基于BIM的光伏電站工程質量控制分析

中廣核新能源安徽分公司 李 晶

建筑信息模型（BIM）技術是在建筑工程項目中，把構成建筑物的相關構件元素的物理特性、幾何數據、材質信息等有機組合起來，構成一個全方位、完整、綜合的信息數據庫，組成建設項目數據模型的項目構件的全部參數信息都會存儲在該數據庫內，以滿足各參與方相應的工作需求。各個構件的參數信息，在數據模型內并不是相互獨立的信息個體，其之間有著一定的空間和邏輯關系。

1 光伏電站建設特點

近年來，我國大力發展能源產業，光伏電站工程是非常重要的綠色能源工程，國家出臺了一些政策措施刺激光伏產業的發展。作為重要的新能源項目，多快好省地建設光伏電站，意義重大，因此必須對光伏電站項目進行科學的項目管理。目前，光伏電站裝機總資源量總計有8019.51GW。

當前，光伏電站工程設計有兩種形式，一種是集中式，另一種是分布式。前者主要是在荒漠地區，利用具備的豐富太陽能資源，建立大型光伏電站，并將其接入國網電力系統。分布式光伏電站與集中式光伏電站相對應，一般認為分布式光伏電站與集中式光伏電站的區別在于，以6MW為分界點，高于此標準就是集中式光伏電站，集中式光伏電站可并網運行[1]。而分布式光伏電站可離網運行，即自發自用，即便并網運行也只能近距離輸送給終端用戶。

2 BIM技術的特點

BIM技術能在工程項目管理廣泛應用，主要具有以下特點。

2.1 關聯性

模型中的構建元素是可識別的并相互關聯的，利用BIM技術可以對其中的信息進行統計分析，生成對應圖紙文件。構成模型的構件元素當中發生任何變化，與之關聯的其他部件也隨之改變，這不僅能確保模型準確完整，而且能提升工作效率，方便快捷。

2.2 可視化

現在人們越來越追求審美視覺，建筑外形的多樣性也使建筑結構更加復雜，基于BIM技術可以把建筑設計以三維效果的形式展現給人們，一目了然。更重要的是，整個項目建設過程中，各個參與方的信息交互都可以在可視化的環境中進行，便于溝通，有效管理，提高了建設項目的協同能力。

2.3 模擬性

BIM技術不但可以在設計階段能對項目進行環境模擬與節能分析，而且能在施工階段結合時間進行4D模擬施工過程。值得一提的是，BIM技術能夠實現3D模型+時間+工序的5D信息模擬，在一定程度上能控制工程的造價和進度[2]。

2.4 優化性

建立的BIM模型可以根據建設過程中的變化而進行實時優化、更新。利用BIM技術還可以根據現場情況設計不同施工方案，并篩選出最優施工方案，可以節約大量成本，縮短工期。

2.5 可出圖性

BIM技術的可出圖性為建設者提供了便利，通過對設計項目的一系列模型優化等過程后，可以方便、快捷地輸出項目的整體設計圖、碰撞報告以及對應的施工方案等工程圖紙文件。

2.6 協調性

如何協調各參與方的工作，實現合理的穿插施工，是當前工程施工中需要重視的問題。在施工階段各專業之間相互妨礙出現的各類問題（如結構構件是否會與機電專業的管線布置產生沖突等）都要工程項目的各個參與方及時溝通協商，得出對應的解決措施。

2.7 施工信息輸出形式多樣化

基于BIM-IFC標準構建的施工信息模型，使用者能按照自己不同的需求，自主導出不同形式的信息。

3 光伏電站工程質量典型問題

3.1 電纜敷設問題

光伏項目組件、逆變器等設備的數量較大，場內高低壓電纜相互交錯。常見電纜敷設方式為直埋敷設，需要鋪砂蓋磚。電纜直埋敷設現場施工簡單，技術含量低，但項目實施過程中直埋敷設質量管控難度較大，施工過程中電纜溝開挖深度不足、未鋪砂蓋磚、使用原土回填等問題頻繁出現，嚴重影響后續運行安全，并造成項目資金浪費。

