基于BIM技術(shù)的輸變電工程管控模型研究與信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

王曉波，錢展佳，李 峰，游龍勇

(1.國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京 100085；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200120)

建筑信息模型(Building Information Modeling, 簡(jiǎn)稱BIM)，是指創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維全過(guò)程進(jìn)行管理和優(yōu)化的過(guò)程、方法和技術(shù)。BIM技術(shù)在建筑工程行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸步入注重應(yīng)用價(jià)值的深度應(yīng)用階段，并呈現(xiàn)出BIM技術(shù)與項(xiàng)目管理、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)集成應(yīng)用的“BIM+”特點(diǎn)，正在向多階段、集成化、多角度、協(xié)同化、普及化應(yīng)用擴(kuò)展[1]。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的推廣，其在輸變電工程中的應(yīng)用必將逐步深入，從重點(diǎn)應(yīng)用于個(gè)別復(fù)雜度高的特殊項(xiàng)目，向輸變電工程普遍應(yīng)用轉(zhuǎn)變；從以設(shè)計(jì)階段應(yīng)用為主，向規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行檢修階段全面應(yīng)用擴(kuò)展。本文的研究重點(diǎn)為BIM技術(shù)在輸變電工程施工階段的應(yīng)用。

1 輸變電工程BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值分析

BIM技術(shù)所具有的參數(shù)化、可視化和優(yōu)化性等特點(diǎn)，決定其在輸變電工程中具有如下應(yīng)用價(jià)值[2-3]。

1.1 綜合管理

參數(shù)化：建立多維施工BIM 5D模型(3D實(shí)體+1D時(shí)間+1D內(nèi)容)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型和信息維護(hù)，實(shí)現(xiàn)直觀信息傳遞；

可視化：通過(guò)三維可視模型實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同；

優(yōu)化性：大幅度提升溝通協(xié)調(diào)和綜合管理水平。

1.2 進(jìn)度管理

參數(shù)化：通過(guò)參數(shù)化關(guān)聯(lián)施工進(jìn)度數(shù)據(jù)；

可視化：通過(guò)模型準(zhǔn)確表達(dá)施工進(jìn)度狀況；

優(yōu)化性：建立施工進(jìn)度自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。

1.3 安全管理

參數(shù)化：通過(guò)參數(shù)化進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)安全模擬；

可視化：通過(guò)模擬結(jié)果的可視化進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全指導(dǎo)；

優(yōu)化性：降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高安全保障。

1.4 質(zhì)量管理

參數(shù)化：通過(guò)參數(shù)化實(shí)現(xiàn)質(zhì)量精確管理；

可視化：通過(guò)可視化確定空間部位；通過(guò)模擬進(jìn)行施工指導(dǎo)；

優(yōu)化性：提高施工效率與品質(zhì)。

1.5 技術(shù)管理

參數(shù)化：通過(guò)參數(shù)化進(jìn)行技術(shù)模擬與分析；

可視化：通過(guò)模型可視化表達(dá)技術(shù)方案；通過(guò)模擬進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)；

優(yōu)化性：基于參數(shù)化技術(shù)分析進(jìn)行方案優(yōu)化。

1.6 造價(jià)管理

參數(shù)化：通過(guò)參數(shù)化實(shí)現(xiàn)造價(jià)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算；

可視化：通過(guò)模型可視化直觀表達(dá)造價(jià)構(gòu)成；

優(yōu)化性：促使造價(jià)管理向精細(xì)、精確轉(zhuǎn)變。

2 輸變電工程管控模型構(gòu)建

2.1 以設(shè)計(jì)BIM為基礎(chǔ)，形成施工BIM模型

為了保證數(shù)字化模型與真實(shí)建造的關(guān)聯(lián)性，使模型作為建造過(guò)程數(shù)據(jù)的承載體，就必須融合設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主、監(jiān)理各方的管控方法。設(shè)計(jì)在承擔(dān)工程模型的提供方時(shí)，需在模型初始階段提供項(xiàng)目信息、系統(tǒng)分類、二維碼、設(shè)備參數(shù)、成本等一系列關(guān)乎后續(xù)管控措施的要素。

當(dāng)施工方接管模型后，需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況和施工階段工程管控需求，將設(shè)計(jì)模型拆分為施工建設(shè)中工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程化模型，區(qū)分建設(shè)各方從屬關(guān)系、構(gòu)件及設(shè)備供應(yīng)方、工藝關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、安裝邏輯等，形成工程數(shù)字化管控所需的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4]。

