基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統設計

吳 勇 李 攀 李自然 湯薇雯

（1.江蘇省送變電有限公司 2.北京洛斯達科技發展有限公司）

0 引言

為實現特高壓換流站工程建設動態監測與可視化管理，利用地理信息、三維可視化、互聯網等信息技術構建特高壓換流站智慧管控大場景基礎平臺，直觀展示特高壓換流站數字化施工場地、三維模型，提出將BIM 技術應用于特高壓換流站施工中，建立基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統。該系統通過分析特高壓換流站工程模型數據，形成一套特定的三維瓦片構建方案，優化Cesium 現有的數據調度算法，實現特高壓換流站模型數據的快速可視化，并提高其渲染能力以達到很好的可視化效果[1]。通過三維瓦片的構建解決多源異構三維空間數據在Web GIS平臺中的存儲、傳輸、可視化以及分析等難題，形成可用于展示、查詢、管理、分析的三維Web GIS 可視化平臺。基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統，借助于物聯網技術、人工智能和大數據分析技術，形成對基建過程的智慧化安全質量管理方案，降低了工程管理過程中的人力、物力投入，降低管理成本，更高效地實現安全質量的精準化管理。

1 系統設計思路

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統主要是從安全風險識別和質量管理兩方面來進行設計。

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統中的安全風險識別，主要是通過梳理電網基建工程安全風險識別的主要內容，整理工程施工過程安全風險的類別、性質和其對應的施工內容[2]。基于換流站BIM 大場景，構建開放性的數據融合接口，支持對施工現場安全管控數據的實時對接和展示。利用物聯網技術、智能監控分析技術、移動定位技術等，結合工程安全管控的基本要求，構建施工現場安全管控數據的自動化感知，實現數據的自動獲取和傳輸，將數據與BIM 大場景進行對接，形成對施工場景安全數據的三維可視化再現，實現對現場安全的及時監督管控，從而構建成一套基于BIM 四維管理的施工安全智慧管理技術方案。

基于換流站BIM 大場景，構建開放性的數據融合接口，支持對施工現場質量管控數據的實時對接和展示[3]。利用物聯網技術、激光掃描技術、定位技術、三維建模等，結合工程質量管控的標準要求，構建施工質量管控數據的電子化管理，將數據與換流站BIM 大場景進行融合，形成對施工場景質量數據的三維可視化再現，并與標準化的質量參數進行對比，實現對現場質量的無紙化監督分析，從而構建成一套基于BIM 四維管理的施工無紙化質量管理技術方案。

綜上所述，基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統，在安全管理方面，研究利用智能識別、電子圍欄、視頻監控、智能穿戴等感知設備，加強對執行環節的有效監控，確保安全管理措施實際落地；在質量管理方面，通過智能傳感、雷達掃描、AR 檢查等技術實現施工過程的質量隱患實時監測，開展設計、施工情況的智能比對，及時發現施工質量和設計偏差等問題。

2 系統設計

2.1 系統開發工具

該系統主要為了實現在換流站BIM 大場景中開展工程施工現場全過程的安全、質量的智慧管控，將BIM 與物聯網、業務管理過程進行結合，通過物聯感知設備自動獲取現場實施數據，通過BIM 場景進行安全、質量數據的綜合展示和預警分析，開展工程現場施工區域電子圍欄、人票、人域、環境、動態風險、質量監測等方面的四維動態管理[4]。通過BIM四維場景與業務管理的深化對接，構建換流站工程人員安全智能管控、作業違章智能管控、場地環境變量智能監測預警、施工器械安全智能監測、施工質量隱患智能監測的技術方案。該系統開發環境搭建所需要的開發工具情況如下表所示。

表 開發工具表

2.2 系統平臺框架結構設計

基于BIM 的數字化管理創新深化研究，形成了基于數字模型和多施工維度管理的新模式，建立了電網工程建設智慧工地全過程管理體系，深化了以三維數字化為抓手、精益化管理為手段的集約化管理模式。將數據驅動思想深入人心，提升了管理人員、施工方、監理方等基建項目干系人員的數字化認知水平，簡化了原有施工管理流程，強化了過程管理的規范性和一致性，將特高壓換流站工程數字化建設深入人心[5]。通過研究現場工程質量數據的自動化感知和無紙化管理技術，基于BIM 數據進行質量數據的可視化管理和動態驗證對比分析方案研究，構建BIM支撐下的換流站安全、質量智慧化管理技術框架。通過以上理念，建立基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統平臺框架結構，如圖1 所示。

