基于BIM 的變電站施工管理優化及實踐應用

陳 璐

（福建省送變電工程有限公司，福建 福州 350013）

我國傳統的變電站建設占地面積較大、施工工期緊張、應用技術類型多樣復雜，需要各專業信息的頻繁傳遞，工程建設的管理與組織效率較低[1]。近年來，隨著國網基建項目投資加大，基建管理制度日趨完善、成熟，在工程技術、進度、安全、質量等方面的要求越來越高，傳統的變電站施工管理方式已不能滿足需求。BIM 技術能夠對施工各環節進行模型搭建，為施工管理提供信息集成與計劃制定，使得不同的施工技術協同應用，對于減少變電站項目施工變更、縮短工期、提高施工質量有著重要的促進作用。

1 BIM 技術應用于變電站施工管理中的優勢

BIM技術即建筑信息模型技術（Building Information Model），利用數字化技術，集成項目施工進度、成本、技術、圖紙等各種相關信息，形成多維度結構化數據庫的模型，從而為相關人員制定管理決策提供支持，比如進度管理、成本管理、安全管理、質量管理、施工組織等，在變電站施工管理周期中各參與方能及時實現信息傳遞和共享，促進變電站施工管理水平提升[2]。

1.1 可視化

在變電站中應用BIM 技術，能夠以三維數字模型將變電站設計圖紙進行可視化展示，使相關人員能夠直觀地了解變電站建筑結構、設備尺寸大小等信息，對施工方案優化設計，在施工前對施工人員進行施工內容可視化交底，加強技術指導，降低潛在風險。

1.2 模擬性

變電站施工過程是個隨時間動態變化的過程，存在很大的不確定性，實際進度和進度計劃往往容易產生較大偏差。BIM 技術能夠在三維信息模型基礎上加入時間維度形成4D 信息模型，按照時間進展通過對施工過程反復模擬，讓可能出現的問題在模擬環境中暴露出來，有利于及時發現問題，解決問題，為后續施工提前制定科學措施，保障變電站施工順利完成[3]。

1.3 協同管理

BIM 技術提供了信息交互平臺，在同一個多維信息模型基礎上，變電站所有參建單位人員進行共享、交流、協調管控，以協同作業的方式實現了變電站各種信息的互通與唯一，解決了傳統變電站施工過程中各參建單位、不同部門人員溝通不到位、不及時等問題，很大程度上提高了組織協調效率。

1.4 優化性

傳統的平面圖紙設計在施工階段之前很難找出各專業之間的沖突，如墻體內電線管與水管的管線碰撞等引發變更、返工造成成本增加和工期延誤。而基于BIM 的三維可視化技術，可以在工程的前期開展建筑與結構、建筑與消防、結構與水暖、電氣一次設備與建筑等各專業碰撞檢查，使工程的設計達到最優狀態，防止在施工過程中出現不必要的錯誤和返工，減少原料的損失，從而縮短了施工工期，節約了施工成本。

2 變電站施工管理BIM 信息模型搭建

某一座鋼結構基礎的110kV 裝配式變電站項目，采用全戶內布置，全站僅一棟兩層的配電裝置樓，布置主變壓器室、110kV GIS 室、10kV 配電裝置室、電容器室、二次設備室、輔助房間。項目分期建設，本期新建主變壓器2×63MVA，110kV 出線2 回，10kV 出線28 回，無功補償電容器組2×2×4.8MVar。變電站施工過程中BIM 工作內容主要分為三部分：（1）施工進度的更新、深化以及維護模型搭建。整體層面上需要滿足施工管理要求。（2）BIM 軟件對變電站預制構件拼裝、復雜節點與施工工藝、工程量核算等方面進行模型搭建。（3）平臺的項目管理細則劃分，通過平臺手段對現場實施情況進行量化，加強現場協調性。施工過程中參建各方主要工作如表1 所示。

表1 變電站施工過程BIM 應用各方工作內容細則

表1 中，BIM 輔助深化設計的工作實施，在于提交BIM 模型與各類深化設計圖紙；施工方案及施工工藝模擬成果主要為視頻與模型的模擬搭建；4D 進度模擬可通過實施階段各類進度模擬視頻整合出分析報告；虛擬進度與實際進度比對通過模型與視頻的對比得出模型細則；構件預制加工/預拼裝的BIM 技術應用得出預制件模型與預拼裝模擬視頻；輔助變更簽證控制的BIM 技術應用得出變更簽證制度；竣工模型和模型更新與維護得出變電站施工質量驗收示范模型[4]。

3 基于BIM 的變電站施工管理優化及實踐應用

3.1 基于BIM 的設計階段優化

設計階段的施工管理優化主要分為：三維模型建設、模型碰撞檢測、構件深化設計、以及技術協同等。（1）三維模型建設。設計、施工單位按照施工圖紙要求，進行BIM 建模流程搭建。主要應用Revit 軟件搭建土建以及電氣設備模型，土建模型包括建筑、結構、消防、水暖專業等，電氣設備模型包括變壓器、GIS、站用變、蓄電池組、電容器組、開關柜等，以以上兩個模型為基礎，利用Tekla 軟件建立建筑物整體結構模型，重點強調BIM 模型的可視化程度，從而為后續的專業模型碰撞檢測以及與構件深化設計奠定基礎。（2）模型碰撞檢測。利用BIM 技術建立了土建、電氣設備模型、建筑物整體結構模型后，主要利用Navisworks 對建筑、結構、消防、水暖以及電氣設備等多專業角度進行碰撞檢測。數據的整合與出具主要由軟件自動錄入，結合相關數據內容，設計人員能夠按照碰撞解決流程對碰撞點進行分析并解決，處理完碰撞點后進一步進行碰撞檢測，直至不再出現碰撞點。設計人員根據碰撞報告可以有效減少設計盲點，優化設計，從而減少后期施工過程發生設計變更。（3）構件深化設計。設計人員結合甲方的裝配率和預制率要求以及預制構件加工廠的生產需求，針對性地制定出數據模型成果與設計圖紙。圖紙中包括建設設計的工作目標、范圍與深度。依據以上內容的數據參數進行構件深化設計并搭建深化模型，加強預制構件制作的精準性。（4）技術協同。此階段主要是利用BIM 技術對變電站建筑各關鍵節點以及復雜工藝進行優化設計，業主、設計、施工單位在同一個BIM 模型平臺上進行論證、調整、修改、優化等，有效地解決協同工作問題，從而加強后續施工現場的規范性布置。

