BIM技術(shù)在礦區(qū)電網(wǎng)增容擴(kuò)建中的應(yīng)用

采用BIM技術(shù)對(duì)礦區(qū)110kV大胡變電站增容擴(kuò)建項(xiàng)目進(jìn)行信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化管理。利用BIM的3D建模功能模擬分析不同設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)和存在的問題，最終選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)狹小空間、復(fù)雜環(huán)境下變電站的增容擴(kuò)建改造。通過BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化資源配置計(jì)算出精確的工程量，最大化降低工程建設(shè)投資，達(dá)到項(xiàng)目實(shí)施前的精準(zhǔn)預(yù)控，提高施工效率、降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

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Application of BIM Technology in Capacity Expansion of Coal Mine Power Grid

SUN Jian

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?BIM technology is used for information， automation and digital management of 110kV Dahu substation capacity expansion project in the mining area. The 3D modeling function of BIM is used to simulate and analyze the characteristics and existing problems of different design schemes， and finally select the optimal design scheme to realize the capacity expansion and transformation of substation in narrow space and complex environment.?Optimize resource allocation through BIM information database， calculate accurate quantities， minimize project construction investment， achieve accurate pre control before project implementation， improve construction efficiency and reduce construction safety risks.

BIM Technology; Substation capacity expansion; Narrow space; Accurate pre control

鶴壁礦區(qū)電網(wǎng)以煤炭生產(chǎn)為主，覆蓋整個(gè)鶴煤公司所屬內(nèi)部礦井，鶴壁礦區(qū)電網(wǎng)按照負(fù)荷中心分為南部電網(wǎng)和北部電網(wǎng)。南部電網(wǎng)以110kV大胡變電站為負(fù)荷中心，北部電網(wǎng)以110kV龍宮變電站為負(fù)荷中心。近幾年，隨著鶴煤礦井工作面不斷延伸、大型自動(dòng)化綜采設(shè)備、大負(fù)荷排水設(shè)備的陸續(xù)投入，鶴壁礦區(qū)用電負(fù)荷顯著增加，110kV大胡變電站已無法滿足礦井及周邊地面單位的用電需求。同時(shí)，隨著鶴壁市經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，新增一批優(yōu)質(zhì)用電大用戶，由于大胡變電站變壓器容量不足，導(dǎo)致這些新增業(yè)務(wù)無法開展，嚴(yán)重制約了公司經(jīng)濟(jì)新增點(diǎn)的開拓工作。

110kV大胡站的兩臺(tái)主變型號(hào)為SFS8-31500/110，現(xiàn)已持續(xù)運(yùn)行23年，且內(nèi)部線圈老化嚴(yán)重，發(fā)熱量大，維護(hù)成本高。主變正常檢修時(shí)，單臺(tái)主變供電無法獨(dú)立滿足供電負(fù)荷的需求，造成停電范圍擴(kuò)大。只有通過對(duì)鶴壁礦區(qū)供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、增容改造，才能滿足新增負(fù)荷所需，提高鶴壁礦區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。

鶴煤公司110kV大胡變電站增容擴(kuò)建工程主要包括以下部分。新建部分：2×3.15主變更換為2×6.3萬千伏安主變，主變基礎(chǔ)及油池2座，110千伏進(jìn)線構(gòu)架4組，支柱絕緣子支架及基礎(chǔ)6個(gè)，主變中性點(diǎn)支架及基礎(chǔ)2個(gè)，35千伏進(jìn)線構(gòu)架2組，35千伏支柱絕緣子支架及基礎(chǔ)2個(gè)，6.3千伏母線橋支架8個(gè)，主變防火墻1座，事故油池1座;安裝主變壓器2個(gè)，主變中低壓出線拆、改及新增主變本體二次電纜敷設(shè)，35千伏室外母線由JL/G1A-240更換為JL/G1A-630等。拆除部分：110千伏主變進(jìn)線構(gòu)架3組，35千伏母線橋構(gòu)架2組，6.3千伏母線橋支架7個(gè)及原主變本體二次電纜等。

工程完工后，對(duì)施工中損毀的巡視道、硬化地坪等進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)原1#、2#主變油池區(qū)域進(jìn)行混凝土地面硬化，并將余土和建筑垃圾運(yùn)出站外進(jìn)行處理，保持變電站站內(nèi)整潔。

