BIM技術(shù)在變電修理技改工程安全管理中的應(yīng)用*

高 明，劉 玲，陳文娟，田 靜，白 珂

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000；2.廣州勁源科技發(fā)展股份有限公司，廣東 廣州 510000）

近年來(lái)，在智能電網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等智慧能源技術(shù)的快速發(fā)展、新能源革命引發(fā)的電力系統(tǒng)信息大爆炸的背景下，南方電網(wǎng)提出“數(shù)字南網(wǎng)”（四大業(yè)務(wù)平臺(tái)，三大基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)接，建設(shè)完善一個(gè)中心）戰(zhàn)略。基于此，CPS、IoT、WSN、5G等理論與技術(shù)將會(huì)大量應(yīng)用到電網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理模式的變革。

2019年1月，國(guó)資委發(fā)文《關(guān)于加強(qiáng)中央企業(yè)開展質(zhì)量提升行動(dòng)的實(shí)施意見》（國(guó)資發(fā)綜合規(guī)〔2019〕12號(hào)）中提出：“加快推進(jìn)建筑信息模型BIM等信息技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過(guò)程的集成應(yīng)用。”BIM技術(shù)作為各方系統(tǒng)集成、各項(xiàng)功能展示的綜合門戶，是實(shí)現(xiàn)“三型兩網(wǎng)”“數(shù)字南網(wǎng)”戰(zhàn)略實(shí)施的重要支撐。

1 業(yè)務(wù)需求

安全工作是電網(wǎng)工程的重中之重，而對(duì)于變電工程的修理技改的安全管理要求，比新建工程更要嚴(yán)格得多，不僅由于涉及的部門多，人員的素質(zhì)參差不齊，作業(yè)臨時(shí)性、非標(biāo)準(zhǔn)化情況突出，作業(yè)環(huán)境及施工進(jìn)度會(huì)受諸多因素的影響，還因處于正常運(yùn)行的電氣間隔是帶電運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)安全距離有嚴(yán)格要求（以500kV區(qū)域?yàn)槔瑢?duì)車輛的要求是離電氣設(shè)備不小于8m，人員不小于5m），所以需要每個(gè)參建人員都要明確安全管理的重要性，保證修理技改作業(yè)的順利進(jìn)行。基于BIM技術(shù)的安全管理的應(yīng)用，如圖1所示。

為了安全、高效、保質(zhì)、順利地完成修理技改工程的施工任務(wù)，必須對(duì)修理技改施工的全過(guò)程進(jìn)行有效的安全監(jiān)控，并與潛在事故聯(lián)系起來(lái)制定相應(yīng)的預(yù)防措施，使施工過(guò)程期間的安全風(fēng)險(xiǎn)降低。

2 BIM應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling），其核心是通過(guò)建立虛擬的工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的工程信息庫(kù)。該信息庫(kù)不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息；借助這個(gè)包含工程信息的三維模型，有助于提高工程的信息集成化程度，從而為工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的平臺(tái)。

圖1 BIM在安全管理中的應(yīng)用

在修理技改工程的安全管理中，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，可提升風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、作業(yè)區(qū)域布置、作業(yè)過(guò)程模擬，以及作業(yè)中的安全問(wèn)題的定位、處理，作業(yè)后的安全管理的總結(jié)、分享等的能力，如圖2所示。

圖2 BIM在修理技改的安全管理應(yīng)用體系

2.1 可視化

對(duì)于修理技改工程，可視化的BIM模型改變傳統(tǒng)的文檔形式的交流和決策方式，特別是施工現(xiàn)場(chǎng)在作業(yè)前不能隨意進(jìn)入，參建人員無(wú)法直觀感受作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況。BIM三維模型的出現(xiàn)，能夠讓參建者更加清晰自己的工作區(qū)域、工作規(guī)程，由BIM三維模型的可視化狀態(tài)，識(shí)別工程各階段時(shí)期所存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，并在施工前制定相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)事故的預(yù)防。

