發現施工質量問題，提高施工質量；進度管理應用可以通過數字化的進度管理，提高施工質量。預估數據：通過應用BIM 技術結合以上應用，項目的質量可以提高15%以上。

5.3 成本降低

BIM 技術可以通過數字化建模和協調管理，減少設計沖突和修正，提高設計效率，降低設計成本；無人機應用可以通過精準化的建模和巡檢，發現施工質量問題，減少修復成本；進度管理應用可以通過數字化的進度管理，提高施工效率，降低施工成本。預估數據：通過應用BIM技術結合以上應用，項目的成本可以降低10%以上。

6 結語

BIM 技術在復雜山地風電項目施工中的應用效果和優勢顯著，可以提高施工效率和質量，降低誤差和漏洞的風險，推動項目的順利完成，未來發展方向和應用前景廣闊。BIM 技術將繼續向智能化、數字化、網絡化方向發展，更加貼近施工實際需求，實現全流程協同管理，推動工程施工領域數字化轉型。通過BIM 技術的數字化和模擬化，可以在施工前進行模擬，預測施工過程中可能發生的問題并進行優化，從而降低施工風險。同時還可以實現全流程協同管理，加強各個施工部門之間的溝通和協作，提高施工效率。此外通過對施工現場進行監測和管理，實現施工進度和質量的實時監控和管理，提高施工質量。因此，BIM 技術在山地風電項目施工中的應用前景廣闊，將成為推動工程施工領域數字化轉型的重要力量。