BIM技術在大型電網項目建設管理中的應用研究

平杰++駱建龍

摘 要：在三維技術和大數據應用盛行的今天，電力建設及項目管理卻仍然停留在傳統二維和孤立的模式上。三維技術僅僅應用在工程設計階段，未延伸到生命周期內的其他階段，既是一種資源的浪費，也是一種落后的表現。缺乏共享和協同平臺也使得項目數據形成數據孤島，無法為決策提供支持。該文闡述了BIM技術在大型電網項目特別是特高壓項目建設管理中的應用構想，對應用過程中的關鍵控制因素以及技術難點做了論述并提出了解決方案。

關鍵詞：BIM 建設管理 電網

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0162-05

Research of Converter Station Engineering Construction Management System Based on BIM Technology

Ping Jie Luo Jianlong

（Hu'nan Electric Power Construction Supervision & consultancy Co.Ltd， Changsha Hu'nan， 410007， China）

Abstract：Today，along with the prevalence of the three-dimensional and large data technology applications， power construction and project management is still stuck in the traditional two-dimensional and isolated modes. three-dimensional technology is only used in the engineering design stage， not yet extend to other stages of the life cycle， is a waste of resources， and also a backward performance. Lack of sharing and collaborative platform also makes the project data to form a data island， can not provide support for decision-making.This paper describes the application of BIM technology in large-scale power grid project， Especially the construction of UHV project management concept， the key to the process of application of control factors and technical difficulties are discussed else and put forward solutions.

Key Words：BIM； Construction management； Power grid

近10年來，BIM技術在美國、日本、香港等國家和地區的建筑工程領域取得了大量的應用成果。國內也開始重視BIM技術的應用，住房和城鄉建設部發布的《2011-2015建筑業信息化發展綱要》明確提出，將BIM作為設計和施工企業信息化發展的核心技術，并要求施工企業將“在施工階段開展BIM技術的研究與應用”作為首要的戰略目標。不少具有前瞻性的企業已經在思考如何應用BIM技術提升項目管理水平和企業核心競爭力，BIM技術的應用將是未來建設行業發展的必然趨勢。

1 BIM技術應用現狀分析

目前，BIM技術在建筑行業已得到了廣泛應用，但在其他行業卻沒有得到有效推行。并且這些應用還止步于解決工程設計階段的錯、漏、碰、缺等問題以及對設計方案進行優化。工程建設階段卻少有涉及，一直依賴傳統的信息化方式進行項目管理。傳統方式的建設管理在諸如特高壓工程的大型項目中已經逐漸顯現出繁瑣、抽象、流于形式等弊端。BIM技術的直觀、智能、標準化等特點能很好地解決這些問題。應用BIM技術的難點在于如何將基于此，筆者的研究著力于運用三維數字化技術、仿真技術、信息化技術、大數據集成技術，將BIM應用于工程建設全生命周期，這便是《基于BIM技術的特高壓換流站工程建設管理系統》（以下簡稱系統）。

2 系統構想

系統是基于多年工程建設、監理、設計、咨詢經驗，以工程三維模型為載體，以網絡進度計劃為時間軸，統一集成了項目管理的各方面需求，使項目管理由傳統抽象的文檔管理提升為三維可視化管理，實現了工程建設過程的業主、監理、施工、物資、設計等參建單位的輔助管理和協同管理，并可將管理過程和檔案資料作為核心數據保存和展示，最終實現三維數字化移交。系統可提升項目管理整體水平和效率，同時降低項目成本，規避項目風險，使建設管理單位實現工程建設過程的全面掌控。

3 功能架構和技術架構

系統以項目建設管理單位為主體，針對項目管理的各個參與方開發業主、設計、監理、施工、物資等5個項目管理維度，建立項目管理、安全管理、質量管理、造價管理、技術管理等5個功能模塊，實現換流站工程全過程、全方位、全覆蓋的項目管理功能。（見圖1）

系統使用JAVA EE開發，基于B/S結構，以BIM數據模型為基礎。項目整體框架采用MVC分層體系設計，系統體系構架自上而下分可為：展現層、業務層、公共組件層、技術平臺、數據支撐5個主要層次。

（1）展現層是系統與用戶交互層，用來展現圖形和用戶數據，普通用戶只需通過Web瀏覽器即可訪問系統；（2）核心業務應用層是系統業務邏輯處理的核心層，完成系統所有核心業務的業務邏輯；（3）公共組件層是基于數字化檔案移交系統業務特點，結合數據架構定義和應用架構范圍，系統提取出可封裝的公共組件進行封裝；（4）技術平臺層是整個系統的基礎數據、功能支持層，使用ECLIPSE開發平臺提供的功能；（5）數據支撐層是系統所有數據存儲所在，通過數字化檔案移交系統維護、從三維設計平臺等外部系統接入等方式集成所需數據，以支撐整個系統的正常運行。