3.2 光伏支架抗風問題

近年來，強風造成光伏支架傾倒、變形問題屢次發生，給光伏項目帶來較大損失。光伏項目結構簡單，技術含量低，設計單位重視不足。同時，項目工期緊張，設計單位經常根據荷載規范取當地或鄰近地區50年重現期的基本風壓進行支架抗風能力設計，沒有充分結合地區實際情況、考慮當地歷史風速再次核算，其數值無法準確反映當地實際風荷載[3]。

3.3 支架安裝問題

光伏項目建設周期短，設計單位圖紙到場時間嚴重壓縮，尤其是支架產品圖紙，設計完成后，廠家需要一定周期進行生產才能進行現場安裝。嚴重壓縮的設計時間和設計人員現場經驗不足導致部分項目支架到場后無法合理安裝。部分螺栓無法順利穿進支架，部分螺母因工具無法進入只能手動緊固等問題，造成施工、設計、生產返工，嚴重影響項目進展。

3.4 立柱焊接問題

焊接為地面光伏立柱與基礎連接的常見形式，良好的焊接牢固、可靠、承載力較強。光伏項目焊接點多，焊接人員水平參差不齊，焊縫無法一一檢查驗收，焊接質量難以控制，影響項目安全運行。焊接后焊點需進行防腐處理，常見設計為焊渣敲除后打磨除銹，除銹質量等級為Sa2.5，防腐采用3道鐵紅底漆加1道銀粉面漆，總厚度不低于160μm。施工中除銹工序控制較差，經常出現除銹不徹底甚至不除銹的問題。運行后期，發生焊縫嚴重銹蝕，立柱傾覆等問題。

3.5 螺栓扭力問題

支架安裝施工一般使用常規電動扳手，支架系統部分螺栓扭矩要求高，需達210N·m，常規電動扳手無法達到該扭力值，無法滿足施工需要。為確保項目工效，施工初期施工人員使用常規電動扳手緊固，施工后期使用扭力扳手進行再加固。光伏項目施工人員眾多，二次加固質量難以把控，在強風條件下或系統正常運轉后，扭矩不足會導致組串變形、組件隱裂等嚴重問題[4]。

4 基于BIM的光伏電站工程質量控制分析

4.1 事前預防和管控

BIM技術具備可視化的功能，能夠在施工項目開展前對整個工程項目實施定向化的模擬、管控，工作人員可以通過BIM技術對整個施工進程進行模擬管理，使得參與到施工建設的各主體單位均能夠穩定有效地協同工作，無論是監理方、施工方還是建筑方，甚至是材料供應商都可以通過BIM技術所構建出的工程模型，來提前對其中可能存在的問題進行分析、探討，并且采取必要的預防管控措施，最大限度地避免工程項目出現意外事故，以此來提高工程項目的質量。

4.2 技術交底

光伏發電站工程項目施工管理工作需要實現對施工圖紙的有效審核，具體來說，各主體單位在參與施工建設期間需要提前完成對施工圖紙的會審、管理，明確在整個發電站施工建設過程中所存在的重點和要點，對整個圖紙的細節之處進行分析、考量，通過可視化的信息資料以及可視化的圖紙信息來規范現場施工人員的作業行為，在此過程中，結合BIM技術的三維可視化功能，能夠幫助各主體單位快速地完成對施工圖紙的會審作業，并且在可視化功能的基礎上還可以實現技術交底，最大限度地降低施工人員、技術人員在識別過程中對圖紙解讀所存在的認知偏差，以此來彌補傳統施工過程中二維圖紙可讀性差的缺陷問題，提高了數據資料交互流通的效率，加快了針對圖紙的會審進程，以此來提高整個工程項目的管理效率。