110kV大胡變電站主變進(jìn)行增容擴(kuò)建時(shí)，室外運(yùn)行的電氣設(shè)備眾多，可利用的空間狹小、環(huán)境復(fù)雜，還要保證礦區(qū)煤礦正常用電，在現(xiàn)有空間里進(jìn)行主變?cè)鋈輸U(kuò)建，難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及地質(zhì)勘測(cè)目前可利用的空間只有27m×17m大小（如圖1所示）。6.3萬千伏安主變的外形尺寸達(dá)到了長(zhǎng)8.1m×寬5.1m×高5.5m，主變基礎(chǔ)及油池尺寸為長(zhǎng)10m×寬8m。在此空間內(nèi)還要新建4組110千伏進(jìn)線構(gòu)架、2組35千伏進(jìn)線構(gòu)架等其他構(gòu)筑物，可利用的空間狹小。原有設(shè)備、電氣構(gòu)架眾多，施工期間周圍設(shè)備需長(zhǎng)期帶電運(yùn)行，土建施工還需要大型的施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)作業(yè)，變壓器就位、附件安裝還需要起重機(jī)械進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。如何做到既不影響煤礦正常安全用電，又能安全施工，同時(shí)施工作業(yè)可操作性強(qiáng);兩臺(tái)主變采取同時(shí)施工，還是采取梯次施工的方式，這是本次礦區(qū)電網(wǎng)增容擴(kuò)建的難點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)。

圖1 主變區(qū)現(xiàn)狀3D模型圖

如用傳統(tǒng)二維CAD模式圖紙為載體，進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，則圖紙表示復(fù)雜，施工過程及施工步驟無法直觀表述。在參建各方交流時(shí)很容易造成各方人員之間的理解出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致出現(xiàn)“錯(cuò)誤、遺漏、安全距離不夠”的情況，進(jìn)一步增加了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。而BIM技術(shù)是以建設(shè)工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行3D模型建立，利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維繪圖向三維繪圖的轉(zhuǎn)變，使設(shè)計(jì)、施工的內(nèi)容更加全面、直觀地展現(xiàn)出來。

4.1 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

本工程設(shè)計(jì)需多專業(yè)協(xié)作，對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間易產(chǎn)生矛盾沖突，增加設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)二維CAD圖紙表示不直觀、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性差、易出錯(cuò)，設(shè)計(jì)方案不易表述全面、準(zhǔn)確。而BIM技術(shù)可有效避免以上問題。BIM的3D模型可以對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的各系統(tǒng)進(jìn)行空間協(xié)調(diào)，消除碰撞沖突，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤與漏洞，縮短設(shè)計(jì)周期。將設(shè)計(jì)人員提供的設(shè)計(jì)方案在3D平臺(tái)上繪制3D模型進(jìn)行模擬與分析，保證了業(yè)主決策的正確性與工程施工的可操作性。該3D模型生成，為項(xiàng)目參與各方的溝通協(xié)調(diào)提供了一個(gè)精準(zhǔn)直觀的平臺(tái)。

針對(duì)本工程2臺(tái)主變?cè)鋈輸U(kuò)建的2個(gè)設(shè)計(jì)方案，分別通過BIM的3D模型進(jìn)行模擬分析。方案一：大胡變電站2臺(tái)主變采取同時(shí)施工，2臺(tái)主變基礎(chǔ)、事故油池、母線構(gòu)架同時(shí)施工，2臺(tái)主變就位、附件安裝同時(shí)進(jìn)行。此方案雖然能縮短整體施工工期，但為了施工人員和施工機(jī)械與周圍帶電設(shè)施保持安全距離，需要原主變及相關(guān)設(shè)備分別進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，使大胡變電站長(zhǎng)期單主變運(yùn)行，安全風(fēng)險(xiǎn)高，影響礦井安全供電，同時(shí)因原主變?nèi)萘坑邢蓿瑔闻_(tái)變壓器無法承受全站負(fù)荷，致使礦井一些大功率的綜采設(shè)備無法全面作業(yè)，影響礦井生產(chǎn)。2臺(tái)主變同時(shí)施工需要的施工班組多，施工機(jī)械多，現(xiàn)場(chǎng)材料堆放多，施工質(zhì)量、施工安全不易把控，施工現(xiàn)場(chǎng)管理難度大。在此方案不可行。

方案二：大胡變電站2臺(tái)主變采取梯次施工，先進(jìn)行新2#主變基礎(chǔ)、事故油池、主變就位、附件安裝、母線構(gòu)架的施工，待新2#主變接入系統(tǒng)帶上負(fù)荷正常運(yùn)行，原2#主變退出運(yùn)行后，再進(jìn)行新1#主變的相關(guān)施工。此方案雖然整體施工工期較長(zhǎng)，但有一定施工空間，不需要原主變及相關(guān)設(shè)備分別進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，安全風(fēng)險(xiǎn)低，大胡變電站能夠?qū)崿F(xiàn)雙主變分列運(yùn)行，不影響礦井生產(chǎn)。所需的施工班組、施工機(jī)械少，現(xiàn)場(chǎng)不需要堆放過多的材料，施工質(zhì)量、施工安全易把控，施工現(xiàn)場(chǎng)管理難度低。此方案可行，經(jīng)過模擬分析后最終確定采取梯次設(shè)計(jì)方案。