4 技術實現

4.1 建模及模型處理

利用數字化三維設計平臺搭建特高壓換流站內所有設備及建、構筑物的三維模型。設備模型包括主變壓器、斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、電抗器等單體設備；也包括GIS組合電器、并聯電容器組、換流閥組等成套設備；甚至包括螺栓、電力導線等裝置性材料。建構筑模型則包括主控制樓、閥廳、GIS室、綜合樓、備品備件庫、綜合水泵房、繼保小室、站用電室、電纜溝、圍墻、道路等。

所建立的模型附帶實體對象的外形屬性和詳細參數，包括建模比例、模型精度（實體對象的主體及附件的尺寸、比例、傾斜角度、倒角厚度等幾何規格）、模型組織數據（存儲空間、物體表面的顏色、透明度、貼圖紋理特征等）、設備的參數（型號、廠家、聯系人等）等。

單體模型按照精確的三維坐標定位在換流站三維空間內便形成了換流站的全息仿真三維模型。（見圖2）

在實現三維模型建模技術標準的基礎上，研究多類型三維模型文件的解析、轉換，加載、多功能展示，建立三維模型展示技術標準。實現三維模型展示的基本操作和功能，主要包括平移、多方向旋轉、縮放、全圖顯示、標注、空間測量、多視角查看、場景漫游、三維模型快速定位等基本功能，在此基礎上，結合國家電網現有的三維設計評審平臺、三維數字化成果移交平臺等系統的實際業務需要，制定出符合系統需要的展示技術，制定人性化的三維展示效果，提高工作效率。

經過以上處理，通過數據導入標準接口，應用Unit三維插件對三維模型進行再編程后導入系統中。由于系統在B/S模式下運行，而換流站三維模型場景較大，模型數量達3 000個之多，并且為滿足系統工序控制的功能需求，還需要對模型進行進一步的拆解，整個換流站模型拆解后的面數達到1 500萬個。這些都受到了IE瀏覽器的限制，一是文件加載限制，大文件加載受到網絡帶寬和文件緩存限制；二是文件顯示限制，瀏覽器顯示時對大場景的展示面數限制。經過反復研究和嘗試，系統通過分區域、分視角的模型加載方式以及顏色漸變的顯示方式加載到IE瀏覽器中，解決了模型量大、面多、在瀏覽器加載難的問題，使系統在瀏覽器中流暢運行。

4.2 信息化處理

信息化技術，是系統功能完整性、合理性以及穩定性的保證，是實現工作智能化最重要的技術手段。因此，信息化處理是該系統研究和開發的重點。信息化處理流程如圖3所示。系統通過以下處理方式保障功能實現。

（1）使用工作流引擎對工程流程進行管理。根據角色、分工、條件的不同設定信息傳遞路徑、內容等級，通過流程的節點管理、流向管理、流程樣例管理等，實現無代碼流程表單、隨意定制流程、快速審批、移動辦公等功能。

（2）使用內容檢索技術實現對文檔內容進行檢索。系統基于傳統的數據庫檢索方法，采用人工方法將數據信息內容表達為屬性集合，在數據庫框架內處理。同時采用特征抽取和模式識別的方法，實現全自動的抽取和識別，從而克服傳統方法的查詢方法和范圍上的局限性。

（3）使用分布式存儲技術對大數據進行統一存儲。系統采用可擴展的系統結構，利用多臺存儲服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，提高系統的可靠性、可用性和存取效率，以及病理與系統擴展。

4.3 三維模型與管理模塊交互

使用三維可視化建模軟件，按照《電網建模系列規范》，對項目中的設備創建三維數據模型，通過管理平臺項目中三維模型展示，建立BIM模型，最終實現項目管理可視化、數據存儲、資料歸檔等業務功能要求。

三維模型信息不僅包含描述建構筑物、電氣設備等構建的幾何信息，專業屬性及狀態信息，還包含非構件對象（空間、運動行為、時間）的狀態信息，各種信息有著相關的邏輯關系，設計的各個階段乃至項目全生命周期各個階段都圍繞著BIM模型展開。

