輸變電工程建設(shè)BIM 技術(shù)應(yīng)用推廣分析研究

郭祥奎

（福建省電力建設(shè)工程咨詢有限公司， 福建 漳州 53000）

0 引言

輸變電工程于國(guó)家與社會(huì)、人民而言具有重要意義。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)能源正處于轉(zhuǎn)型階段，輸變電工程作為電網(wǎng)不可或缺的組成部分， 有助于能源成功轉(zhuǎn)型。我國(guó)為了滿足電力需求，每年在輸變電工程建設(shè)中會(huì)投入巨大數(shù)額。輸變電工程對(duì)于其他工程來(lái)說(shuō)，所需的建設(shè)成本與建設(shè)要求都更高， 若是出現(xiàn)問(wèn)題便會(huì)導(dǎo)致巨大的損失出現(xiàn)。 輸變電工程建設(shè)相關(guān)人員面臨的共同挑戰(zhàn)是如何提高工程建設(shè)質(zhì)量、降低其成本。 BIM 技術(shù)的出現(xiàn)解決了工程建設(shè)過(guò)程中的大量問(wèn)題， 并且已經(jīng)在建筑領(lǐng)域廣泛推廣運(yùn)用， 但是從輸變電過(guò)程建設(shè)實(shí)際狀況來(lái)看，該技術(shù)的推廣應(yīng)用還需提高。 BIM 技術(shù)為建筑工程項(xiàng)目的整個(gè)周期提供數(shù)據(jù)共享平臺(tái)以及可視化管理工具， 管理層能夠借助BIM 技術(shù)直觀掌握施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況并全程參與。運(yùn)用BIM 技術(shù)之后，傳統(tǒng)建筑無(wú)論是生產(chǎn)方式還是管理模式都得到了優(yōu)化升級(jí)， 很大程度上保障了工程建設(shè)的效率與質(zhì)量， 減少了建設(shè)成本的浪費(fèi)。 因此，BIM 技術(shù)在輸變電工程建設(shè)中很有應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 輸變電工程建設(shè)概述

輸變電被分成兩個(gè)部分，分別是輸電與變電，能夠?qū)㈦娏δ茉磸碾姀S輸送到人們生產(chǎn)生活中的基礎(chǔ)設(shè)施。 電力行業(yè)當(dāng)中的輸變電普遍是指35kV～1000kV 的輸電、變電設(shè)施。由于電廠生產(chǎn)的電壓過(guò)低，不足以支撐遠(yuǎn)距離輸送，若是電流過(guò)大在低電壓線路中會(huì)遇到電阻，然后產(chǎn)生出大量的熱能，造成能量浪費(fèi)的同時(shí)損害導(dǎo)線。電能通過(guò)輸電線路達(dá)到用戶所在地之后，由于電壓比較高，所以沒(méi)有辦法向用戶進(jìn)行直接供電，就需要用到降壓站。輸變電過(guò)程當(dāng)中，參與電力輸送的基礎(chǔ)設(shè)施有升壓站、輸電線路以及降壓站。 降壓站與升壓站被統(tǒng)稱為變電站。

輸電線路主要用于變壓器電能傳輸?shù)木€路。 輸電線路分為電纜線路與架空線路。 電纜線路大多鋪設(shè)在地下，適用于無(wú)法建設(shè)架空線路的地方； 架空線路主要在地面上方，主要由導(dǎo)線、桿塔、絕緣子、拉線以及接地裝置等組成。

根據(jù)輸送電流的性質(zhì)， 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(tǒng)的構(gòu)成元素，主要起到變換電壓等級(jí)與匯集配送電能的作用。 變電站分為多個(gè)等級(jí)，比如35kV、220kV 以及1000kV 等。 變電站的基礎(chǔ)設(shè)施包含了母線、建筑物、變壓器、開(kāi)關(guān)以及其他配套設(shè)施等，不同設(shè)施之間通過(guò)協(xié)作配合來(lái)發(fā)揮出變電功能[1]。

2 BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 參數(shù)化

BIM 技術(shù)構(gòu)建模型的基礎(chǔ)就是參數(shù)化， 這也是主要區(qū)別三維模型與二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的重要因素。 參數(shù)化過(guò)程就是將建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中的實(shí)際數(shù)據(jù)信息參數(shù)值輸入到相對(duì)應(yīng)的軟件里，以此來(lái)建立三維模型。建立的三維模型不是簡(jiǎn)單的數(shù)字來(lái)構(gòu)成， 主要是通過(guò)分析數(shù)據(jù)信息參數(shù)變量來(lái)創(chuàng)建。若是要更新與修改模型，只要改變模型之中的參數(shù)就能夠進(jìn)行更改。 由此可知，BIM 參數(shù)化特性能夠使得專業(yè)人員在同樣的平臺(tái)上來(lái)協(xié)同工作， 并升級(jí)完善設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)工作效率與質(zhì)量。

