輸變電工程建設BIM 技術應用推廣分析研究

郭祥奎

（福建省電力建設工程咨詢有限公司， 福建 漳州 53000）

0 引言

輸變電工程于國家與社會、人民而言具有重要意義。隨著社會經濟的不斷發展，我國能源正處于轉型階段，輸變電工程作為電網不可或缺的組成部分， 有助于能源成功轉型。我國為了滿足電力需求，每年在輸變電工程建設中會投入巨大數額。輸變電工程對于其他工程來說，所需的建設成本與建設要求都更高， 若是出現問題便會導致巨大的損失出現。 輸變電工程建設相關人員面臨的共同挑戰是如何提高工程建設質量、降低其成本。 BIM 技術的出現解決了工程建設過程中的大量問題， 并且已經在建筑領域廣泛推廣運用， 但是從輸變電過程建設實際狀況來看，該技術的推廣應用還需提高。 BIM 技術為建筑工程項目的整個周期提供數據共享平臺以及可視化管理工具， 管理層能夠借助BIM 技術直觀掌握施工現場具體情況并全程參與。運用BIM 技術之后，傳統建筑無論是生產方式還是管理模式都得到了優化升級， 很大程度上保障了工程建設的效率與質量， 減少了建設成本的浪費。 因此，BIM 技術在輸變電工程建設中很有應用推廣價值。

1 輸變電工程建設概述

輸變電被分成兩個部分，分別是輸電與變電，能夠將電力能源從電廠輸送到人們生產生活中的基礎設施。 電力行業當中的輸變電普遍是指35kV～1000kV 的輸電、變電設施。由于電廠生產的電壓過低，不足以支撐遠距離輸送，若是電流過大在低電壓線路中會遇到電阻，然后產生出大量的熱能，造成能量浪費的同時損害導線。電能通過輸電線路達到用戶所在地之后，由于電壓比較高，所以沒有辦法向用戶進行直接供電，就需要用到降壓站。輸變電過程當中，參與電力輸送的基礎設施有升壓站、輸電線路以及降壓站。 降壓站與升壓站被統稱為變電站。

輸電線路主要用于變壓器電能傳輸的線路。 輸電線路分為電纜線路與架空線路。 電纜線路大多鋪設在地下，適用于無法建設架空線路的地方； 架空線路主要在地面上方，主要由導線、桿塔、絕緣子、拉線以及接地裝置等組成。

根據輸送電流的性質， 輸電線路又被分成直流輸電與交流輸電。變電站作為電力系統的構成元素，主要起到變換電壓等級與匯集配送電能的作用。 變電站分為多個等級，比如35kV、220kV 以及1000kV 等。 變電站的基礎設施包含了母線、建筑物、變壓器、開關以及其他配套設施等，不同設施之間通過協作配合來發揮出變電功能[1]。

2 BIM 技術優勢

2.1 參數化

BIM 技術構建模型的基礎就是參數化， 這也是主要區別三維模型與二維圖紙設計的重要因素。 參數化過程就是將建設項目當中的實際數據信息參數值輸入到相對應的軟件里，以此來建立三維模型。建立的三維模型不是簡單的數字來構成， 主要是通過分析數據信息參數變量來創建。若是要更新與修改模型，只要改變模型之中的參數就能夠進行更改。 由此可知，BIM 參數化特性能夠使得專業人員在同樣的平臺上來協同工作， 并升級完善設計方案，增強工作效率與質量。

2.2 形象化

以往的二維圖紙只能顯示出建設項目的平面信息，在項目施工環節中用到的構件都是三維的。 設計圖紙中部件形狀需要有讀圖能力以及有專業經驗的相關人員來理解其中的三維模型。 二維圖形不能直觀顯示出三維形狀，就容易出現協調與溝通方面的問題。BIM 具有可視化的特點，圖紙中的二維平面能夠構成三維模型，將建筑直觀呈現出現，相關人員能夠直接了解建筑的材料、外觀以及結構，從不同的角度來觀察建筑，工作人員根據從中得到的數據進行反饋、決策，有利于提高工作效率。