3.2 基于BIM 的生產運輸階段優化

首先，獲取構件生產信息并做好生產準備。BIM 平臺中能夠對項目所需構件的生產信息進行整合。一方面是施工單位制定的構件需求計劃，利用平臺發送給工廠；另一方面主要是設計單位提供包括構件的深化詳圖、清單以及模型[5]。

其次，構件自動化生產控制。鋼構件的生產主要是套料排版模式。BIM 平臺中儲存著設計方搭建、優化好的BIM 模型，工廠可對該模型進行引入并轉化為NC數據，利用SinoCAM 自動套料軟件對構件進行自動排版，待鋼結構生產加工完成后可對鋼構件的質量、尺寸等方面進行檢查。本工程混凝土外墻掛板、纜線管道、橋架等均為預制構件，總體上來說共有六大類預制構件，數量共2188 個。

最后，出廠檢驗以及運輸質量控制階段主要利用BIM 平臺和掃描二維碼對構件進行場外監控。一方面，工廠質檢員在掃描構件的專屬二維碼確定構件質量后，將構件的生產日期、檢驗信息以及出場時間等基礎信息錄入平臺中；另一方面，施工單位通過平臺對構件的相關信息進行查驗，從而能夠針對性制定驗收準備與運輸路線規劃，構件進場效率大大加強。

3.3 基于BIM 的施工階段優化

施工階段的施工管理優化主要分為施工方案優化、可視化技術交底及施工工藝模擬、預制構件及電氣設備進場驗收等幾個方面。變電站施工過程是個動態變化的過程，基于BIM 技術變電站施工管理的優勢在于可以事前與事中控制施工現場，保障施工質量。以4D BIM 施工模擬技術對施工現場場地模型進行搭建后可通過可視化動態展示提前演練施工過程，反復模擬，查詢發現變電站實際施工中存在的問題，及時調整解決問題，并優化施工方案[6]。傳統的施工管理過程中，復雜技術方案的施工是一個重點。過去面臨這種問題，一般采用技術交底、圖紙會審等方法，這種方法導致缺乏經驗的施工人員難以看懂圖紙要求，技術人員口頭表述，語言表達缺乏嚴謹性，難以達到標準化施工管理的要求[7]。基于BIM 技術可以通過施工工藝模擬實現交底可視化，將平面圖形轉為立體動畫，直觀、清晰交底復雜節點的施工工序、施工要點、施工注意事項，便于施工人員領會設計意圖，從而快速指導實際的項目施工，加快了施工進度、質量，減少了潛在的安全風險。以掛板為例，本項目的外圍護采用混凝土外掛板。作為一種非承重構件，雖然不用承載較大的承載力，但也需要對主體結構進行外圍護作用。傳統混凝土外掛板厚度高、自重大，且具有較為復雜的連接方式。而變電站建筑對于結構的形變問題極為敏感，如果外部載荷量較大則結構周邊防護構件與主體結構之間就難以協調變形，不利于變電站的長期、持續運用。綜合以上問題制定了一種全新掛板體系，不僅能加強結構的安全性，還能在一定程度上減少工程造價。在進行構件安裝前，設計人員與現場作業人員就模型進行可視化技術交底。隨后技術人員就可在系統端口中檢查、查看掛板模型并確定掛板位置進行安裝作業。

預制構件和電氣設備進場驗收及堆放過程主要依靠監理工程師與施工單位質檢員協同進行，著重檢查構件和電氣設備外觀質量、質量合格證以及性能檢測報告等資料。通過資料收集并與構件、設備出廠信息進行對比后明確在運輸過程中是否存在質量問題。如果發現質量問題，相關人員應及時對問題進行錄入，執行不予進場驗收操作。如果沒有發現存在質量問題，且構件、設備的資料準備齊全后交由監理工程師審核，審核通過后才能進入施工現場[8]。構件、設備進場驗收后進入指定區域卸車，裝卸以及堆放需要按照相關要求執行，尤其是主變壓器等重點設備。當構件、設備進場并堆放完畢后將其實際位置上傳至BIM 平臺中以供后期查詢使用，與此同時進行全面的成品保護工作。

4 結語

綜上所述，將BIM 技術作為變電站施工管理的輔助工具，在施工初期通過三維建模、碰撞檢測來深化設計和優化施工方案，從而減少風險因素。在施工過程可以實現施工工藝與作業嚴格管控，構件、設備質量全流程跟蹤管理，各方施工數據集中管理協同工作，對于提高施工質量、保障施工安全、節約施工成本、控制施工進度方面均有顯著效果。BIM 技術應用對于實現全流程、可視化、智能的施工管理模式，促進變電站施工高質量發展，具有積極作用和意義。