BIM技術在變電站施工中的應用

劉大平，張金鋒，謝登科，金士舟，張倩妍

1 引言

現階段變電站施工很容易出現施工質量等問題，為盡可能保證變電站施工質量、進度及安全，圍繞BIM技術在變電站施工中應用開展研究很有必要。

2 BIM技術在變電站施工中的應用路徑

2.1 場地分析及施工模擬

在開始變電站施工前，場地分析極為關鍵，需要將周圍環境與變電站的外觀、方位聯系起來。傳統場地分析的局限性很強，容易出現過多數據信息難以處理、主觀因素過重等問題。在BIM技術支持下，通過與地理信息系統的結合，即可基于場地數據和變電站擬建空間進行空間模型建設，場地分析可快速得出結果，更好為場地使用條件評估和后續設計與施工提供支持。通過將施工進度計劃與BIM技術相結合，可以開展施工組織及施工進度模擬，輔以可視化4D模型整合變電站施工的空間信息與時間信息，變電站的施工全過程即可實現直觀、精確展現。施工的資源、進度、質量可依托4D施工模擬實現統一控制和管理。基于科學的施工計劃制定、施工進度的精確掌控、科學合理的場地布置，即可最終實現工程質量提高、工程工期縮短、施工成本降低，BIM技術的應用價值可見一斑[1]。

2.2 實現施工設計優化

變電站施工設計層面BIM技術的應用也不容忽視，由于現階段變電站工程對工期有著嚴格限制，這就使得繁重的設計任務無法由二維設計平臺按期完成，傳統設計存在的抽象化、費時費力、修改難度過高等缺陷也會對工期控制帶來嚴重負面影響。通過引入BIM技術即可開展變電站的三維設計，實現設計的實體可視化，更加直觀、透明的各專業配合能夠由此順利實現，各專業溝通、合作也能夠更好開展。相較于傳統二維設計，基于BIM技術的三維設計可消除思維盲區、規避各類漏洞，通過BIM技術開展碰撞檢查，設計存在的碰撞問題也能夠及時發現和處理，不同專業出現的設計矛盾可在施工前發現，施工可能面臨的障礙能夠提前掃除。同時，施工過程可通過BIM技術進行實時監測，由此開展的施工管理能夠保證施工取得接近預期的效果，施工過程協同能力提升也可順利實現[2]。

2.3 為項目管理和運維提供服務

BIM技術能夠較好服務于變電站施工的高效、精細管理，可同時實現施工質量提升和項目成本降低，人力資源、質量、成本、范圍、時間、采購、溝通等均屬于BIM技術的應用范疇。以上文提及的4D施工模擬為例，BIM技術可較好服務于變電站施工的時間管理，BIM模型導出的工程量則可用于工程成本管理，BIM技術支持下可更好開展的碰撞檢查也能夠為施工質量控制提供支持。值得注意的是，在變電站運維階段，BIM技術也能通過對基礎模擬緊急突發情況，評估風險和損失，為管理工作提供依據。通過對材料、裝飾、設備的空間定位，BIM技術在變電站故障檢修、設備調試等方面也能夠發揮關鍵性作用，并能夠做到判斷估計設備故障概率，以及快速的元件位置定位。[3]。

3 BIM技術在變電站施工中的具體應用

3.1 工程概況

本文以安徽阜陽煤化工園220kV變電站施工中BIM技術的應用作為研究對象，該工程位于安徽省阜陽市潁東區口孜鎮稻改鄉，計劃建設屬于戶內智能站的變電站，總用地面積、圍墻內占地面積分別為0.9377hm2、0.7293hm2，主要由警衛室、配電裝置樓、消防水池、雨水泵池、消防泵房、事故油池、電纜溝等組成，同時設置有場區土方平整、防雷接地系統、站區給排水系統、檢修地坪及廣場、站內外道路等站區性建筑。

3.2 BIM技術的具體應用

3.2.1 數字化建模

本項目選擇了MicroStaion作為平臺和環境，協同設計平臺為ProjectWise，同時選擇Synchro 4D用于4D施工進度模擬，圖1為各專業協同設計示意圖。

圖1 各專業協同設計示意圖

工程采用AH-220-A2-3（35）方案，總圖設計包含地形建模、站內道路、進站道路、圍墻、擋土墻、電纜隧道等，圖2為站址及周邊地形模型示意圖。

圖2 站址及周邊地形模型

工程還采用BIM技術開展了電氣一次、電氣二次、建筑、結構、給排水專業的設計。結構模型整體建模采用PKPM結構計算軟件，建筑物的結構可通過在三維設計軟件中導入優化后的帶屬性模型實現直觀立體反映。