2.3 模擬性

BIM 技術具有的模擬性特點能夠真實還原出項目施工過程，每個階段的真實狀況都能模擬出來。例如設計階段，建筑物的能耗模擬、照明模擬以及力學模擬均可以進行模擬，一些隱蔽的施工與管道設計也可以模擬出來，有利于后續的維護與調節。

2.4 協調性

項目的建設過程各個單位會共同參與，若是參與的單位工作人員之間沒有及時溝通，容易導致項目出現各種問題。比如，項目設計師沒有及時溝通的話，各個專業設計師設計的模型可能會出現隱蔽項目與設施模型沖突等各種問題。 BIM技術能夠交換與共享項目數據信息， 能夠有效避免產生沖突，使用BIM 技術可以實現各個參與單位之間的溝通協調。

2.5 可出圖性

以目前實際項目建設情況來看， 二維圖紙依然占據著主導位置。 BIM 技術建立的模型能夠生成各種二維圖紙。 此外，還能夠對模擬圖紙進行一系列優化，同時參與的工作人員可以直接交流，節約了大量的圖紙修改時間，提高工作效率。

3 BIM 技術在輸變電工程建設中的應用分析

3.1 輸變電工程建設前期

在BIM 技術的基礎之上， 輸變電工程三維數字化管理的實質是加強工程整個生命周期的數據交互， 經過統計技術量化來管理對象以及管理行為，以此來實現組織、研發、生產、服務、協調等等一體化運行。在BIM 技術背景下， 三維數字化管理能夠有利于傳統輸變電項目更新技術，促使企業提高其市場生存能力與發展進步。

借助Revit、Daoheng 等等三維軟件，能夠使得工程項目實現三維協調設計，主要包含了三維建模、特殊負載條件檢查、碰撞測試以及應急響應預覽。其中的三維建模指的是通過三維平臺來構建出多屬性、數字化BIM 模型，為各個設計師提供設計參照。 碰撞測試是能夠檢驗出BIM模型是否合理的關鍵技術，包含了多條特殊管道、溝槽與風管硬碰硬，間隙要求、防雷范圍等軟碰撞。面對大雪、強風等特殊荷載，運用BIM 模型，通過有限元軟件對模型分析，給工程設計提供相對應的數值模擬結構。BIM 模型能夠提高應急疏散模擬、熱能傳遞模擬、節能模擬的設計水平，為后期的施工與運行奠定基礎[2]。

電網輸變電工程初步設計是為后續施工與管理打下基礎。 BIM 技術能夠將設計專業進行專業分析、仿真演示、數字建模以及過程測試，有效加深設計理念，完善設計方案。BIM 技術為項目參與人員構建信息化、智能化、數字化、可視化三維共享平臺，優化三維模型。借助三維可視化模型，結合電網變電站工程建設周邊環境， 深入審查涉及建設方案，保障項目建設能夠按照設計方案順利運行。 此外，電網變電站工程項目通過多角度、全方位與多層次的掃描、分析，能夠有效提升工程資料的整理與控制、設計專業的銜接等工作質量，為項目的實施和管理奠定良好基礎保障。

3.2 輸變電工程建設階段

項目施工階段的重點是需要保障現場工人的安全與效率。 應用BIM 技術能夠有利于管理層掌握變電站現場施工具體狀況，確保現場人員的安全，有效降低管理成本。我國特高壓技術不斷研發出新的相關技術，BIM 技術有必要運用到施工環節當中，通過多計劃、多次性預施工，保證施工的安全性與合理性。對施工方案進行多個場景的模擬，節省資源的同時避免延誤工期以及二次返工的問題， 還能夠針對一些特殊情況做好預先安排，以此保障工程順利進行。

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（1）BIM 技術在工程項目安全管理的運用。 大型輸變電工程管理工作繁雜、周期長、專業性強，也就導致增加了工程安全管理的難度。 通過BIM 技術建模，能夠在模型空間中直接開展安全管理。針對輸變電工程中涉及到的設備宏觀安裝、電纜溝澆筑、深基坑開挖等問題，BIM 技術可以將施工前期隱藏的問題挖掘出來。模擬出整個施工過程，有效梳理不同工序、不同環節、不同作業點中的管理風險，并且制定出對應的管控對策，避免現場安全管理出現盲目性、滯后性。

