基于BIM技術(shù)的抽水蓄能電站智慧建設(shè)管理

王詩玉　楊建州　王寧波

摘要：隨著信息化理論的不斷創(chuàng)新和可視化技術(shù)的日益成熟，BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。針對抽水蓄能電站工程建設(shè)技術(shù)復(fù)雜、施工作業(yè)協(xié)調(diào)工作量大和建設(shè)管理要求高等特點，研究建立基于BIM技術(shù)的抽水蓄能電站智慧化管理平臺，構(gòu)建天池抽水蓄能電站建設(shè)資源綜合監(jiān)控、施工質(zhì)量驗收評定管理、施工危險源與安全隱患管理、關(guān)鍵工期管理、綜合信息查詢管理、數(shù)字工地示范性應(yīng)用和建設(shè)管理平臺的功能擴展，為建設(shè)抽水蓄能智慧電站奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);智慧建設(shè)管理;數(shù)字工地;天池抽水蓄能電站

中圖分類號：TV512;TP315

文獻標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000- 1379.2019.06.035

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進.BIM（BuildingInformation Modeling，建筑信息模型）技術(shù)作為一項工程行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)應(yīng)用于我國多項重大工程項目并取得顯著效果，如天津國際郵輪碼頭、國家電力館、上海中心大廈、北京奧運水立方場館等。上海迪斯尼等大型項目探討了BIM技術(shù)與P6軟件結(jié)合，實現(xiàn)4D虛擬現(xiàn)實與可視化動態(tài)管理，具有較大的研究和實用價值。

BIM技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用主要表現(xiàn)在協(xié)同設(shè)計、可視化動態(tài)施工模擬、多維度信息集成以及項目全生命周期數(shù)字化管理等方面。鐘登華等[1]基于GIS平臺和三維可視化技術(shù)構(gòu)建了水利水電工程施工系統(tǒng)三維可視化數(shù)字模型及施工動態(tài)仿真方法：李景茹等[2]基于地理信息系統(tǒng)提出水利水電工程三維動態(tài)可視化仿真技術(shù)，為施工系統(tǒng)分析管理提供有效工具：苗倩[3]提出了基于BIM的可視化仿真方法，構(gòu)造工程建筑物的三維數(shù)字模型，實現(xiàn)水利水電工程施工過程的動態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢：卓鵬飛等[4]以應(yīng)用BIM技術(shù)的Bentley軟件平臺為工具，創(chuàng)建了泵閘工程建筑和結(jié)構(gòu)的三維協(xié)同模型：滕佳穎等[5]將BIM技術(shù)應(yīng)用于綜合項目交付，構(gòu)建了以BIM為基礎(chǔ)的綜合項目交付信息策略及基礎(chǔ)模型：孫少楠等[6]構(gòu)建了水利工程信息模型的方法，通過繪制水利工程地形及水工建筑物BIM模型，優(yōu)化水利工程樞紐布置和土石方量計算：Autodesk公司統(tǒng)計結(jié)果顯示，可視化提高企業(yè)競爭力66%、減少50% - 70%的信息請求、縮短5% - 10%的施工周期、減少20% - 25%的專業(yè)協(xié)調(diào)時間[7]。筆者嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用于抽水蓄能電站工程建設(shè)，研究建立基于BIM的抽水蓄能電站智慧化管理平臺，為提升工程建設(shè)管理水平和預(yù)期收益提供良好的技術(shù)手段。

1 國內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)管理現(xiàn)狀

國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于促進抽水蓄能電站健康有序發(fā)展有關(guān)問題的意見》明確指出，到2025年，全國抽水蓄能電站總裝機容量達到1億kW.h，占全國電力總裝機容量的4%左右，今后一段時期將是我國抽水蓄能電站建設(shè)的高峰期。但建設(shè)管理實踐經(jīng)驗不足、新技術(shù)引進緩慢、管理手段落后等制約了我國抽水蓄能電站的建設(shè)質(zhì)量與管理水平。當(dāng)前，抽水蓄能電站工程建設(shè)過程中存在的突出問題表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）項目前期、基建和生產(chǎn)運維管控模式已不適應(yīng)信息化改革監(jiān)管要求和發(fā)展需要，傳統(tǒng)的管理模式不能最大發(fā)揮管理效益，制約了管理效益的提升。

（2）從抽水蓄能電站發(fā)展看，目前已實現(xiàn)數(shù)字采集和監(jiān)控的數(shù)字化，但智能化應(yīng)用起步較晚，目前還沒有成熟和標(biāo)準的智能化電站整體解決方案，還處在探索、試驗階段。