2.2 以WBS為基礎(chǔ)，形成工程管控主線

工作分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure, 簡(jiǎn)稱WBS)是有效計(jì)劃和控制建設(shè)工程項(xiàng)目的工具。它是由一組可交付使用的項(xiàng)目產(chǎn)品/設(shè)施組成的，表現(xiàn)為一種層次化的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，定義了整個(gè)工程項(xiàng)目的工作范圍。

WBS作為一種全面、系統(tǒng)地分析工程項(xiàng)目的有效方法，是項(xiàng)目管理的基礎(chǔ)性工作。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工程管控，需在WBS創(chuàng)建過(guò)程中，充分考慮施工管控點(diǎn)要求進(jìn)行任務(wù)分解形成工作任務(wù)與管控角色，并實(shí)現(xiàn)工作任務(wù)與施工BIM模型的構(gòu)件級(jí)對(duì)應(yīng)與關(guān)聯(lián)。這樣，就形成了以WBS為主線，以工作任務(wù)為單位的數(shù)字化工程管控主線[5-6]。

2.3 關(guān)聯(lián)專業(yè)信息，形成精細(xì)管控模型

為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的工程管控模型，就需要形成以WBS為主線的施工BIM模型與進(jìn)度、安全、質(zhì)量、技術(shù)、造價(jià)專業(yè)的具體關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)3D模型向5D的進(jìn)化，形成數(shù)字化工程管控的主體[7-10]。

進(jìn)度專業(yè)：關(guān)聯(lián)任務(wù)計(jì)劃時(shí)間、實(shí)際時(shí)間等；

安全專業(yè)：關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)、安全方案等；

質(zhì)量專業(yè)：關(guān)聯(lián)輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)工藝等；

技術(shù)專業(yè)：關(guān)聯(lián)技術(shù)方案和工程圖紙等；

造價(jià)專業(yè)：關(guān)聯(lián)工程預(yù)算與人、材、機(jī)信息等。

2.4 利用流程化控制，形成任務(wù)管控機(jī)制

為了實(shí)現(xiàn)工作任務(wù)的流程化控制，需要形成流程化控制機(jī)制(見(jiàn)圖1)，通過(guò)綜合使用移動(dòng)終端和電腦終端，形成數(shù)字化工程管控的驅(qū)動(dòng)引擎[11]。

圖1 流程化控制機(jī)制

在流程控制下，系統(tǒng)能根據(jù)時(shí)間自動(dòng)推送工作任務(wù)到用戶移動(dòng)終端。

在移動(dòng)端，施工分包可以查看任務(wù)對(duì)象及計(jì)劃時(shí)間等信息，并上報(bào)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度信息(時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)照片、文字說(shuō)明)。

總包在收到分包提交的任務(wù)信息后，能夠在移動(dòng)端進(jìn)行自檢。

在總包檢驗(yàn)完成后，專監(jiān)和總監(jiān)按流程要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理審查。

業(yè)主在電腦Web端和移動(dòng)APP端，均能對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管，從而實(shí)時(shí)掌控過(guò)程情況。現(xiàn)場(chǎng)上報(bào)的基于BIM和管控點(diǎn)進(jìn)度、安全、質(zhì)量等信息，在Web端能夠非常方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和流程的過(guò)程查詢，便于管理人員監(jiān)督、管理和分析總結(jié)。

2.5 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升智能管控水平

通過(guò)將BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)的管控點(diǎn)進(jìn)行實(shí)物連接，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可有效提升工程現(xiàn)場(chǎng)的智能化管控水平，實(shí)現(xiàn)電子監(jiān)管[12]。

(1)二維碼：通過(guò)為BIM構(gòu)件建立標(biāo)準(zhǔn)二維碼并自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)管理信息的便捷化上報(bào)和記錄，減少過(guò)去人工上報(bào)方式中的延誤、錯(cuò)誤、遺漏等情況。

(2)視頻設(shè)備：通過(guò)關(guān)聯(lián)視頻設(shè)備，可實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)和風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)開(kāi)展情況。

(3)門(mén)禁系統(tǒng)：通過(guò)關(guān)聯(lián)出入閘機(jī)(考勤設(shè)備)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于人員、車輛進(jìn)出場(chǎng)情況的自動(dòng)記錄。

2.6 管控模型整體移交，奠定后續(xù)應(yīng)用基礎(chǔ)