（2）BIM 技術在工程項目質量管理的運用。輸變電工程現場的質量管理是按照相關規定與標準來實施的，這樣的管理方式具有普遍適用性，但是在實際管理當中仍然存在一些問題，比如實施不到位、針對性不足、控制措施缺失等。 應用BIM 技術到工程建設環節，能夠實現人、機、料各個方面的詳細質量預控，提前模擬演練關鍵工序、標準工序等。 參加建設的工作人員可以重點示范可視化、數字化的施工質量管理，對各個專業的實施細則進行質量控制的充分披露。 另外，BIM 技術能夠在施工過程中模擬演示組裝、管道綜合三維碰撞檢查等質量控制點，同步、高效地實施質量控制措施，防止項目施工之前出現質量問題[3]。

（3）BIM 技術在工程項目進度管理的運用。 輸變電工程的進度管理是能夠保障按照計劃完成任務，進入設備調試與投產的基礎，起到有效加強電網網絡結構的作用。進度管理主要包含了材料、設計、施工，不同的專業、階段被劃分為詳細的分部。在項目前期，借助BIM 技術深化初步設計與方案等。以此為基礎，采用3D 軟件技術來生成工程項目的土木工程、通信等所需的材料信息以及設備信息，比如設備規格、型號等等。模型與初步設計方案能夠有效防止材料招標階段誤報設備與材料， 同時也能避免提前特殊處理非通用設備和材料。 在項目中所用到的材料確定清單之后，可以采用BIM 技術中的三維模型模擬演示過程，以便進一步制定出更加全面的電網變電站項目材料供需計劃。

3.3 運行維護階段

輸變電整個項目中生命周期最長、 所花成本最大的階段就是運行與維護。 運用BIM 技術數字模型可以在設計、采購與施工等等階段積累大量的相關信息，是其項目運營、維護、管理的數據庫。 相較于傳統的項目，采用BIM技術的數據模型有著更加明顯的優勢， 不但有效降低運營維護成本，優化運營維護管理，同時還能夠創造更多的經濟效益，其主要包含了項目維護可追溯性、在線監測安全性等。另一方面，相關工作人員能夠將BIM 模型當中的設計參數、運行年份、維護記錄等等數據整合到現有運營維護管理的系統內，持續跟蹤維護電氣設備，保障安全的前提下，發揮出輸變電工程的真正效能[4]。

4 應用推廣發展對策

4.1 開發符合我國輸變電行業特色的BIM 軟件和系統

政府需要積極促進BIM 技術軟件和系統的創新研發工作，立足于我國輸變電工程的特點，優化升級現有軟件，構建配套電力工程系統，促使其符合輸變電工程建設的標準與規范， 推動BIM 技術在輸變電工程當中的有效運用。此外，政府還需要加強BIM 技術相關本土軟件的知識產權保護力度， 為BIM 技術研發以及運用構建良好的環境，充分保障開發者的權益，推動BIM 技術的進一步更新發展。

4.2 建設BIM 專業人才隊伍，提高BIM 專業人才質量

將BIM 技術應用到輸變電工程建設中需要具有相關輸變電工程建設經驗的專業、高素質人才，熟知BIM 概念的同時還要掌握BIM 設計應用軟件。 剛畢業的大學生不太了解輸變電工程與BIM 技術，但是這類人群學習動力、學習能力較強。 部分老員工雖然有豐富的相關經驗，但是轉變觀念應用新興技術方面存在一定困難。 為加強輸變電工程建設對BIM 技術的應用，發揮年輕人學習動力強的特點，同時利用好老員工的工程建設經驗。 與相關專業學校增強合作力度，在課堂上引入BIM 技術專業學習， 通過學校的渠道培養出綜合型人才[5]。以實際工程案例為載體，鼓勵學生理論結合實踐，提高學生的創新性思維，促進BIM 技術的優化升級。

5 結束語

綜上所述， 以上通過輸變電工程建設概述， 分析出BIM 技術優勢在輸變電工程建設中的優勢， 分析出BIM技術在輸變電工程建設中的應用， 并提出BIM 技術在輸變電應用推廣發展對策， 為BIM 技術在電網建設中的推廣應用提供一些科學方法與思路， 從以上可知應當加強對BIM 技術在輸變電工程建設中的推廣應用。