BIM傳世之作：為電力建設行業啟發未來

夢回世博，燈火依舊輝煌，霓虹燈姹紫嫣紅，夜晚也璀璨亦如白晝，燦爛的背后，一座地下變電站默默地為這一切提供著穩定的保障，它就是500kV靜安（世博）地下變電站——中國第一座世界上最先進的全地下筒形500kV變電站，它與向家壩-上海±800kV高壓直流輸電示范工程奉賢換流站雙枝并秀，載入我國電力建設史冊，并在世界同行業樹立了里程碑。

圖1 500kV世博站示意圖

500kV靜安（世博）地下變電站位于上海市中心，成都北路、北京西路、大田路和山海關路圍成黃金地塊。直徑130米，深33.5米，基礎面積13300平方米，地下建筑面積53066平方米，地上建筑面積1590平方米。地下四層筒體結構，局部設置小面積夾層，地面層建筑僅保留主控室、進出口和進出風口。一層（-11.5米）為全金屬封閉組合電器設備及輔控裝置層，二層（-16.5米）為全金屬封閉組合電氣通管機電纜層，三層（-26.5米）為主變壓器等充油設備層，四層（-31.5米）為電纜層。

作為世界最大最深的500kv地下變電站，亦是上海首次將超高壓電源引入鬧市中心的樞紐變電站。其規模宏偉、技術頂級，不僅滿足了上海市浦西內環線以內中心城區的用電需求，優化了浦西中心城區200kV電網，提高了供電可靠性，而且還保障了位于世博地區南市站、連云站的上級供電電源，為包括世博園區在內的供電及中心城區200kV電網的更新改造創造了條件。

圖2 500kV靜安（世博）地下變電站Revit土建模型

可以說，該工程是目前國內最深逆作法施工的項目，很多方面都是超常規施工，而且，工程又建在市中心，一有閃失，經濟、社會影響都無法估量，尤其在電氣建設方面，規模涵蓋500kV及以下所有電壓等級，電氣設備種類繁多，布置緊湊，其施工難度可想而知。然而，就在這種高難度實施的情況下，有一件神兵利器——BIM，使很多的困難迎刃而解。無論是建設方的上海市電力公司電網建設公司，設計方的華東電力設計院，還是施工方的上海送變電工程公司，都從BIM的實施方上海現代建筑設計（集團）有限公司方面得到了很多啟發。宏觀上，BIM為設計方解決了“設計內容是如何建造”的問題；為施工方解決了“施工是否組織合理”的問題；為管理方解決了“如何去管理和控制”的問題。不難看出，正是基于對BIM的信賴，如此規模龐大的地下工程才得以順利推進，如此高精尖的大體量項目才得到了世人的矚目。

圖3 500kV靜安（世博）地下變電站MEP及工藝模型

圖4 變壓器頂推應力分析

圖5 碰撞點2D & 3D復查

智能BIM之妙

應用BIM的目的本身就是為了更好地解決實際問題。上海市電力公司電網建設公司總經理楊明表示，“對于我們來說，使用軟件解決問題的方法有很多，但能夠進一步提升效率，才是我們最為希望的，即用最少的時間和人員投入，來完成繁重的工作，而BIM就為500kV靜安（世博）地下變電站的整體實施提供了這樣的解決方案。可以說，BIM大幅提升建設項目整體交付成果的品質已成為業內共識。”

在500kV靜安（世博）地下變電站項目的建設過程中，參與的建設單位眾多，長期以來，他們各自形成了自己獨有的技術路線，如果要求在短時間內各參建單位摒棄原有的技術平臺轉向某一統一的新平臺，顯然是不切實際的，軟硬件更新維護、人員的培訓以及新技術與現有業務的磨合，都需要投入大量的人力財力，而且還需要有一個更為長期的過渡階段。而在這里，由歐特克所提供的BIM就成為了一個很好的解決方案，在廣泛應用的AutoCAD平臺的基礎上，BIM實現了由傳統到現代技術的平穩銜接，并且AEC數據交換使得BIM打通設計、施工、監理、勘察、供應商、物資、業主的全產業鏈成為了可能。

與傳統作業相比，BIM使得設計人員能夠從繁重機械的繪圖和出圖的工作中解放出來，將更多的時間和精力用作思考更高層次的設計問題；施工單位也可以用更短的時間領會設計意圖，把更多的精力用在現場實際情況的提前預控和對重要部位、關鍵產品的嚴格把關等準備工作上。總體來說，BIM的應用為這個復雜的項目提供了諸多傳統作業所無法比擬的便利。

圖7 高落差注絕緣油CFD分析

洞悉BIM智慧

與其說應用BIM實現了項目工程難點的挑戰，不如說是憑借BIM自身的智慧完成了項目各方面的跨越。500kV靜安（世博）地下變電站作為國內最大的逆作法深基坑施工項目，面臨著大件運輸吊裝風險大、高落差注絕緣油難度大、地下管線敷設復雜、交叉作業頻繁、施工環境惡劣、工期緊、質量要求高等難題。然而，應用了BIM輔助建設項目多維nD集成管理的解決方案后，實現了高效地項目合作與溝通；完成了科學地計劃與建造；更好地預測了風險與過程控制。

