基于BIM的光伏電站工程質(zhì)量控制分析

中廣核新能源安徽分公司 李 晶

建筑信息模型（BIM）技術(shù)是在建筑工程項(xiàng)目中，把構(gòu)成建筑物的相關(guān)構(gòu)件元素的物理特性、幾何數(shù)據(jù)、材質(zhì)信息等有機(jī)組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)全方位、完整、綜合的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，組成建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)模型的項(xiàng)目構(gòu)件的全部參數(shù)信息都會(huì)存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，以滿足各參與方相應(yīng)的工作需求。各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)信息，在數(shù)據(jù)模型內(nèi)并不是相互獨(dú)立的信息個(gè)體，其之間有著一定的空間和邏輯關(guān)系。

1 光伏電站建設(shè)特點(diǎn)

近年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)，光伏電站工程是非常重要的綠色能源工程，國(guó)家出臺(tái)了一些政策措施刺激光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為重要的新能源項(xiàng)目，多快好省地建設(shè)光伏電站，意義重大，因此必須對(duì)光伏電站項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)的項(xiàng)目管理。目前，光伏電站裝機(jī)總資源量總計(jì)有8019.51GW。

當(dāng)前，光伏電站工程設(shè)計(jì)有兩種形式，一種是集中式，另一種是分布式。前者主要是在荒漠地區(qū)，利用具備的豐富太陽(yáng)能資源，建立大型光伏電站，并將其接入國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)。分布式光伏電站與集中式光伏電站相對(duì)應(yīng)，一般認(rèn)為分布式光伏電站與集中式光伏電站的區(qū)別在于，以6MW為分界點(diǎn)，高于此標(biāo)準(zhǔn)就是集中式光伏電站，集中式光伏電站可并網(wǎng)運(yùn)行[1]。而分布式光伏電站可離網(wǎng)運(yùn)行，即自發(fā)自用，即便并網(wǎng)運(yùn)行也只能近距離輸送給終端用戶。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)能在工程項(xiàng)目管理廣泛應(yīng)用，主要具有以下特點(diǎn)。

2.1 關(guān)聯(lián)性

模型中的構(gòu)建元素是可識(shí)別的并相互關(guān)聯(lián)的，利用BIM技術(shù)可以對(duì)其中的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成對(duì)應(yīng)圖紙文件。構(gòu)成模型的構(gòu)件元素當(dāng)中發(fā)生任何變化，與之關(guān)聯(lián)的其他部件也隨之改變，這不僅能確保模型準(zhǔn)確完整，而且能提升工作效率，方便快捷。

2.2 可視化

現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越追求審美視覺，建筑外形的多樣性也使建筑結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，基于BIM技術(shù)可以把建筑設(shè)計(jì)以三維效果的形式展現(xiàn)給人們，一目了然。更重要的是，整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，各個(gè)參與方的信息交互都可以在可視化的環(huán)境中進(jìn)行，便于溝通，有效管理，提高了建設(shè)項(xiàng)目的協(xié)同能力。

2.3 模擬性

BIM技術(shù)不但可以在設(shè)計(jì)階段能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境模擬與節(jié)能分析，而且能在施工階段結(jié)合時(shí)間進(jìn)行4D模擬施工過(guò)程。值得一提的是，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)3D模型+時(shí)間+工序的5D信息模擬，在一定程度上能控制工程的造價(jià)和進(jìn)度[2]。

2.4 優(yōu)化性

建立的BIM模型可以根據(jù)建設(shè)過(guò)程中的變化而進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化、更新。利用BIM技術(shù)還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)不同施工方案，并篩選出最優(yōu)施工方案，可以節(jié)約大量成本，縮短工期。

2.5 可出圖性

BIM技術(shù)的可出圖性為建設(shè)者提供了便利，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的一系列模型優(yōu)化等過(guò)程后，可以方便、快捷地輸出項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)圖、碰撞報(bào)告以及對(duì)應(yīng)的施工方案等工程圖紙文件。

2.6 協(xié)調(diào)性

如何協(xié)調(diào)各參與方的工作，實(shí)現(xiàn)合理的穿插施工，是當(dāng)前工程施工中需要重視的問題。在施工階段各專業(yè)之間相互妨礙出現(xiàn)的各類問題（如結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否會(huì)與機(jī)電專業(yè)的管線布置產(chǎn)生沖突等）都要工程項(xiàng)目的各個(gè)參與方及時(shí)溝通協(xié)商，得出對(duì)應(yīng)的解決措施。

