BIM技術(shù)在大型電網(wǎng)項目建設(shè)管理中的應(yīng)用研究

平杰++駱建龍

摘 要：在三維技術(shù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用盛行的今天，電力建設(shè)及項目管理卻仍然停留在傳統(tǒng)二維和孤立的模式上。三維技術(shù)僅僅應(yīng)用在工程設(shè)計階段，未延伸到生命周期內(nèi)的其他階段，既是一種資源的浪費，也是一種落后的表現(xiàn)。缺乏共享和協(xié)同平臺也使得項目數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)孤島，無法為決策提供支持。該文闡述了BIM技術(shù)在大型電網(wǎng)項目特別是特高壓項目建設(shè)管理中的應(yīng)用構(gòu)想，對應(yīng)用過程中的關(guān)鍵控制因素以及技術(shù)難點做了論述并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：BIM 建設(shè)管理 電網(wǎng)

中圖分類號：TU71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0162-05

Research of Converter Station Engineering Construction Management System Based on BIM Technology

Ping Jie Luo Jianlong

（Hu'nan Electric Power Construction Supervision & consultancy Co.Ltd， Changsha Hu'nan， 410007， China）

Abstract：Today，along with the prevalence of the three-dimensional and large data technology applications， power construction and project management is still stuck in the traditional two-dimensional and isolated modes. three-dimensional technology is only used in the engineering design stage， not yet extend to other stages of the life cycle， is a waste of resources， and also a backward performance. Lack of sharing and collaborative platform also makes the project data to form a data island， can not provide support for decision-making.This paper describes the application of BIM technology in large-scale power grid project， Especially the construction of UHV project management concept， the key to the process of application of control factors and technical difficulties are discussed else and put forward solutions.

Key Words：BIM； Construction management； Power grid

近10年來，BIM技術(shù)在美國、日本、香港等國家和地區(qū)的建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果。國內(nèi)也開始重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2011-2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出，將BIM作為設(shè)計和施工企業(yè)信息化發(fā)展的核心技術(shù)，并要求施工企業(yè)將“在施工階段開展BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用”作為首要的戰(zhàn)略目標(biāo)。不少具有前瞻性的企業(yè)已經(jīng)在思考如何應(yīng)用BIM技術(shù)提升項目管理水平和企業(yè)核心競爭力，BIM技術(shù)的應(yīng)用將是未來建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已得到了廣泛應(yīng)用，但在其他行業(yè)卻沒有得到有效推行。并且這些應(yīng)用還止步于解決工程設(shè)計階段的錯、漏、碰、缺等問題以及對設(shè)計方案進行優(yōu)化。工程建設(shè)階段卻少有涉及，一直依賴傳統(tǒng)的信息化方式進行項目管理。傳統(tǒng)方式的建設(shè)管理在諸如特高壓工程的大型項目中已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出繁瑣、抽象、流于形式等弊端。BIM技術(shù)的直觀、智能、標(biāo)準(zhǔn)化等特點能很好地解決這些問題。應(yīng)用BIM技術(shù)的難點在于如何將基于此，筆者的研究著力于運用三維數(shù)字化技術(shù)、仿真技術(shù)、信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)集成技術(shù)，將BIM應(yīng)用于工程建設(shè)全生命周期，這便是《基于BIM技術(shù)的特高壓換流站工程建設(shè)管理系統(tǒng)》（以下簡稱系統(tǒng)）。

2 系統(tǒng)構(gòu)想

系統(tǒng)是基于多年工程建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計、咨詢經(jīng)驗，以工程三維模型為載體，以網(wǎng)絡(luò)進度計劃為時間軸，統(tǒng)一集成了項目管理的各方面需求，使項目管理由傳統(tǒng)抽象的文檔管理提升為三維可視化管理，實現(xiàn)了工程建設(shè)過程的業(yè)主、監(jiān)理、施工、物資、設(shè)計等參建單位的輔助管理和協(xié)同管理，并可將管理過程和檔案資料作為核心數(shù)據(jù)保存和展示，最終實現(xiàn)三維數(shù)字化移交。系統(tǒng)可提升項目管理整體水平和效率，同時降低項目成本，規(guī)避項目風(fēng)險，使建設(shè)管理單位實現(xiàn)工程建設(shè)過程的全面掌控。