設計變更通常是影響施工項目工期成本和質量的一個主要因素，通過BIM 4D模型可以進行推演評估設計變更的影響。由于支持版本追蹤，使得工程模型和數字圖紙上每一項修改變更內容都能追溯可控。其實，大型地下建設項目中，施工空間沖突在所難免，成為制約施工安排的一個重要原因，由于施工空間是不斷變化的，致使施工空間沖突也是動態的，因此透過BIM 4D模型＋流程圖中緊前緊后工作的邏輯關系，從而合理安排施工隊伍工作的優先級，把有限的資源投入到節點任務最緊、對進度總控影響最大的關鍵路徑上。

500kV靜安（世博）地下變電站為地下四層，設備、工料都是通過南北兩個吊物最深送到-26.5米層。借助BIM模型中工程構件是參數化數據的特點，工料清單中能快速直觀地辨識構件在3D空間的安裝部位，進場的施工材料、工器具能合理地布置到位，減少二次搬運、降低成本并滿足安全文明的要求。

從項目的全生命周期看，大家都使用BIM作為一個數據平臺來協調合作，更好地提升了整個項目的效率和質量。當然所有這些的基礎，是各個參與方在不同階段的數據成果之間的共享和傳遞，在這里，BIM功不可沒。

圖8 施工用數字樣機

馭信BIM于行

實際上，目前國內BIM應用呈現一種重建模輕維護的現象。針對于此，500kV靜安（世博）地下變電站項目中，其BIM模型便采取在設計階段制作BIM基礎種子模型，由專業廠家深化補充模型，設備供應商通過AEC交換數據提供部分裝配輕量化樣機，通過施工單位二次設計和局部模型重塑，來綜合運行單位意見調整的技術路線。由此可見，BIM并不是由某個團隊單獨完成，更不是實現于某個階段，而是隨著項目的進展而不斷地更新維護。500kV靜安（世博）地下變電站的BIM就是新技術新方法完美結合的產物。

在本項目中，一二次電纜敷設優化和高壓電纜敷設施工是項目順利推進的重要節點。一二次電纜、風管、水管、GIL通管都集中布置在B2、B4層，站內一次動力和控制電纜涵蓋多個電壓等級，僅電力電氣電纜橋架就長達28公里有余，可利用凈高小于4.2米，加之考慮預留檢修通道后，空間就變得更為有限，而接線工藝要求又非常高。高壓電纜截面大、硬度高，敷設時轉彎半徑受電纜規格、材料特性和現場條件等種種因素的限制，長期以來彎道處的電纜和電纜金具固定一直是敷設時的難點。因此，在現場就可能遇見由錯、漏、碰、缺所導致的工程變更及其影響；影響設計單位的設計品質和工作量；施工單位窩工、返工，存在安全風險；建設單位延誤送電、造價超支、質量降低，造成資源浪費、產生更多的碳排放等。

圖9 現場照片

如何處理才能避免問題的發生？在對高壓電纜敷設彎道處的處理上，應用Autodesk Inventor參數控制電纜容許彎曲半徑，支架沿敷設路徑iCopy參數化布置。使其優化后，支架布置間距均勻，支架方向與電纜敷設路徑一致。從參數化的應用上看，提前發現重要問題73處，并得到了有效解決，大大減少了現場的設計變更和不合理變更，為決策者提供了高附加值的參考信息。

值得一提的是，在整個項目的施工過程中，微觀4D四維施工的模擬其應用的價值更加突出，它是3D技術基礎上多維nD應用的新手段，是行業內由純個人經驗管理方法提升為科學化管理方法的基石。

體驗BIM傳承

20多年來，經濟因素一直是主導我國建筑業發展的主因，但接下來的10年乃至更長時間，環境和社會因素將會對建筑業產生更大的影響，所以建筑師的創意很重要，但卻不能忽視可持續的因素。這就必須重視建筑的性能化，而且要將其放到建筑的全生命周期中去看待。而BIM作為一個技術載體，可以更好地承載建筑全生命周期的各個元素，進而提升項目橫跨策劃、設計、總承包、管理咨詢、物業運營等等的全過程業務能力。

可見，要想將BIM貫穿于500kV靜安（世博）地下變電站的整個項目中來，質量管理精細化是前提，綠色施工、持續改進是保障。500kV靜安（世博）地下變電站項目在開工前就進行了精心策劃，從質量、安全、文明施工和環保等4個方面入手，共編制了多項具體施工策劃方案，確保施工有序開展，增進項目合作，根據現場設備就位的實際情況重塑施工模擬。此外，地下施工環境相對封閉，粉塵、炎熱聚集危及施工人員職業健康；上海地下水位高，主變室、GIS室內濕度普遍高于80%；地下施工環境無自然采光，人工照明有限，增加施工難度和風險，這就要求必須利用BIM做好各種應急預案的模擬和演練，從而達到綠色文明施工，安全布置策劃。

500kV靜安（世博）地下變電站項目在BIM的持續改進方面做了一些嘗試。通常，施工現場需要承擔一部分設施竣工投運前的維護管理，而這個過程的工作又極其繁瑣：進場待安裝的設備數量和種類繁多，每套設備由不同的供應商進行配送和現場技術服務，而且，設備之間的技術協議管理缺乏橫向聯系，每套設備之間相互的關聯關系復雜，進場設備進庫存儲管理工作量大，設備及配件領用借用頻繁。BIM為此而提供的設備關系、合同模塊和維護模塊，為存儲檢索與此設備相關的信息，存儲和檢索與此設備相關的技術協議、使用手冊等合同文件，記錄和提醒此設備的周期性維護計劃，以及設備的變動維修記錄等提供了可靠的保障，也為整個項目BIM全生命周期的應用畫上了完美的句號。