2.7 施工信息輸出形式多樣化

基于BIM-IFC標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的施工信息模型，使用者能按照自己不同的需求，自主導(dǎo)出不同形式的信息。

3 光伏電站工程質(zhì)量典型問題

3.1 電纜敷設(shè)問題

光伏項(xiàng)目組件、逆變器等設(shè)備的數(shù)量較大，場(chǎng)內(nèi)高低壓電纜相互交錯(cuò)。常見電纜敷設(shè)方式為直埋敷設(shè)，需要鋪砂蓋磚。電纜直埋敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單，技術(shù)含量低，但項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中直埋敷設(shè)質(zhì)量管控難度較大，施工過(guò)程中電纜溝開挖深度不足、未鋪砂蓋磚、使用原土回填等問題頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響后續(xù)運(yùn)行安全，并造成項(xiàng)目資金浪費(fèi)。

3.2 光伏支架抗風(fēng)問題

近年來(lái)，強(qiáng)風(fēng)造成光伏支架傾倒、變形問題屢次發(fā)生，給光伏項(xiàng)目帶來(lái)較大損失。光伏項(xiàng)目結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)含量低，設(shè)計(jì)單位重視不足。同時(shí)，項(xiàng)目工期緊張，設(shè)計(jì)單位經(jīng)常根據(jù)荷載規(guī)范取當(dāng)?shù)鼗蜞徑貐^(qū)50年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓進(jìn)行支架抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)，沒有充分結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況、考慮當(dāng)?shù)貧v史風(fēng)速再次核算，其數(shù)值無(wú)法準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)貙?shí)際風(fēng)荷載[3]。

3.3 支架安裝問題

光伏項(xiàng)目建設(shè)周期短，設(shè)計(jì)單位圖紙到場(chǎng)時(shí)間嚴(yán)重壓縮，尤其是支架產(chǎn)品圖紙，設(shè)計(jì)完成后，廠家需要一定周期進(jìn)行生產(chǎn)才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。嚴(yán)重壓縮的設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致部分項(xiàng)目支架到場(chǎng)后無(wú)法合理安裝。部分螺栓無(wú)法順利穿進(jìn)支架，部分螺母因工具無(wú)法進(jìn)入只能手動(dòng)緊固等問題，造成施工、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)返工，嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)展。

3.4 立柱焊接問題

焊接為地面光伏立柱與基礎(chǔ)連接的常見形式，良好的焊接牢固、可靠、承載力較強(qiáng)。光伏項(xiàng)目焊接點(diǎn)多，焊接人員水平參差不齊，焊縫無(wú)法一一檢查驗(yàn)收，焊接質(zhì)量難以控制，影響項(xiàng)目安全運(yùn)行。焊接后焊點(diǎn)需進(jìn)行防腐處理，常見設(shè)計(jì)為焊渣敲除后打磨除銹，除銹質(zhì)量等級(jí)為Sa2.5，防腐采用3道鐵紅底漆加1道銀粉面漆，總厚度不低于160μm。施工中除銹工序控制較差，經(jīng)常出現(xiàn)除銹不徹底甚至不除銹的問題。運(yùn)行后期，發(fā)生焊縫嚴(yán)重銹蝕，立柱傾覆等問題。

3.5 螺栓扭力問題

支架安裝施工一般使用常規(guī)電動(dòng)扳手，支架系統(tǒng)部分螺栓扭矩要求高，需達(dá)210N·m，常規(guī)電動(dòng)扳手無(wú)法達(dá)到該扭力值，無(wú)法滿足施工需要。為確保項(xiàng)目工效，施工初期施工人員使用常規(guī)電動(dòng)扳手緊固，施工后期使用扭力扳手進(jìn)行再加固。光伏項(xiàng)目施工人員眾多，二次加固質(zhì)量難以把控，在強(qiáng)風(fēng)條件下或系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，扭矩不足會(huì)導(dǎo)致組串變形、組件隱裂等嚴(yán)重問題[4]。