（3）抽水蓄能電站建設(shè)期間參建方眾多，存在大量的工程建設(shè)信息，但由于信息管理系統(tǒng)應(yīng)用不完備或融合度不高，極易形成信息孤島，且信息分析利用程度較低，因此協(xié)同化建設(shè)管理難以實現(xiàn)。

（4）抽水蓄能電站工程施工點多、線長、面廣、密集程度高，大部分為露天作業(yè)，施工技術(shù)復(fù)雜、高空和交叉作業(yè)多、人員流動性大、施工環(huán)境異常復(fù)雜，對項目進度、質(zhì)量、資金和安全等管理要求高，傳統(tǒng)的管理手段不能滿足現(xiàn)場施工管理需求。

因此，在我國抽水蓄能電站建設(shè)高峰期的實際背景下，緊跟國內(nèi)外工程技術(shù)前沿，抓住機遇，開拓創(chuàng)新，優(yōu)化信息化管理模式和管控體系，切實提升工程建設(shè)管理水平和預(yù)期收益，顯得十分必要和迫切。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是以三維數(shù)字建模技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程全生命周期各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是計算機技術(shù)在工程中的直接應(yīng)用，它涵蓋了工程項目建設(shè)中設(shè)計、施工、管理的全過程。

通過BIM技術(shù)應(yīng)用，可以使錯綜復(fù)雜的工程信息得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的管理，如現(xiàn)場人、材、機等資源的實時現(xiàn)場監(jiān)控，施工工藝的模擬培訓(xùn)交流，不同專業(yè)管線的綜合協(xié)調(diào)，施工方案可視化優(yōu)化，工程施工預(yù)算和結(jié)算，預(yù)制件的虛擬加工安裝，難點技術(shù)問題的決策支持等。此外，結(jié)合最新的BIM+VR技術(shù)、無人機航拍等輔助技術(shù)，切實提升建設(shè)效率、提高建設(shè)質(zhì)量、保證建設(shè)進度、有效控制建設(shè)成本、降低工程建設(shè)風(fēng)險。BIM技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢見圖1。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用于天池電站智慧建設(shè)管理

當(dāng)前國內(nèi)外工程建設(shè)的信息化時代已經(jīng)到來.BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、無人機、全景展示、人工智能等新技術(shù)、新理念在工程建設(shè)全過程的引入，帶來了生產(chǎn)力與管理效率的巨大變革，助力工程建設(shè)管理的作用日益顯著。水電行業(yè)也不例外，項目法人單位、施工單位、設(shè)計單位等都在積極嘗試從全局利益出發(fā)進行信息化技術(shù)的探索和研究。自河南天池抽水蓄能電站（以下簡稱天池電站）籌建開始，就投入研發(fā)了符合項目建設(shè)要求的管理平臺，見圖2。

天池電站建設(shè)管理平臺的投入應(yīng)用，為建設(shè)管理模式的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。該管理平臺能夠切實提供工程建設(shè)的信息化管理，主要包括：建設(shè)資源綜合監(jiān)控;質(zhì)量驗收評定及危險源管理的無紙、科學(xué)化;關(guān)鍵工期建筑物的可視化進度管理：施工錯綜復(fù)雜綜合信息的有序管理;開創(chuàng)抽水蓄能數(shù)字工地示范應(yīng)用點等。另外結(jié)合工程建設(shè)實際需求，平順接人其他有助于建設(shè)的管理信息系統(tǒng)，共同為抽水蓄能電站工程建設(shè)的智慧管理提供重要技術(shù)保障。

3.1 工程建設(shè)資源綜合監(jiān)控

天池電站結(jié)合“五系統(tǒng)一中心”，在BIM技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，建立工程人力資源信息臺賬，按單位進行分類管理，包括人員基本信息、崗位工種、投保情況、所屬單位或分包隊、安全培訓(xùn)情況等內(nèi)容;建立施工設(shè)備與車輛信息臺賬，包括設(shè)備名、設(shè)備品牌、車牌號、設(shè)備標(biāo)識號（如車架號、進場登記時發(fā)放具有唯一二維碼標(biāo)識的卡片）、駕駛員信息、出廠日期、新舊程度，以及所屬施工隊、承包商等：建立施工現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)，通過無線定位、視頻監(jiān)控和二維碼識別等手段，滿足業(yè)主、監(jiān)理對現(xiàn)場各重要施工工作面的人員、機械設(shè)備等分布密度、投入及使用強度進行實時監(jiān)控、動態(tài)查詢和統(tǒng)計，掌握現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)。借助于BIM技術(shù)的可視化性能，形象展示工程建設(shè)現(xiàn)場的同時，為資源的合理調(diào)配、工期的科學(xué)安排、施工質(zhì)量和安全的保障提供了必要數(shù)據(jù)。