3 功能架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)以項目建設(shè)管理單位為主體，針對項目管理的各個參與方開發(fā)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工、物資等5個項目管理維度，建立項目管理、安全管理、質(zhì)量管理、造價管理、技術(shù)管理等5個功能模塊，實現(xiàn)換流站工程全過程、全方位、全覆蓋的項目管理功能。（見圖1）

系統(tǒng)使用JAVA EE開發(fā)，基于B/S結(jié)構(gòu)，以BIM數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)。項目整體框架采用MVC分層體系設(shè)計，系統(tǒng)體系構(gòu)架自上而下分可為：展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、公共組件層、技術(shù)平臺、數(shù)據(jù)支撐5個主要層次。

（1）展現(xiàn)層是系統(tǒng)與用戶交互層，用來展現(xiàn)圖形和用戶數(shù)據(jù)，普通用戶只需通過Web瀏覽器即可訪問系統(tǒng)；（2）核心業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理的核心層，完成系統(tǒng)所有核心業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯；（3）公共組件層是基于數(shù)字化檔案移交系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點，結(jié)合數(shù)據(jù)架構(gòu)定義和應(yīng)用架構(gòu)范圍，系統(tǒng)提取出可封裝的公共組件進行封裝；（4）技術(shù)平臺層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、功能支持層，使用ECLIPSE開發(fā)平臺提供的功能；（5）數(shù)據(jù)支撐層是系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)存儲所在，通過數(shù)字化檔案移交系統(tǒng)維護、從三維設(shè)計平臺等外部系統(tǒng)接入等方式集成所需數(shù)據(jù)，以支撐整個系統(tǒng)的正常運行。

4 技術(shù)實現(xiàn)

4.1 建模及模型處理

利用數(shù)字化三維設(shè)計平臺搭建特高壓換流站內(nèi)所有設(shè)備及建、構(gòu)筑物的三維模型。設(shè)備模型包括主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、電抗器等單體設(shè)備；也包括GIS組合電器、并聯(lián)電容器組、換流閥組等成套設(shè)備；甚至包括螺栓、電力導(dǎo)線等裝置性材料。建構(gòu)筑模型則包括主控制樓、閥廳、GIS室、綜合樓、備品備件庫、綜合水泵房、繼保小室、站用電室、電纜溝、圍墻、道路等。

所建立的模型附帶實體對象的外形屬性和詳細參數(shù)，包括建模比例、模型精度（實體對象的主體及附件的尺寸、比例、傾斜角度、倒角厚度等幾何規(guī)格）、模型組織數(shù)據(jù)（存儲空間、物體表面的顏色、透明度、貼圖紋理特征等）、設(shè)備的參數(shù)（型號、廠家、聯(lián)系人等）等。

單體模型按照精確的三維坐標(biāo)定位在換流站三維空間內(nèi)便形成了換流站的全息仿真三維模型。（見圖2）

在實現(xiàn)三維模型建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，研究多類型三維模型文件的解析、轉(zhuǎn)換，加載、多功能展示，建立三維模型展示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)三維模型展示的基本操作和功能，主要包括平移、多方向旋轉(zhuǎn)、縮放、全圖顯示、標(biāo)注、空間測量、多視角查看、場景漫游、三維模型快速定位等基本功能，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國家電網(wǎng)現(xiàn)有的三維設(shè)計評審平臺、三維數(shù)字化成果移交平臺等系統(tǒng)的實際業(yè)務(wù)需要，制定出符合系統(tǒng)需要的展示技術(shù)，制定人性化的三維展示效果，提高工作效率。

經(jīng)過以上處理，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)接口，應(yīng)用Unit三維插件對三維模型進行再編程后導(dǎo)入系統(tǒng)中。由于系統(tǒng)在B/S模式下運行，而換流站三維模型場景較大，模型數(shù)量達3 000個之多，并且為滿足系統(tǒng)工序控制的功能需求，還需要對模型進行進一步的拆解，整個換流站模型拆解后的面數(shù)達到1 500萬個。這些都受到了IE瀏覽器的限制，一是文件加載限制，大文件加載受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和文件緩存限制；二是文件顯示限制，瀏覽器顯示時對大場景的展示面數(shù)限制。經(jīng)過反復(fù)研究和嘗試，系統(tǒng)通過分區(qū)域、分視角的模型加載方式以及顏色漸變的顯示方式加載到IE瀏覽器中，解決了模型量大、面多、在瀏覽器加載難的問題，使系統(tǒng)在瀏覽器中流暢運行。