由于電氣設備能夠基于BIM技術應用生成的軸網及建筑模型針對性布置，布置合理性控制、空間距離校驗得以順利開展。模型能夠給出所有電氣設備完整的屬性參數，根據屬性參數即可在最終設備材料的統計中逐一列出各類設備，相較于手工統計的準確性更高。

3.2.2 碰撞檢測

在完成暖通專業設計后，工程基于BIM技術對建筑、電氣、結構、給排水等專業綜合開展了碰撞檢查，共發現10余處碰撞點，由此開展專業間協調處理，輔以針對性的標高調整，設計要求得以滿足，施工圖階段的大量修改得以規避。對于施工圖階段存在的大量暖通設計，在BIM技術支持下，相關設計內容實現了一定遷移，在綜合考慮系統平面布置位置、消防排煙量、通風量、冷熱負荷的同時，強化了對系統空間位置的思考，這一過程得到了各專業配合。通過BIM技術解決管道與電氣設備、結構梁、結構柱的碰撞問題，具體施工過程中可能受到的阻礙得以有效排除。

3.2.3 動態施工模擬

基于平臺的模擬功能，工程對重要電氣一次設備的運輸、安裝、吊裝開展了針對性的模擬，如主變壓器、套管、GIS組合電器等。通過調用軟件中豐富的運輸車輛及吊車模型庫，可對運輸、吊裝過程的設備或吊車碰撞情況進行實時查看，現場施工方案的可行性得到保障，施工風險得到了有效控制。此外，動態施工模擬還對工程涉及的施工過程進行了真實預演，這為現場施工提供了更多的依據和支持。

3.2.4 具體施工

傳統變電站施工很容易出現效率低下問題，結合相關調研可以發現，27%的變電站施工需要進行返工，同時施工過程的材料、勞動力浪費問題也較為嚴重，因此本工程基于BIM技術綜合人員、機械設備、場地、材料、設計等多方面信息，對施工進度開展了針對性模擬。在4D施工模擬支持下，施工過程得到了直觀反映，各專業施工順序協調、專業化的施工隊伍建設也得以獲得有力支持。基于數字化建模成果，施工單位可結合實際情況對其進行進一步優化，并以此開展4D施工模擬、施工現場管理、質量控制等工作，煤化工園220kV變電站施工的數字化水平受此影響大幅提升。在優化施工方案的過程中，基于BIM技術的支持，以及對工程合同條件和相關信息的收集，工程針對性制定了科學的計劃和目標，包括質量目標、安全目標、工期目標等，如質量目標內容包括全面應用通用設計、標準工藝、通用造價、通用設備，實現“零缺陷”投運、通過達標投產考核、工程質量評定為優良、使用壽命滿足設計及公司質量管理要求。基于目標，工程對相應經濟、合同、施工組織措施也開展了針對性制定。如施工組織措施由分公司統一部署、保證不同施工區域在空間上的獨立施工和在時間上的互不干擾、強化施工圖紙會審的準備、強化各專業的協調與配合。相關工作的具體開展也充分應用了BIM技術，如基于4D施工仿真開展可視化交底，在施工圖紙會審過程中應用BIM技術直觀、精確展示可能出現的施工問題，通過全過程進度模擬對施工作業面劃分、施工工序安排、施工交通組織優化，以及直觀模擬具備較高安全風險等級的施工作業內容及具體事故情況。最終，工程基于BIM技術科學完成了施工方案、機械設備布置的優化，施工方案的科學性、合理性、經濟性、實用性得到了保障。此外，基于自動關聯的BIM-4D施工進度模擬軟件Synchro 4D，可在施工過程中逐步添加進度計劃、施工任務等信息，由此開展的4D施工仿真即可進一步強化施工現場的動態結構分析、模擬動畫、碰撞檢測，相關問題出現前的自動報警、科學無誤的施工方案和相關數據獲取可由此實現，工程施工過程中的返工減少、資源節約、施工質量提升也能夠獲得有力支持。

4 結語

綜上所述，BIM技術在變電站施工中的應用價值較高。在此基礎上，場地分析及施工模擬、實現施工設計優化、為項目管理和運維提供服務、技術應用實例等內容，則直觀展示了變電站施工中的BIM技術應用路徑。為更好發揮BIM技術的優勢，變電站施工還應關注基于BIM技術的施工關鍵線路的優化、動態化的施工模擬開展等探索。