同時，各階段的設計、運行和BIM模型實現雙向的數據交互（三維模型中需公開調用的接口），比如能夠根據三維模型自動生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關，當模型發生變化時，與之關聯的圖形和文檔將自動更新。運用BIM技術，項目可以很方便地實現可視化。可視化讓進度安排與三維模型直接對接，通過在視覺上預測施工進度和比較竣工進度，項目經理可以避免進度疏漏，方便、直觀地掌握項目實際進度與項目計劃之間的吻合度，更好地把握項目進展狀況。可視化同時還便于溝通，可提高企業競爭力，減少各單位協調時間，縮短施工周期。

4.4 數據庫設計

為了實現平臺項目的支撐數據和數據管理功能，該系統平臺采用多個基礎數據庫來協調工作。其中關于平臺數據庫工作內容如下。

支撐系統運行的基礎數據，包括日常移交的項目工程數據集，如項目信息相關數據、設備基本信息、設備位置信息等，以及用于支撐系統平臺的正常運行，存儲系統操作中產生的各種結構化數據等。

三維展示模型相關的支撐數據庫，包括基于施工工序的質量管控要點數據庫、施工標準工藝數據庫、專家輔助決策數據庫，以及三維展示相關的必要數據等。支撐數據庫是依據行業大量專家的研究成果和工程經驗，經過分類整合、統一編碼、項目整合等過程，形成的技術知識庫，用于指導施工、技能培訓、輔助決策。

海量文件存儲數據，用于存儲標準工藝文件、檔案文件、評價文檔表格等系統運行需要的各種非結構化數據信息。成果數據庫以國網公司基建管控平臺為參考，建立相同的數據存儲結構，與其實現數據傳輸上的無縫對接，即實現批量互傳、智能上傳等。

4.5 成果數據導出

以單個工程項目為單位，基于施工全過程、各單位技術人員填寫的基礎數據、上傳的文檔資料等，生成單個工程項目的過程管理記錄和檔案資料歸檔數據，單個項目的數據又可分為建設單位數據、監理單位數據、施工單位數據、設計單位數據等二級目錄，更高權限的管理層還可對多個工程項目的數據進行管理。

成果數據庫數據結構嚴格按照數據標準目錄建立，可方便實現與其他管理系統的數據對接或批量上傳，為最終實現系統的數字化移交奠定了基礎。

5 信息安全策略

國家電網公司為保證網絡信息安全，其內部網絡與外界網絡是物理隔離的，同時對于接入其網絡系統的信息安全有著很高的要求，因此，保障信息安全是開發過程中關注的重點。系統將通過8個方面來保障系統運行期的信息安全。

（1）網絡安全策略：系統部署運行于電力專網內部，通過VPN與internet相連接。

（2）系統安全策略：該系統的web服務器、數據庫服務器、文件服務器都是獨立運行，除了管理員，任何人不經授權不得進入。

（3）應用安全策略：隨系統附帶的《應用安全維護手冊》和《系統安全維護手冊》為系統安全提供保駕護航。

（4）數據安全策略：系統數據采用定時備份，能夠有效控制數據的丟失和遺漏。

（5）病毒防護策略：服務器裝有專業病毒防護軟件，并定期升級病毒庫，保障系統免于病毒侵襲。

（6）緊急應對策略：為運行系統，培訓了專業人員對系統進行維護，能夠隨時對系統各種突發事件進行應對。

（7）口令管理策略：系統賬號和口令有專人專管，其他業務人員，只能憑認證后的賬號和口令登入系統應對。

（8）安全審計策略：系統對用戶操作進行了日志記錄，管理員能夠有效跟蹤用戶操作痕跡，這對排除系統故障非常重要。

6 結語

系統的定位是換流站建設項目管理系統，服務的對象是項目建設的各個參與方，服務的周期是工程建設階段，服務的內容是施工項目管理。但系統的長遠方向并不僅限于此，它將向多元化方向發展。一是實現項目級、企業級、行業級的工程建設管理。在湘潭換流站的應用屬于大型項目的建設過程管理，經過優化總結，系統將推廣應用到后續的所有特高壓換流站建設管理中，進而應用到所有常規變電站甚至是其他行業當中；二是實現工程全生命周期管理，以三維數字化設計為起點，做強建設過程管理，進一步向運行階段、資產管理階段延伸，實現工程全生命周期的管理；最終方向是形成工程管理的大數據，實現智能化和科學化的管理。

總之，在全社會向低能耗、低污染、可持續發展方向轉變的今天，電力建設行業也在發生天翻地覆的變化，工程建設過程的把控難度越來越大，項目管理要求也越來越高。集成了三維數字化技術和信息技術的BIM系統的應運而生，解決了當前大形勢下需要迫切解決的諸多難題，它將成為電力行業快速穩步發展的新的驅動力，將引領電力建設行業邁向新的輝煌。

參考文獻

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