4 基于BIM的光伏電站工程質(zhì)量控制分析

4.1 事前預(yù)防和管控

BIM技術(shù)具備可視化的功能，能夠在施工項(xiàng)目開展前對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)施定向化的模擬、管控，工作人員可以通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)施工進(jìn)程進(jìn)行模擬管理，使得參與到施工建設(shè)的各主體單位均能夠穩(wěn)定有效地協(xié)同工作，無(wú)論是監(jiān)理方、施工方還是建筑方，甚至是材料供應(yīng)商都可以通過(guò)BIM技術(shù)所構(gòu)建出的工程模型，來(lái)提前對(duì)其中可能存在的問題進(jìn)行分析、探討，并且采取必要的預(yù)防管控措施，最大限度地避免工程項(xiàng)目出現(xiàn)意外事故，以此來(lái)提高工程項(xiàng)目的質(zhì)量。

4.2 技術(shù)交底

光伏發(fā)電站工程項(xiàng)目施工管理工作需要實(shí)現(xiàn)對(duì)施工圖紙的有效審核，具體來(lái)說(shuō)，各主體單位在參與施工建設(shè)期間需要提前完成對(duì)施工圖紙的會(huì)審、管理，明確在整個(gè)發(fā)電站施工建設(shè)過(guò)程中所存在的重點(diǎn)和要點(diǎn)，對(duì)整個(gè)圖紙的細(xì)節(jié)之處進(jìn)行分析、考量，通過(guò)可視化的信息資料以及可視化的圖紙信息來(lái)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)施工人員的作業(yè)行為，在此過(guò)程中，結(jié)合BIM技術(shù)的三維可視化功能，能夠幫助各主體單位快速地完成對(duì)施工圖紙的會(huì)審作業(yè)，并且在可視化功能的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)交底，最大限度地降低施工人員、技術(shù)人員在識(shí)別過(guò)程中對(duì)圖紙解讀所存在的認(rèn)知偏差，以此來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)施工過(guò)程中二維圖紙可讀性差的缺陷問題，提高了數(shù)據(jù)資料交互流通的效率，加快了針對(duì)圖紙的會(huì)審進(jìn)程，以此來(lái)提高整個(gè)工程項(xiàng)目的管理效率。

4.3 材料質(zhì)量的管理

檢驗(yàn)材料是否滿足質(zhì)量要求，現(xiàn)場(chǎng)施工方面，要根據(jù)測(cè)量放樣結(jié)果進(jìn)行支架預(yù)埋件安裝，確定線槽以及走線，然后安裝組件并固定，鋪設(shè)線纜并完成設(shè)備接線。調(diào)試部分，重點(diǎn)查驗(yàn)電池板陰影問題，箱體內(nèi)部和電池板內(nèi)部接線，組串電壓測(cè)試，絕緣電阻測(cè)試（要求相間、相對(duì)地0.5MΩ以上，二次回路1MΩ以上），接地電阻測(cè)試，要求接地方面不同用途和電壓的電氣設(shè)備應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)總接地體，接地電阻4Ω以下。測(cè)試并網(wǎng)運(yùn)行，觀察設(shè)備是否正常。

4.4 施工過(guò)程質(zhì)量控制

控制部分，重點(diǎn)針對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制，保證光伏電站建設(shè)的核心流程。一般光伏電站的施工技術(shù)流程包括前期準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)施工、系統(tǒng)調(diào)試等幾個(gè)部分。前期準(zhǔn)備部分要求熟悉設(shè)計(jì)方案明確系統(tǒng)容量、電池板類別、參數(shù)、數(shù)量、估算箱體、匯流箱數(shù)量、尺寸、電纜型號(hào)尺寸，逆變器型號(hào)尺寸等，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際勘探，明確場(chǎng)地尺寸、是否存在影響施工的障礙、測(cè)量放線、確定電纜走向等。然后準(zhǔn)備材料，檢驗(yàn)材料是否滿足質(zhì)量要求?，F(xiàn)場(chǎng)施工方面，要根據(jù)測(cè)量放樣結(jié)果進(jìn)行支架預(yù)埋件安裝，確定線槽以及走線，然后安裝組件并固定，鋪設(shè)線纜并完成設(shè)備接線。