4.2 信息化處理

信息化技術(shù)，是系統(tǒng)功能完整性、合理性以及穩(wěn)定性的保證，是實現(xiàn)工作智能化最重要的技術(shù)手段。因此，信息化處理是該系統(tǒng)研究和開發(fā)的重點。信息化處理流程如圖3所示。系統(tǒng)通過以下處理方式保障功能實現(xiàn)。

（1）使用工作流引擎對工程流程進行管理。根據(jù)角色、分工、條件的不同設(shè)定信息傳遞路徑、內(nèi)容等級，通過流程的節(jié)點管理、流向管理、流程樣例管理等，實現(xiàn)無代碼流程表單、隨意定制流程、快速審批、移動辦公等功能。

（2）使用內(nèi)容檢索技術(shù)實現(xiàn)對文檔內(nèi)容進行檢索。系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫檢索方法，采用人工方法將數(shù)據(jù)信息內(nèi)容表達為屬性集合，在數(shù)據(jù)庫框架內(nèi)處理。同時采用特征抽取和模式識別的方法，實現(xiàn)全自動的抽取和識別，從而克服傳統(tǒng)方法的查詢方法和范圍上的局限性。

（3）使用分布式存儲技術(shù)對大數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲。系統(tǒng)采用可擴展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用多臺存儲服務(wù)器分擔(dān)存儲負荷，利用位置服務(wù)器定位存儲信息，提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和存取效率，以及病理與系統(tǒng)擴展。

4.3 三維模型與管理模塊交互

使用三維可視化建模軟件，按照《電網(wǎng)建模系列規(guī)范》，對項目中的設(shè)備創(chuàng)建三維數(shù)據(jù)模型，通過管理平臺項目中三維模型展示，建立BIM模型，最終實現(xiàn)項目管理可視化、數(shù)據(jù)存儲、資料歸檔等業(yè)務(wù)功能要求。

三維模型信息不僅包含描述建構(gòu)筑物、電氣設(shè)備等構(gòu)建的幾何信息，專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含非構(gòu)件對象（空間、運動行為、時間）的狀態(tài)信息，各種信息有著相關(guān)的邏輯關(guān)系，設(shè)計的各個階段乃至項目全生命周期各個階段都圍繞著BIM模型展開。

同時，各階段的設(shè)計、運行和BIM模型實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)交互（三維模型中需公開調(diào)用的接口），比如能夠根據(jù)三維模型自動生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動更新。運用BIM技術(shù)，項目可以很方便地實現(xiàn)可視化?？梢暬屵M度安排與三維模型直接對接，通過在視覺上預(yù)測施工進度和比較竣工進度，項目經(jīng)理可以避免進度疏漏，方便、直觀地掌握項目實際進度與項目計劃之間的吻合度，更好地把握項目進展?fàn)顩r?？梢暬瑫r還便于溝通，可提高企業(yè)競爭力，減少各單位協(xié)調(diào)時間，縮短施工周期。

4.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

為了實現(xiàn)平臺項目的支撐數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理功能，該系統(tǒng)平臺采用多個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫來協(xié)調(diào)工作。其中關(guān)于平臺數(shù)據(jù)庫工作內(nèi)容如下。

支撐系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括日常移交的項目工程數(shù)據(jù)集，如項目信息相關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)備基本信息、設(shè)備位置信息等，以及用于支撐系統(tǒng)平臺的正常運行，存儲系統(tǒng)操作中產(chǎn)生的各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等。

三維展示模型相關(guān)的支撐數(shù)據(jù)庫，包括基于施工工序的質(zhì)量管控要點數(shù)據(jù)庫、施工標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫、專家輔助決策數(shù)據(jù)庫，以及三維展示相關(guān)的必要數(shù)據(jù)等。支撐數(shù)據(jù)庫是依據(jù)行業(yè)大量專家的研究成果和工程經(jīng)驗，經(jīng)過分類整合、統(tǒng)一編碼、項目整合等過程，形成的技術(shù)知識庫，用于指導(dǎo)施工、技能培訓(xùn)、輔助決策。

海量文件存儲數(shù)據(jù)，用于存儲標(biāo)準(zhǔn)工藝文件、檔案文件、評價文檔表格等系統(tǒng)運行需要的各種非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息。成果數(shù)據(jù)庫以國網(wǎng)公司基建管控平臺為參考，建立相同的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，與其實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸上的無縫對接，即實現(xiàn)批量互傳、智能上傳等。