2.2 協(xié)作化

在修理技改工程中，信息的“不兼容”通常會(huì)發(fā)生在各專業(yè)之間，由于溝通不暢，出現(xiàn)安全問(wèn)題不能及時(shí)通知相關(guān)人員，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)消除安全問(wèn)題。BIM模型允許所有參建者都可在同一平臺(tái)中進(jìn)行信息交流，并能接收到同一平臺(tái)的每個(gè)人發(fā)出的指令，以便及時(shí)集中處理安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)高效、協(xié)同、簡(jiǎn)化的現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.3 動(dòng)態(tài)化

BIM模型是以“模庫(kù)一體化”的形式收集高度真實(shí)的數(shù)字信息，其他關(guān)聯(lián)參數(shù)會(huì)由某一元素的參數(shù)修改并隨之修改。對(duì)于施工狀態(tài)每天都在改變的修理技改的現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)BIM模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新并上傳至平臺(tái)，管理人員可以及時(shí)分析和識(shí)別新的安全風(fēng)險(xiǎn)源，并實(shí)時(shí)發(fā)布相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)安全管理情況信息。

3 BIM在安全管理中的應(yīng)用

在修理技改業(yè)務(wù)中，涉及的業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 變電修理技改主要流程示意圖

3.1 前期準(zhǔn)備階段

對(duì)施工方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，標(biāo)識(shí)帶電區(qū)域，明晰風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，布置作業(yè)區(qū)，并對(duì)施工進(jìn)行預(yù)演等。

（1）風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別。風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別是否及時(shí)、完整，對(duì)事故的發(fā)生概率有一定的影響。修理技改工程傳統(tǒng)的做法是管理人員根據(jù)相關(guān)工作指引和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)確定風(fēng)險(xiǎn)源的類型和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但此過(guò)程不易全面、直觀地查看現(xiàn)場(chǎng)整體環(huán)境，容易導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)漏項(xiàng)。通過(guò)BIM應(yīng)用，更全面地分析施工過(guò)程各階段存在的安全問(wèn)題，并在模型中突出顯示，使相關(guān)參建人員在施工特定流程時(shí)要注意安全事宜。風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別人員直觀地面對(duì)施工環(huán)境，進(jìn)行安全自檢，并從各種角度識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。

（2）作業(yè)區(qū)布置。運(yùn)用BIM工具，根據(jù)各工作區(qū)域?qū)Π踩芾淼囊螅瑯?gòu)建更完善的場(chǎng)地布置方案。現(xiàn)場(chǎng)需劃分為車輛作業(yè)區(qū)、人員作業(yè)區(qū)、輔助作業(yè)區(qū)、設(shè)備器材存放區(qū)等，不通的區(qū)域需采取相應(yīng)的防護(hù)措施。如輔助作業(yè)區(qū)，除應(yīng)設(shè)置于墜物半徑、吊車工作區(qū)之外，還應(yīng)與作業(yè)區(qū)之間設(shè)置防護(hù)措施，進(jìn)行明顯的劃分隔離，以免人員誤入風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；如果設(shè)置在墜物半徑之內(nèi)時(shí)，必須采取可靠的防砸措施。用BIM模型，對(duì)各方案進(jìn)行比選，最后匯總為施工場(chǎng)地動(dòng)態(tài)布置總體方案。

（3）施工模擬。對(duì)于參建單位，由于涉及專業(yè)較多，工作協(xié)同難度大；對(duì)于電氣設(shè)備，多屬于較為精密的設(shè)備，如有碰撞極易損壞；對(duì)于參建人員，由于工作空間有限，有時(shí)處于高空作業(yè)，容易碰到周邊的設(shè)備，甚至可能發(fā)生觸電事故，對(duì)人員安全造成威脅。這些都有必要在BIM平臺(tái)進(jìn)行施工預(yù)演，提升安全系數(shù)。