3.2 施工質(zhì)量驗收評定管理

施工質(zhì)量驗收評定管理研究開發(fā)分為電腦端和移動端，在不同終端實現(xiàn)不同功能，在電腦端實現(xiàn)工程質(zhì)量的BIM可視化管控，登錄移動端APP，可進行驗收表單查詢、驗收數(shù)據(jù)輸入、傳輸、質(zhì)量等級評價等應(yīng)用，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。在建設(shè)期可以隨時生成相關(guān)表單，后期系統(tǒng)生成記錄作為工程竣工的基礎(chǔ)資料，將工程主要建筑物驗收、評定表格由施工方按照開發(fā)人員要求進行分類整理提交，最終入庫，確保數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為質(zhì)量驗收評定管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見圖3。

施工驗收評定管理子系統(tǒng)解決了業(yè)主在驗收評定中難以準確統(tǒng)計和掌握不同驗收情況以及驗收評定資料的難題，按照抽水蓄能電站驗收資料移交業(yè)主確認的管理流程，實現(xiàn)了對驗收的“完成但不合格”“做完且合格”等驗收評定結(jié)果材料的智能化管理。

3.3 施工危險源與安全隱患管理

施工現(xiàn)場危險源管理研究開發(fā)分為電腦端和移動端，實現(xiàn)用戶在電腦端進行危險源的綜合管控，在移動狀態(tài)下通過移動端APP，實現(xiàn)危險源位置自動提醒，危險源識別、提交、審核、發(fā)布、整改、解除等相關(guān)應(yīng)用功能，見圖4。應(yīng)用該子系統(tǒng)前，需要將工程現(xiàn)場危險源的相關(guān)資料由監(jiān)理方按照開發(fā)要求進行分類整理提交，最終入庫管理，為危險源管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

安全隱患管理作為業(yè)主重點關(guān)注內(nèi)容之一，是安全管理系統(tǒng)中重要的部分，通過移動端APP相關(guān)功能，進行現(xiàn)場安全隱患的周期性采集、上報、確認、處理及解除等操作，實現(xiàn)安全隱患的全過程管理，消除重大安全隱患，減少中小隱患，實時查詢安全隱患全過程資料，如處理前后對比照片、處理方案、處理時間及參與方信息等。

3.4 關(guān)鍵工期管理

建立建筑物BIM進度管理模型，附加進度計劃信息，與實際進度信息形成對比，以可視化的形式和相關(guān)數(shù)據(jù)圖標(biāo)反映工程進度情況，及時對影響工程進度的施工資源進行優(yōu)化配置。同時，設(shè)置預(yù)警規(guī)則，明確預(yù)警提前量和預(yù)警節(jié)點，根據(jù)分析信息，對應(yīng)規(guī)則生成項目進度預(yù)警信息，實時查看現(xiàn)場每個工作面的進度開展情況和相關(guān)信息，見圖5。

3.5 綜合信息查詢管理

根據(jù)不同信息查詢權(quán)限與條件，不同參建方實現(xiàn)以下信息的綜合查詢：質(zhì)量表格及附件、現(xiàn)場資料、安全監(jiān)測、現(xiàn)場人員及設(shè)備、進度以及試驗成果、各工區(qū)環(huán)境信息（指定時間、部位等條件查詢室內(nèi)、室外環(huán)境信息的功能，室外環(huán)境信息包括地形、水文、氣象信息）等，并實現(xiàn)信息的輸出等。

另外，在建筑物醒目位置（工作面管理區(qū)、隧洞洞口、業(yè)主營地人口或建筑物正面等）粘貼二維碼，現(xiàn)場管理及施工人員通過手機專有APP掃描二維碼，可視化查看該建筑物的布置、進度、安全等方面的視頻、圖片和文字介紹等信息，快速了解現(xiàn)場的施工情況和未來施工完成后的面貌等，相關(guān)內(nèi)容在數(shù)據(jù)庫中同步更新，保證與施工狀態(tài)一致。

3.6 開創(chuàng)數(shù)字工地示范性應(yīng)用

建設(shè)抽水蓄能電站數(shù)字工地，即通過現(xiàn)代新技術(shù)來管理工程施工，為參建各方提供更為簡單、直觀、有效的管理手段，對工程對外宣傳和示范性應(yīng)用有積極作用。借助BIM技術(shù)，結(jié)合工程現(xiàn)狀和已有研究成果，示范性應(yīng)用內(nèi)容主要包括驗評與危險源管理模塊應(yīng)用，二維碼、微信等媒介進行信息傳遞技術(shù)應(yīng)用等。