工程數(shù)字化移交是基于數(shù)字化模型，利用三維可視化技術(shù)、信息集成技術(shù)等，結(jié)合地理信息和工程信息，以三維數(shù)字化的形式，整合工程建設(shè)階段過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)工程模型和工程資料的整體移交。

工程建設(shè)完畢后，將工程管控模型整理為數(shù)字化檔案，進(jìn)行數(shù)字化移交，實(shí)現(xiàn)向下游的運(yùn)行、檢修專業(yè)無(wú)損傳遞，方便后續(xù)環(huán)節(jié)的知識(shí)、信息與數(shù)據(jù)復(fù)用，滿足信息的唯一性、正確性和可追溯性的要求，實(shí)現(xiàn)最大限度的信息共享，這對(duì)于電網(wǎng)工程的全生命周期管理具有重要意義[13-14]。

3 系統(tǒng)功能建設(shè)

在輸變電工程管控模型構(gòu)建基礎(chǔ)上，可建立基于BIM技術(shù)的輸變電工程數(shù)字化管控系統(tǒng)，系統(tǒng)總體架構(gòu)見(jiàn)圖2。它為項(xiàng)目參建各方建立統(tǒng)一的數(shù)字化協(xié)同管控平臺(tái)，既提高了各方的溝通效率，也規(guī)范化了工作的方法、流程和過(guò)程記錄，實(shí)現(xiàn)了工程的可視、直觀、規(guī)范、精細(xì)管理[15]。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1 電腦端功能介紹

電腦端主要實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的總覽信息、資料、進(jìn)度、質(zhì)量、安全等的綜合管理，以及任務(wù)根據(jù)管控點(diǎn)的自動(dòng)推送。

(1)項(xiàng)目總覽。項(xiàng)目總覽包括項(xiàng)目信息匯總和工程瀏覽。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)進(jìn)度、質(zhì)量、安全等模塊提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，并以圖、表等多種形式進(jìn)行展現(xiàn)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了結(jié)合BIM模型進(jìn)行二、三維的工程瀏覽。

(2)項(xiàng)目管理。項(xiàng)目管理包括公告欄和會(huì)議通知，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目信息的公示及會(huì)議的即時(shí)通知。

(3)資料管理。資料管理包括工序資料、監(jiān)理資料、照片資料。實(shí)現(xiàn)了工程資料的分類管理，方便工程相關(guān)人員便捷查詢。

(4)施工組織。施工組織包括施工日志、WBS管理和施工交底。實(shí)現(xiàn)了施工日志的在線填報(bào)與記錄。同時(shí)支持工作任務(wù)分解的上傳和維護(hù)，重大施工活動(dòng)前的任務(wù)交底工作。

(5)進(jìn)度管理。進(jìn)度管理包括進(jìn)度查詢、偏差分析、關(guān)鍵路徑分析、進(jìn)度統(tǒng)計(jì)等功能。通過(guò)進(jìn)度計(jì)劃與BIM構(gòu)件進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了基于BIM虛擬的實(shí)時(shí)進(jìn)度展示，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)上傳的實(shí)際進(jìn)度信息和施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比，生成進(jìn)度偏差曲線，實(shí)現(xiàn)了偏差分析。當(dāng)進(jìn)度偏差影響關(guān)鍵路徑時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。

(6)質(zhì)量管理。質(zhì)量管理包括質(zhì)量檢查和質(zhì)量信息。實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)工藝在BIM模型中進(jìn)行精細(xì)化構(gòu)件層級(jí)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)標(biāo)識(shí)、說(shuō)明與展示標(biāo)準(zhǔn)工藝做法要點(diǎn)以及相關(guān)圖片信息，用于指導(dǎo)施工。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)管理人員可利用BIM模型直觀形象記錄質(zhì)量問(wèn)題，支持基于BIM模型進(jìn)行問(wèn)題閉環(huán)管理。

(7)安全管理。安全管理包括安全檢查、視頻監(jiān)控和人員門(mén)禁集成。將視頻監(jiān)控設(shè)備接入了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程安全管理，管理人員能隨時(shí)隨地在線對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)安全情況進(jìn)行檢查。 同時(shí)，通過(guò)集成施工現(xiàn)場(chǎng)門(mén)禁系統(tǒng)，通過(guò)身份識(shí)別技術(shù)可對(duì)項(xiàng)目人員及出入工地的所有人員車輛進(jìn)行智能化管理。