（4）方案評(píng)審、交底。利用BIM技術(shù)施工過(guò)程制作成動(dòng)畫形成3D施工方案，形象化地向評(píng)審人員介紹施工方案并指導(dǎo)參建人員如何規(guī)范、安全地操作，避免現(xiàn)場(chǎng)工人因操作失誤、操作不當(dāng)造成安全事故的發(fā)生。此方式可以使相關(guān)人員快速理解或只需關(guān)注細(xì)節(jié)性內(nèi)容，而無(wú)需一一審閱繁瑣的程序?qū)嵸|(zhì)內(nèi)容，大大節(jié)省了方案審查、安全交底的時(shí)間，提升工作協(xié)同效率。

例如，對(duì)于變壓器的高壓套管的修理作業(yè)，該項(xiàng)工作為一個(gè)比較復(fù)雜的施工工藝，利用作業(yè)過(guò)程的模擬動(dòng)畫對(duì)參建單位進(jìn)行宣貫，對(duì)促進(jìn)項(xiàng)目集標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立起著非常重要的作用。在重點(diǎn)安全問(wèn)題的預(yù)防上，利用BIM動(dòng)畫將易發(fā)生的安全隱患擴(kuò)展到安全事故，從最初的隱患到最終的安全事故，顯示整個(gè)發(fā)展的過(guò)程，強(qiáng)化對(duì)相關(guān)人員的潛在危險(xiǎn)的警戒心和對(duì)安全事故的敬畏心，一定程度上保證了現(xiàn)場(chǎng)施工安全和現(xiàn)場(chǎng)安全管理措施的順利實(shí)施。

3.2 開工申請(qǐng)階段

使用BIM平臺(tái)，以3D模型為載體，核對(duì)開工作業(yè)流程和安全管控措施，輔以作業(yè)圖紙、流程圖、時(shí)間表、安全通道指示圖等，落實(shí)施工安全責(zé)任人、安全監(jiān)督人，加強(qiáng)對(duì)安全操作的可視化培訓(xùn)，如工器具的擺放要求、標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域，工作地點(diǎn)的標(biāo)識(shí)（用以識(shí)別作業(yè)區(qū)域）。相關(guān)人員派工，所需資源與模型關(guān)聯(lián)應(yīng)用如圖4所示。

圖4 BIM平臺(tái)派工應(yīng)用

3.3 人、機(jī)、材進(jìn)場(chǎng)階段

根據(jù)在BIM管理平臺(tái)，確認(rèn)后的實(shí)施方案，可明確安全管理相關(guān)事項(xiàng)，并及時(shí)反饋和處理安全問(wèn)題，如針對(duì)設(shè)備和材料的卸載、搬卸工具、卸載方式、擺放區(qū)域、擺放環(huán)境，是否有缺陷、所附的資料是否齊全等因素進(jìn)行預(yù)防評(píng)估，避免安全交底不清、不穿戴安全防護(hù)措施等導(dǎo)致人員在操作時(shí)失誤或失控。

3.4 工程實(shí)施階段

在現(xiàn)場(chǎng)的安全管理工作中，可能由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致忽略一些可能引發(fā)重大安全事故的安全隱患，如物品高處墜落，人員觸電、踏空、滑落、絆倒，腐蝕、中毒，物體打擊，機(jī)械傷害等。

利用BIM技術(shù)可以在施工過(guò)程中，將現(xiàn)場(chǎng)的施工、安全隱患，通過(guò)移動(dòng)端定位、安全問(wèn)題描述（文字、圖片、語(yǔ)音、視頻方式）、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、整改要求等，指派給處理人員，處理人員即可將處理過(guò)程及時(shí)反饋到BIM三維模型上。工程管理者和相關(guān)實(shí)施人員就可及時(shí)在模型上直觀地看到安全問(wèn)題當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況作出更為合理的判斷并及時(shí)反饋，保證現(xiàn)場(chǎng)的施工安全，同時(shí)也避免一些潛在安全事故的發(fā)生，由此使得修理技改項(xiàng)目的施工過(guò)程更加標(biāo)準(zhǔn)化。安全問(wèn)題的處理過(guò)程，如圖5、圖6所示。