2.2 形象化

以往的二維圖紙只能顯示出建設(shè)項(xiàng)目的平面信息，在項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中用到的構(gòu)件都是三維的。 設(shè)計(jì)圖紙中部件形狀需要有讀圖能力以及有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)人員來(lái)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(xiàn)協(xié)調(diào)與溝通方面的問(wèn)題。BIM 具有可視化的特點(diǎn)，圖紙中的二維平面能夠構(gòu)成三維模型，將建筑直觀呈現(xiàn)出現(xiàn)，相關(guān)人員能夠直接了解建筑的材料、外觀以及結(jié)構(gòu)，從不同的角度來(lái)觀察建筑，工作人員根據(jù)從中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋、決策，有利于提高工作效率。

2.3 模擬性

BIM 技術(shù)具有的模擬性特點(diǎn)能夠真實(shí)還原出項(xiàng)目施工過(guò)程，每個(gè)階段的真實(shí)狀況都能模擬出來(lái)。例如設(shè)計(jì)階段，建筑物的能耗模擬、照明模擬以及力學(xué)模擬均可以進(jìn)行模擬，一些隱蔽的施工與管道設(shè)計(jì)也可以模擬出來(lái)，有利于后續(xù)的維護(hù)與調(diào)節(jié)。

2.4 協(xié)調(diào)性

項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程各個(gè)單位會(huì)共同參與，若是參與的單位工作人員之間沒(méi)有及時(shí)溝通，容易導(dǎo)致項(xiàng)目出現(xiàn)各種問(wèn)題。比如，項(xiàng)目設(shè)計(jì)師沒(méi)有及時(shí)溝通的話，各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的模型可能會(huì)出現(xiàn)隱蔽項(xiàng)目與設(shè)施模型沖突等各種問(wèn)題。 BIM技術(shù)能夠交換與共享項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息， 能夠有效避免產(chǎn)生沖突，使用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)參與單位之間的溝通協(xié)調(diào)。

2.5 可出圖性

以目前實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)情況來(lái)看， 二維圖紙依然占據(jù)著主導(dǎo)位置。 BIM 技術(shù)建立的模型能夠生成各種二維圖紙。 此外，還能夠?qū)δM圖紙進(jìn)行一系列優(yōu)化，同時(shí)參與的工作人員可以直接交流，節(jié)約了大量的圖紙修改時(shí)間，提高工作效率。

3 BIM 技術(shù)在輸變電工程建設(shè)中的應(yīng)用分析

3.1 輸變電工程建設(shè)前期

在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)之上， 輸變電工程三維數(shù)字化管理的實(shí)質(zhì)是加強(qiáng)工程整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)交互， 經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)技術(shù)量化來(lái)管理對(duì)象以及管理行為，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)組織、研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)、協(xié)調(diào)等等一體化運(yùn)行。在BIM 技術(shù)背景下， 三維數(shù)字化管理能夠有利于傳統(tǒng)輸變電項(xiàng)目更新技術(shù)，促使企業(yè)提高其市場(chǎng)生存能力與發(fā)展進(jìn)步。

借助Revit、Daoheng 等等三維軟件，能夠使得工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)三維協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，主要包含了三維建模、特殊負(fù)載條件檢查、碰撞測(cè)試以及應(yīng)急響應(yīng)預(yù)覽。其中的三維建模指的是通過(guò)三維平臺(tái)來(lái)構(gòu)建出多屬性、數(shù)字化BIM 模型，為各個(gè)設(shè)計(jì)師提供設(shè)計(jì)參照。 碰撞測(cè)試是能夠檢驗(yàn)出BIM模型是否合理的關(guān)鍵技術(shù)，包含了多條特殊管道、溝槽與風(fēng)管硬碰硬，間隙要求、防雷范圍等軟碰撞。面對(duì)大雪、強(qiáng)風(fēng)等特殊荷載，運(yùn)用BIM 模型，通過(guò)有限元軟件對(duì)模型分析，給工程設(shè)計(jì)提供相對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)。BIM 模型能夠提高應(yīng)急疏散模擬、熱能傳遞模擬、節(jié)能模擬的設(shè)計(jì)水平，為后期的施工與運(yùn)行奠定基礎(chǔ)[2]。

電網(wǎng)輸變電工程初步設(shè)計(jì)是為后續(xù)施工與管理打下基礎(chǔ)。 BIM 技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行專業(yè)分析、仿真演示、數(shù)字建模以及過(guò)程測(cè)試，有效加深設(shè)計(jì)理念，完善設(shè)計(jì)方案。BIM 技術(shù)為項(xiàng)目參與人員構(gòu)建信息化、智能化、數(shù)字化、可視化三維共享平臺(tái)，優(yōu)化三維模型。借助三維可視化模型，結(jié)合電網(wǎng)變電站工程建設(shè)周邊環(huán)境， 深入審查涉及建設(shè)方案，保障項(xiàng)目建設(shè)能夠按照設(shè)計(jì)方案順利運(yùn)行。 此外，電網(wǎng)變電站工程項(xiàng)目通過(guò)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(shè)計(jì)專業(yè)的銜接等工作質(zhì)量，為項(xiàng)目的實(shí)施和管理奠定良好基礎(chǔ)保障。