4.5 成果數(shù)據(jù)導(dǎo)出

以單個工程項目為單位，基于施工全過程、各單位技術(shù)人員填寫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、上傳的文檔資料等，生成單個工程項目的過程管理記錄和檔案資料歸檔數(shù)據(jù)，單個項目的數(shù)據(jù)又可分為建設(shè)單位數(shù)據(jù)、監(jiān)理單位數(shù)據(jù)、施工單位數(shù)據(jù)、設(shè)計單位數(shù)據(jù)等二級目錄，更高權(quán)限的管理層還可對多個工程項目的數(shù)據(jù)進行管理。

成果數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)目錄建立，可方便實現(xiàn)與其他管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接或批量上傳，為最終實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化移交奠定了基礎(chǔ)。

5 信息安全策略

國家電網(wǎng)公司為保證網(wǎng)絡(luò)信息安全，其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外界網(wǎng)絡(luò)是物理隔離的，同時對于接入其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全有著很高的要求，因此，保障信息安全是開發(fā)過程中關(guān)注的重點。系統(tǒng)將通過8個方面來保障系統(tǒng)運行期的信息安全。

（1）網(wǎng)絡(luò)安全策略：系統(tǒng)部署運行于電力專網(wǎng)內(nèi)部，通過VPN與internet相連接。

（2）系統(tǒng)安全策略：該系統(tǒng)的web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器都是獨立運行，除了管理員，任何人不經(jīng)授權(quán)不得進入。

（3）應(yīng)用安全策略：隨系統(tǒng)附帶的《應(yīng)用安全維護手冊》和《系統(tǒng)安全維護手冊》為系統(tǒng)安全提供保駕護航。

（4）數(shù)據(jù)安全策略：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用定時備份，能夠有效控制數(shù)據(jù)的丟失和遺漏。

（5）病毒防護策略：服務(wù)器裝有專業(yè)病毒防護軟件，并定期升級病毒庫，保障系統(tǒng)免于病毒侵襲。

（6）緊急應(yīng)對策略：為運行系統(tǒng)，培訓(xùn)了專業(yè)人員對系統(tǒng)進行維護，能夠隨時對系統(tǒng)各種突發(fā)事件進行應(yīng)對。

（7）口令管理策略：系統(tǒng)賬號和口令有專人專管，其他業(yè)務(wù)人員，只能憑認(rèn)證后的賬號和口令登入系統(tǒng)應(yīng)對。

（8）安全審計策略：系統(tǒng)對用戶操作進行了日志記錄，管理員能夠有效跟蹤用戶操作痕跡，這對排除系統(tǒng)故障非常重要。

6 結(jié)語

系統(tǒng)的定位是換流站建設(shè)項目管理系統(tǒng)，服務(wù)的對象是項目建設(shè)的各個參與方，服務(wù)的周期是工程建設(shè)階段，服務(wù)的內(nèi)容是施工項目管理。但系統(tǒng)的長遠方向并不僅限于此，它將向多元化方向發(fā)展。一是實現(xiàn)項目級、企業(yè)級、行業(yè)級的工程建設(shè)管理。在湘潭換流站的應(yīng)用屬于大型項目的建設(shè)過程管理，經(jīng)過優(yōu)化總結(jié)，系統(tǒng)將推廣應(yīng)用到后續(xù)的所有特高壓換流站建設(shè)管理中，進而應(yīng)用到所有常規(guī)變電站甚至是其他行業(yè)當(dāng)中；二是實現(xiàn)工程全生命周期管理，以三維數(shù)字化設(shè)計為起點，做強建設(shè)過程管理，進一步向運行階段、資產(chǎn)管理階段延伸，實現(xiàn)工程全生命周期的管理；最終方向是形成工程管理的大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化和科學(xué)化的管理。

總之，在全社會向低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變的今天，電力建設(shè)行業(yè)也在發(fā)生天翻地覆的變化，工程建設(shè)過程的把控難度越來越大，項目管理要求也越來越高。集成了三維數(shù)字化技術(shù)和信息技術(shù)的BIM系統(tǒng)的應(yīng)運而生，解決了當(dāng)前大形勢下需要迫切解決的諸多難題，它將成為電力行業(yè)快速穩(wěn)步發(fā)展的新的驅(qū)動力，將引領(lǐng)電力建設(shè)行業(yè)邁向新的輝煌。

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