圖5 移動(dòng)端填報(bào)安全問(wèn)題信息

3.5 調(diào)試驗(yàn)收階段

在BIM管理平臺(tái)中，將工作完成情況和計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，輔助調(diào)試驗(yàn)收。對(duì)更換或更新的設(shè)備進(jìn)行檢查，用移動(dòng)端填報(bào)檢查信息，如設(shè)備是否安裝達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格、設(shè)備與設(shè)備之間的連接是否達(dá)到要求和標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)工作項(xiàng)（SOP）對(duì)調(diào)試工作按規(guī)定程序和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指引，并用“模庫(kù)一體化”（模型集成信息庫(kù)）的方式進(jìn)行全程記錄或備案，作為驗(yàn)收的依據(jù)和憑證。調(diào)試驗(yàn)收輔助管理過(guò)程，如圖7所示。

圖6 PC端查看安全問(wèn)題處理詳情

圖7 調(diào)試驗(yàn)收輔助管理

3.6 送電投產(chǎn)階段

送電操作人員、安全責(zé)任人、技術(shù)負(fù)責(zé)人等使用BIM移動(dòng)端，在線完成資質(zhì)確認(rèn)和參與送電人員的電子簽名，進(jìn)一步了解現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的操作流程及各種開關(guān)、按鈕的操作方法。如相關(guān)人員需佩戴高壓絕緣手套、穿電工專用高壓絕緣鞋；與送電試驗(yàn)無(wú)關(guān)的人員必須遠(yuǎn)離帶電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，在變電站周圍懸掛醒目的警示標(biāo)志，以避免非工作人員進(jìn)入作業(yè)場(chǎng)地造成的事故；檢查周圍環(huán)境時(shí)，必須采取預(yù)防措施，以防止危及人身安全的安全隱患發(fā)生。

3.7 應(yīng)用總結(jié)

（1）完善安全管理制度。通過(guò)與BIM技術(shù)相結(jié)合來(lái)不斷完善安全管理措施：①通過(guò)BIM模型與負(fù)責(zé)人員的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，實(shí)施責(zé)任管理；②嚴(yán)格執(zhí)行基于BIM模型的安全檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除安全風(fēng)險(xiǎn)，并將結(jié)果上傳至BIM平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全管理；③通過(guò)BIM安全模型進(jìn)行加強(qiáng)安全教育與培訓(xùn)，提高現(xiàn)場(chǎng)人員的安全意識(shí)與安全技能；④BIM模型基于相應(yīng)的模型生產(chǎn)和優(yōu)化規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)根據(jù)以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的原則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化施工；⑤將修理技改業(yè)務(wù)規(guī)程，有機(jī)地結(jié)合安全技術(shù)和BIM模型。

（2）創(chuàng)建安全文明標(biāo)準(zhǔn)化示范工地。根據(jù)“智慧工地”的建設(shè)要求，引導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理，BIM模型中的現(xiàn)場(chǎng)安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，不僅提高了現(xiàn)場(chǎng)安全工作的標(biāo)準(zhǔn)化，而且對(duì)提高電網(wǎng)公司的形象也非常有利。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著電網(wǎng)企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)與轉(zhuǎn)型，其對(duì)于各項(xiàng)工程的全生命周期管理的信息會(huì)越來(lái)越豐富，監(jiān)控會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)責(zé)任單位在質(zhì)量、安全方面的把控要求也越來(lái)越高，這無(wú)疑會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)的安全管理帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。在此種情況下，應(yīng)用BIM技術(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化施工，有助于促進(jìn)安全標(biāo)準(zhǔn)化，并顯著降低安全事故的發(fā)生率。