4.3 材料質量的管理

檢驗材料是否滿足質量要求，現場施工方面，要根據測量放樣結果進行支架預埋件安裝，確定線槽以及走線，然后安裝組件并固定，鋪設線纜并完成設備接線。調試部分，重點查驗電池板陰影問題，箱體內部和電池板內部接線，組串電壓測試，絕緣電阻測試（要求相間、相對地0.5MΩ以上，二次回路1MΩ以上），接地電阻測試，要求接地方面不同用途和電壓的電氣設備應當設置一個總接地體，接地電阻4Ω以下。測試并網運行，觀察設備是否正常。

4.4 施工過程質量控制

控制部分，重點針對施工質量進行控制，保證光伏電站建設的核心流程。一般光伏電站的施工技術流程包括前期準備、現場施工、系統調試等幾個部分。前期準備部分要求熟悉設計方案明確系統容量、電池板類別、參數、數量、估算箱體、匯流箱數量、尺寸、電纜型號尺寸，逆變器型號尺寸等，要對現場進行實際勘探，明確場地尺寸、是否存在影響施工的障礙、測量放線、確定電纜走向等。然后準備材料，檢驗材料是否滿足質量要求。現場施工方面，要根據測量放樣結果進行支架預埋件安裝，確定線槽以及走線，然后安裝組件并固定，鋪設線纜并完成設備接線。

在施工過程中，專業監理工程師應監督施工單位加強內部質量管理，嚴格控制施工質量。對進場人員進行資格審查，對進場物料進行檢查、檢驗，對施工機械、安全工器具進行檢驗，杜絕無證人員、不合格物料、機械進入施工現場。施工作業要嚴格按技術要求和施工工藝進行，每道工序完成后，施工單位應實施自我檢查，只有在上一道工序被確認質量合格后，才能準許下道工序施工。

當隱蔽工程、檢驗批、分部分項工程完成后，施工單位應自檢合格，填寫報驗表，由專業監理工程師進行現場檢查，檢查合格予以簽證確認，若不合格則指令施工單位進行整改或返工處理。在施工過程中，所涉及結構安全的試塊、試件以及有關材料，應按規定進行見證取樣并檢測。旁站是一種監督活動，具體包括對工程的關鍵部位或關鍵工序的施工質量檢查。在工程建設中，旁站人員應及時記錄旁站情況。在巡視和旁站過程中發現施工質量出現的問題或施工單位采用的不符合要求的施工工藝，要馬上簽發監理通知單，若存在質量事故隱患或已發生事故，立即責令工程暫停，并責令施工單位對有關問題進行整改。

4.5 碰撞檢驗

BIM技術最為核心的功能是在于構建三維數字化模型，并且對相應的模型實施碰撞檢測，由于在光伏發電站工程項目施工管理過程中所參與到施工建設的主體單位相對較多，且各主體單位所承擔的工作職責也存在較大的差異，而要實現各主體單位在規定時間內完成相應的工作，任務缺乏科學、合理的規劃是不可能達成相應的目標，并且各專業之間在施工過程中也會存在強烈的碰撞現象，而所謂的碰撞現象是指各施工團隊在特定的施工期間可能會存在施工干涉的現象，以至于施工作業無法穩定、高效地進行，從而產生大量的人力浪費和材料浪費，如果在施工過程中出現此類狀況，則需要對現有的施工方案進行變更管理，此來勢必會增加工程項目建設的成本，降低相應的質量。

因此，利用BIM技術碰撞檢測將整個施工過程進行模擬、管理，實現參與到施工建設各主體單位之間穩定、高效的工作形式，最大限度地避免各類施工作業所存在的時間沖突以及空間沖突，通過消除碰撞、優化設計、縮短施工周期能夠提高施工質量，降低施工成本，最終提高施工單位的經濟效益。

5 結語

本文主要對BIM技術在分布式光伏發電工程施工管理中的應用進行了探討。然而，隨著科學技術的飛速發展，BIM技術和分布式光伏發電項目正處于快速發展時期，各自的系統還不成熟。這兩種技術在國內工程實踐中的結合相對較少，并且在我國依舊是起步階段。所以對此種情況的研究僅僅是探索性的，而探索的水平只是一個初步的研究，沒有做BIM技術和分布式光伏發電工程的各個方面的詳細研究。