3.2 移動(dòng)端功能介紹

供用戶在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)自身涉及的任務(wù)進(jìn)行進(jìn)采集、上報(bào)、審核等管理，提升了信息溝通、交流的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

(1)問(wèn)題記錄。問(wèn)題記錄包括質(zhì)量問(wèn)題記錄和安全問(wèn)題記錄。實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端對(duì)質(zhì)量、安全問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)的即時(shí)記錄與拍照，同時(shí)可在線提交責(zé)任單位整改。

(2)管控任務(wù)。管控任務(wù)包括我的任務(wù)、待審核任務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)工藝。實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的推送和待辦任務(wù)的提醒。同時(shí)在移動(dòng)端對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行了載入，即時(shí)方便的查看指導(dǎo)施工。

(3)數(shù)碼照片采集。數(shù)碼照片采集包括分類采集和自動(dòng)添加備注信息。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)移動(dòng)端對(duì)各類現(xiàn)場(chǎng)照片的采集分類，同時(shí)可對(duì)采集的照片進(jìn)行主題信息的標(biāo)注。

(4)變更管理。變更管理包括發(fā)起變更和審核變更。主要在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了變更的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)起及線上審核功能。

4 試點(diǎn)應(yīng)用情況

本系統(tǒng)試點(diǎn)應(yīng)用于110 kV新凱旋變電站，試點(diǎn)工程位于上海市長(zhǎng)寧區(qū)凱橋綠地內(nèi)，用地面積0.001 118 km2。

本項(xiàng)目由于受周邊環(huán)境限制，工期較為緊張，采用BIM技術(shù)在保證工程安全、文明施工的情況下，利用先進(jìn)技術(shù)和理念更好地控制施工進(jìn)度及施工質(zhì)量，以該項(xiàng)目為代表有利于BIM技術(shù)大規(guī)模的示范和推廣。系統(tǒng)應(yīng)用情況見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 模型瀏覽(電腦端)

圖4 任務(wù)管理(移動(dòng)端)

通過(guò)系統(tǒng)在試點(diǎn)工程的應(yīng)用實(shí)踐，在以下方面對(duì)于輸變電工程的管理績(jī)效有較大提升[16]。

(1)構(gòu)建電網(wǎng)建設(shè)管理體系方面。標(biāo)準(zhǔn)化管理流程。通過(guò)在試點(diǎn)項(xiàng)目中建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的管理流程，包括工程進(jìn)度管理流程、質(zhì)量、安全管理流程、技術(shù)管理流程等，項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的所有管理活動(dòng)均遵循標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行，大大提高了管理效率，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題能夠做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決。

統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)工藝。在試點(diǎn)工程將相關(guān)的所有技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)工藝存儲(chǔ)在信息化平臺(tái)中，并進(jìn)行定期更新，后續(xù)所有在建項(xiàng)目均共享同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了同類型變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化。

(2)強(qiáng)化關(guān)鍵環(huán)節(jié)集約化管控方面。實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)項(xiàng)目信息化對(duì)于綜合、進(jìn)度、安全、質(zhì)量、技術(shù)、造價(jià)管理全覆蓋。強(qiáng)化了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工和建設(shè)管理單位等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的全過(guò)程管控。

(3)提升電網(wǎng)建設(shè)管理效率方面。減少人員投入。通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，大量的復(fù)雜工作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，如資料整理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等，減少了相關(guān)人員的投入，使整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更加精簡(jiǎn)，將有限的人力資源投入到關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

減少管理成本。通過(guò)系統(tǒng)應(yīng)用提高了項(xiàng)目部?jī)?nèi)部的管理效率，降低信息流通障礙；對(duì)機(jī)械設(shè)備、材料等做到了精細(xì)化管理，減少材料損耗、減少機(jī)械設(shè)備的租賃周期；減少了不同施工隊(duì)伍之間的交接時(shí)間，降低了交接產(chǎn)生的矛盾等，這些都在無(wú)形中縮減了項(xiàng)目管理的成本。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的不斷體現(xiàn)，BIM技術(shù)必然會(huì)在電網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目管理中發(fā)揮更大作用，通過(guò)與進(jìn)度、安全、質(zhì)量、技術(shù)、造價(jià)、綜合專業(yè)管理的深度融合、技術(shù)與業(yè)務(wù)的不斷創(chuàng)新，提升了工程精細(xì)化管理能力與整體管理績(jī)效。

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