4.2 BIM技術(shù)在施工階段中的應(yīng)用

利用BIM的動(dòng)畫展示功能，模擬整個(gè)施工過程與施工現(xiàn)場(chǎng)（如圖2、圖3所示）。將施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)工序存在的問題直觀地展示出來，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行施工方案優(yōu)化。對(duì)各施工班組間的平行穿插作業(yè)進(jìn)行模擬，提前預(yù)判各施工班組間是否發(fā)生作業(yè)沖突。如有作業(yè)沖突協(xié)調(diào)各施工班組穿插作業(yè)，保障同時(shí)施工順利進(jìn)行。根據(jù)施工過程模擬分析預(yù)判質(zhì)量控制點(diǎn)、危險(xiǎn)源控制點(diǎn)。例如，通過模型模擬發(fā)現(xiàn)本工程在施工階段存在基槽開挖時(shí)基坑坍塌，模板支護(hù)時(shí)模板變形、移位，主變安裝就位、構(gòu)架組立時(shí)誤碰相鄰運(yùn)行設(shè)備、架設(shè)母線時(shí)高空墜落等質(zhì)量控制點(diǎn)和危險(xiǎn)源控制點(diǎn)。針對(duì)以上模擬分析出的危險(xiǎn)源，制定相應(yīng)的控制措施，再將制定的控制措施應(yīng)用到3D模型中進(jìn)行分析，驗(yàn)證所制定的預(yù)控措施是否有效，提高了預(yù)控措施的可行性。在實(shí)際施工中遇到以上工序時(shí)，就提前按照通過模擬驗(yàn)證的預(yù)控措施進(jìn)行防控，保證大胡變電站增容擴(kuò)建工程的施工質(zhì)量、施工安全、施工進(jìn)度。

4.3 BIM技術(shù)在工程成本控制中的應(yīng)用

將工程成本控制與BIM技術(shù)結(jié)合，使得工程成本控制實(shí)現(xiàn)信息化、智能化。在傳統(tǒng)的工作模式中，造價(jià)人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙自己整理匯總各種工程量信息，再編制項(xiàng)目工程量清單。由于工程造價(jià)人員缺乏現(xiàn)場(chǎng)施工工藝及資源消耗的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以無法精準(zhǔn)把控工程量清單，再加上工程交叉施工多，環(huán)境復(fù)雜安全施工措施多、涉及施工專業(yè)多，漏項(xiàng)和錯(cuò)算的情況經(jīng)常發(fā)生。如果出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，造價(jià)人員也無法及時(shí)調(diào)整工程造價(jià)。利用BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)功能，將工程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，則該數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)呈現(xiàn)出各分項(xiàng)工程的工程量和對(duì)應(yīng)的資源消耗，使得造價(jià)人員可以快速提取工程量信息，準(zhǔn)確編制項(xiàng)目工程量清單，避免漏項(xiàng)和錯(cuò)算等情況的發(fā)生，大大提高了工程預(yù)算的準(zhǔn)確度。如果出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以依據(jù)模型中參數(shù)的變化自行更改數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，便于造價(jià)人員及時(shí)查閱工程量的變化信息，對(duì)工程造價(jià)做出調(diào)整。此外，通過BIM技術(shù)對(duì)工程建設(shè)全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)各個(gè)施工工序進(jìn)行監(jiān)測(cè)與模擬，科學(xué)地分配施工機(jī)具、施工材料及施工人員等，進(jìn)而對(duì)資源進(jìn)行合理化配置，同時(shí)結(jié)合工程施工的實(shí)際情況，將各種資源的實(shí)際消耗情況與預(yù)期模擬指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，分析工程項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)施工中，工程造價(jià)管控中存在的問題，從而有針對(duì)性地進(jìn)行資源調(diào)整，提升資源使用的均衡性，降低工程建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量與施工進(jìn)度、工程成本控制的協(xié)調(diào)發(fā)展。

本工程充分利用BIM技術(shù)，提高了建設(shè)單位決策的正確性、工程設(shè)計(jì)的全面性和準(zhǔn)確性、工程施工的可操作性和安全性，工程資金預(yù)控的精準(zhǔn)性。借助BIM的3D建模功能對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，降低了資金投入。業(yè)主利用BIM技術(shù)有效地提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，實(shí)現(xiàn)工程施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全的有效控制，達(dá)到了預(yù)期目的。

綜上所述，110kV大胡變電站主變?cè)鋈輸U(kuò)建工程，通過建立BIM模型并輔助施工管理，運(yùn)用于項(xiàng)目的全生命周期管控。利用BIM的3D建模功能，優(yōu)化空間布局，明確施工風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)，通過三維控制來進(jìn)行施工可行性分析、實(shí)現(xiàn)對(duì)各專業(yè)施工方案的精準(zhǔn)梳理，提高管理效率和施工質(zhì)量，使110kV大胡變電站主變?cè)鋈輸U(kuò)建工程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化管理。

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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-8476中圖分類號(hào)：F426.61作者簡(jiǎn)介：孫健（1986—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娏こ獭?/p>