其中，驗評與危險源管理可以實現(xiàn)質(zhì)量及安全管理的數(shù)字化：而二維碼可以進行高密度編碼，信息容量非常大，可以把圖片、聲音、文字、簽字等以數(shù)字化的信息全部收錄其中。通過二維碼可以把建設(shè)過程中建筑物的施工電子圖、檢測報告、整改單、操作流程以及構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、大小、屬性等全部信息錄入，形成巨大容量的“數(shù)據(jù)庫”。不同參建方根據(jù)用戶權(quán)限，通過掃碼隨時查看和管理這些數(shù)據(jù)，既方便又快捷。現(xiàn)場查看該建筑物計劃澆筑到什么狀態(tài)，實際澆筑到什么狀態(tài)，目前還需要進行哪些材料的提前采購、存在什么問題等，一目了然，為項目的動態(tài)管理提供了便利的信息化手段。

另外，實現(xiàn)在微信等自媒體平臺建立工程特色服務(wù)模塊，對工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)上傳、傳輸、統(tǒng)計查詢和管理等功能，與內(nèi)嵌數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控等其他系統(tǒng)保持數(shù)據(jù)統(tǒng)一、實時共享、統(tǒng)一管理，提高工作效率。

3.7 建設(shè)管理平臺的功能擴展

可擴展性是平臺軟件設(shè)計的原則之一，它以添加新功能或修改完善現(xiàn)有功能來考慮軟件的未來成長，以設(shè)計良好的代碼來實現(xiàn)。這樣做的目的是為了應(yīng)對未來可能需要的修改或優(yōu)化，同時保護代碼不被過度工程化地開發(fā)。

天池電站SD BIM建設(shè)管理綜合信息平臺的可擴展性是系統(tǒng)能夠適應(yīng)工程管理需求變化而快速變化的關(guān)鍵問題，而可擴展性（系統(tǒng)柔性）問題的核心是系統(tǒng)的架構(gòu)具有靈活性、開放性、可配置性。該綜合信息平臺設(shè)計之初就考慮了其自身的可擴展性，在此基礎(chǔ)上可以融人業(yè)主現(xiàn)場工程管理“基建”MIS系統(tǒng)。

在天池電站中擬推廣應(yīng)用的智能碾壓機器人（無人駕駛壓路機）系統(tǒng)，也可以融人到整體平臺中。智能碾壓機器人可以通過遠程控制，實施精準作業(yè)。在對某一區(qū)域進行碾壓前，工作人員可以先輸入該區(qū)域的坐標(biāo)，然后發(fā)出指令，這些機器人就會在設(shè)定好的區(qū)域內(nèi)工作，碾壓次數(shù)、速度、軌跡等均可被精確監(jiān)控。同時，該建設(shè)管理平臺還可以有效融人灌漿施工監(jiān)控、運料車輛監(jiān)控、監(jiān)理旁站移動平臺、試驗檢測管理、電纜敷設(shè)管理等系統(tǒng)。

4 結(jié)語

天池電站建設(shè)管理平臺通過大數(shù)據(jù)支持以及專業(yè)集成分析，形成面向用戶管理需求的可靠工程信息，指導(dǎo)工程現(xiàn)場施工過程的質(zhì)量、進度和安全管控，一方面，減少了一般重復(fù)性管理工作的精力投入，提高了工程管理人員的工作效率;另一方面，也是更具價值的，是實現(xiàn)了工程建設(shè)全過程的精細化、智慧化管理目標(biāo)，提升了抽水蓄能電站的管理水平。

參考文獻：

[l]鐘登華，周銳，劉東海，水利水電工程施工系統(tǒng)三維建模與仿真[J].計算機仿真，2003，20（2）：86-91.

[2] 李景茹，鐘登華，劉東海，等.水利水電工程三維動態(tài)可視化仿真技術(shù)與應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2006，18（1）：116- 119，124.

[3] 苗倩.BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2012，30（ 10）：139-142.

[4] 卓鵬飛，盧育芳.基于Bentley平臺的泵閘建筑和結(jié)構(gòu)BIM三維協(xié)同技術(shù)[J].水電能源科學(xué)，2016，34（ 10）：74-77.

[5] 滕佳穎，吳賢國，翟海周，等.基于BIM和多方合同的IPD協(xié)同管理框架[J].土木工程與管理學(xué)報，2013，30（2）：80-84.

[6] 孫少楠，張慧君.BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究[J].工程管理學(xué)報，2016，30（2）：103-108.

[7] 李勇，管昌生.基于BIM技術(shù)的工程項目信息管理模式與策略[J].工程管理學(xué)報，2012，26（4）：17-21.