在施工過(guò)程中，專業(yè)監(jiān)理工程師應(yīng)監(jiān)督施工單位加強(qiáng)內(nèi)部質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。對(duì)進(jìn)場(chǎng)人員進(jìn)行資格審查，對(duì)進(jìn)場(chǎng)物料進(jìn)行檢查、檢驗(yàn)，對(duì)施工機(jī)械、安全工器具進(jìn)行檢驗(yàn)，杜絕無(wú)證人員、不合格物料、機(jī)械進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。施工作業(yè)要嚴(yán)格按技術(shù)要求和施工工藝進(jìn)行，每道工序完成后，施工單位應(yīng)實(shí)施自我檢查，只有在上一道工序被確認(rèn)質(zhì)量合格后，才能準(zhǔn)許下道工序施工。

當(dāng)隱蔽工程、檢驗(yàn)批、分部分項(xiàng)工程完成后，施工單位應(yīng)自檢合格，填寫報(bào)驗(yàn)表，由專業(yè)監(jiān)理工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，檢查合格予以簽證確認(rèn)，若不合格則指令施工單位進(jìn)行整改或返工處理。在施工過(guò)程中，所涉及結(jié)構(gòu)安全的試塊、試件以及有關(guān)材料，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行見證取樣并檢測(cè)。旁站是一種監(jiān)督活動(dòng)，具體包括對(duì)工程的關(guān)鍵部位或關(guān)鍵工序的施工質(zhì)量檢查。在工程建設(shè)中，旁站人員應(yīng)及時(shí)記錄旁站情況。在巡視和旁站過(guò)程中發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量出現(xiàn)的問題或施工單位采用的不符合要求的施工工藝，要馬上簽發(fā)監(jiān)理通知單，若存在質(zhì)量事故隱患或已發(fā)生事故，立即責(zé)令工程暫停，并責(zé)令施工單位對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行整改。

4.5 碰撞檢驗(yàn)

BIM技術(shù)最為核心的功能是在于構(gòu)建三維數(shù)字化模型，并且對(duì)相應(yīng)的模型實(shí)施碰撞檢測(cè)，由于在光伏發(fā)電站工程項(xiàng)目施工管理過(guò)程中所參與到施工建設(shè)的主體單位相對(duì)較多，且各主體單位所承擔(dān)的工作職責(zé)也存在較大的差異，而要實(shí)現(xiàn)各主體單位在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的工作，任務(wù)缺乏科學(xué)、合理的規(guī)劃是不可能達(dá)成相應(yīng)的目標(biāo)，并且各專業(yè)之間在施工過(guò)程中也會(huì)存在強(qiáng)烈的碰撞現(xiàn)象，而所謂的碰撞現(xiàn)象是指各施工團(tuán)隊(duì)在特定的施工期間可能會(huì)存在施工干涉的現(xiàn)象，以至于施工作業(yè)無(wú)法穩(wěn)定、高效地進(jìn)行，從而產(chǎn)生大量的人力浪費(fèi)和材料浪費(fèi)，如果在施工過(guò)程中出現(xiàn)此類狀況，則需要對(duì)現(xiàn)有的施工方案進(jìn)行變更管理，此來(lái)勢(shì)必會(huì)增加工程項(xiàng)目建設(shè)的成本，降低相應(yīng)的質(zhì)量。

因此，利用BIM技術(shù)碰撞檢測(cè)將整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬、管理，實(shí)現(xiàn)參與到施工建設(shè)各主體單位之間穩(wěn)定、高效的工作形式，最大限度地避免各類施工作業(yè)所存在的時(shí)間沖突以及空間沖突，通過(guò)消除碰撞、優(yōu)化設(shè)計(jì)、縮短施工周期能夠提高施工質(zhì)量，降低施工成本，最終提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)BIM技術(shù)在分布式光伏發(fā)電工程施工管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)和分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目正處于快速發(fā)展時(shí)期，各自的系統(tǒng)還不成熟。這兩種技術(shù)在國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐中的結(jié)合相對(duì)較少，并且在我國(guó)依舊是起步階段。所以對(duì)此種情況的研究?jī)H僅是探索性的，而探索的水平只是一個(gè)初步的研究，沒有做BIM技術(shù)和分布式光伏發(fā)電工程的各個(gè)方面的詳細(xì)研究。