圖1 基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統平臺架構圖

2.3 系統的可視化設計

基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統設計，需要考慮基于IoT+BIM+GIS 的施工全過程監控與預警技術[7]。施工過程的安全、質量方面的物聯感知數據、業務管理數據與BIM+GIS 施工大場景的關聯，在IoT+BIM+GIS 技術支持下依據標準化接口接入現場安全、質量業務數據，與標準化參數、施工閾值匹配，監測現場異常情況并及時預警，實現工程模型與業務數據的四維場景下動態關聯可視化管控。為實現項目輔助決策管理，依據資源數據構建BIM 模型后，需實現模型的可視化動態渲染，為實際特高壓換流站施工建設提供逼真的三維場景。本文采用基于WebGL（Web 圖形庫，Web Graphics Library）的云GIS 平臺完成，可視化動態渲染結構如圖2 所示。

圖2 特高壓換流站工程的可視化動態渲染結構

通過將BIM 在智慧工地管理過程中的可視化應用，節省施工建模工作，實現安全質量問題的持續自動化采集，降低安全質量隱患，提升電網工程的安全和質量，圍繞工程建設現場管控開展數字化建設過程管理的應用工作，在經濟層面和管理層面均會帶來巨大的經濟效益。

該基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統以BIM 大場景為依托結合物聯感知技術、智能分析技術構建換流站工程安全、質量的智能管理體系架構，利用先進的信息化技術手段，通過綜合使用物聯網、移動應用、大數據、云計算等新技術，圍繞電網工程現場安全、質量管理，建立智能感知、互聯協同、科學管理的電網工程現場管理生態圈。研究安全、質量等現場管理智能應用，實現電網工地可視、精細、智能管理，有效提升工程現場管理水平。

3 系統應用評價

BIM 技術在安全施工智慧管控系統中應用以來，基本上形成以工程建設標準化管理為基礎，以工程建設進度管理為主的結構體系。通過該系統能夠有效管控工程建設的各個環節，在一定程度上實現對各個環節的專業化管理，為特高壓直流換流站工程建設工作的開展奠定了良好的基礎。在對基于BIM 的特高壓直流換流站安全施工智慧管控系統的應用評價中，主要涉及硬件能力、軟件能力、領導力、政策、網絡能力及后備支持等，同時也會涉及其他一些方面的內容。

3.1 硬件能力

目前，在進行換流站工程建設過程中，并未對BIM 技術給予廣泛的應用。因此，通過對其硬件能力進行分析可以評1 分；通過對其潛在能力進行分析可以發現，換流站工程建設的執行力度比較大，具有非常好的發展潛力，評5 分。

3.2 軟件能力

在特高壓直流換流站工程施工過程中，安全施工智慧管控系統發揮了重要作用，評1 分；在換流站工程施工的各個環節中，均出現數據信息，但是其并不能很好地滿足系統使用的需求，致使信息的可利用性不高，評2 分。和以往相比較可以發現，近些年來換流站工程建設在我國呈現出明顯增多的趨勢，具有非常大的發展潛力，評5 分。

3.3 領導力

目前，我國電力行業所開展的換流站工程建設具備了一套系統、完善的制度體系，執行力比較大，尤其是監理、業主及施工項目等內容具有非常大的影響力。但是在設計單位及運營部門等方面還有一些地方需要給予改進和完善，評4 分。

3.4 政策

目前，我國在政策上對BIM 模型的發展給予了大力的支持，例如，某地政府制定了相關文件，明確提出要對BIM 模型進行全面推廣運用，這可以更好地反映出政府在政策方面的導向性，但是一些相關的技術標準和行業并未得到有效制定，評4 分。

3.5 網絡能力

在對網絡能力進行評估過程中，需要從信息安全及信息獲取兩個方面對其進行評估，但是目前上述兩個方面還處于起步階段，評1 分。

3.6 后備支持

目前，在學術研究方面BIM 技術已經取得一定的成果，并且在實踐中得到廣泛的應用，培養一批非常優秀的技術人員，但是還無法更好地滿足BIM 技術在特高壓換流站安全施工智慧管控系統中的發展需求，評4 分。

通過上述評價分析后可以發現，目前BIM 技術在特高壓換流站工程建設過程中雖然得到了應用，但是還不夠成熟。特別BIM 技術在特高壓換流站安全施工智慧管控系統中的應用，還需要相關部門在該方面給予重視，并給予相關政策扶持。

4 結束語

通過研究基于BIM 的特高壓換流站安全施工智慧管控系統，以三維數字化模型為載體，圍繞進度、質量、安全等維度，對施工現場進行管控，實現“三通一標”（通用設計、通用設備、通用造價、標準工藝）的數字化應用，形成基于數字模型和多施工維度管理的新模式，建立了電網工程建設智慧工地全過程管理體系。該系統構建的安全質量智慧管理框架能夠很好地應用于施工現場的安全、質量管理領域中，是未來電網工程智慧化管理平臺的重要指導依據，是三維數字化成果應用于施工階段的重要解讀，后續可以指導施工管理類信息化項目、科技項目工作的開展。