3.2 輸變電工程建設(shè)階段

項(xiàng)目施工階段的重點(diǎn)是需要保障現(xiàn)場(chǎng)工人的安全與效率。 應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠有利于管理層掌握變電站現(xiàn)場(chǎng)施工具體狀況，確?，F(xiàn)場(chǎng)人員的安全，有效降低管理成本。我國(guó)特高壓技術(shù)不斷研發(fā)出新的相關(guān)技術(shù)，BIM 技術(shù)有必要運(yùn)用到施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過(guò)多計(jì)劃、多次性預(yù)施工，保證施工的安全性與合理性。對(duì)施工方案進(jìn)行多個(gè)場(chǎng)景的模擬，節(jié)省資源的同時(shí)避免延誤工期以及二次返工的問(wèn)題， 還能夠針對(duì)一些特殊情況做好預(yù)先安排，以此保障工程順利進(jìn)行。

萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司是領(lǐng)先的丙烯、異丁烷及其衍生物制造商，主營(yíng)產(chǎn)品包括異氰酸酯（MDI，TDI，ADI），丙烯，環(huán)氧丙烷（PO），叔丁醇（TBA），甲基叔丁基醚（MTBE），丙烯酸/丙烯酸酯（AA/AE），正丁醇、新戊二醇（NPG），液化丙烷，液化丁烷和液化石油氣（LPG）。

（1）BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目安全管理的運(yùn)用。 大型輸變電工程管理工作繁雜、周期長(zhǎng)、專業(yè)性強(qiáng)，也就導(dǎo)致增加了工程安全管理的難度。 通過(guò)BIM 技術(shù)建模，能夠在模型空間中直接開(kāi)展安全管理。針對(duì)輸變電工程中涉及到的設(shè)備宏觀安裝、電纜溝澆筑、深基坑開(kāi)挖等問(wèn)題，BIM 技術(shù)可以將施工前期隱藏的問(wèn)題挖掘出來(lái)。模擬出整個(gè)施工過(guò)程，有效梳理不同工序、不同環(huán)節(jié)、不同作業(yè)點(diǎn)中的管理風(fēng)險(xiǎn)，并且制定出對(duì)應(yīng)的管控對(duì)策，避免現(xiàn)場(chǎng)安全管理出現(xiàn)盲目性、滯后性。

（2）BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目質(zhì)量管理的運(yùn)用。輸變電工程現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理是按照相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施的，這樣的管理方式具有普遍適用性，但是在實(shí)際管理當(dāng)中仍然存在一些問(wèn)題，比如實(shí)施不到位、針對(duì)性不足、控制措施缺失等。 應(yīng)用BIM 技術(shù)到工程建設(shè)環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)人、機(jī)、料各個(gè)方面的詳細(xì)質(zhì)量預(yù)控，提前模擬演練關(guān)鍵工序、標(biāo)準(zhǔn)工序等。 參加建設(shè)的工作人員可以重點(diǎn)示范可視化、數(shù)字化的施工質(zhì)量管理，對(duì)各個(gè)專業(yè)的實(shí)施細(xì)則進(jìn)行質(zhì)量控制的充分披露。 另外，BIM 技術(shù)能夠在施工過(guò)程中模擬演示組裝、管道綜合三維碰撞檢查等質(zhì)量控制點(diǎn)，同步、高效地實(shí)施質(zhì)量控制措施，防止項(xiàng)目施工之前出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題[3]。

（3）BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目進(jìn)度管理的運(yùn)用。 輸變電工程的進(jìn)度管理是能夠保障按照計(jì)劃完成任務(wù)，進(jìn)入設(shè)備調(diào)試與投產(chǎn)的基礎(chǔ)，起到有效加強(qiáng)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用。進(jìn)度管理主要包含了材料、設(shè)計(jì)、施工，不同的專業(yè)、階段被劃分為詳細(xì)的分部。在項(xiàng)目前期，借助BIM 技術(shù)深化初步設(shè)計(jì)與方案等。以此為基礎(chǔ)，采用3D 軟件技術(shù)來(lái)生成工程項(xiàng)目的土木工程、通信等所需的材料信息以及設(shè)備信息，比如設(shè)備規(guī)格、型號(hào)等等。模型與初步設(shè)計(jì)方案能夠有效防止材料招標(biāo)階段誤報(bào)設(shè)備與材料， 同時(shí)也能避免提前特殊處理非通用設(shè)備和材料。 在項(xiàng)目中所用到的材料確定清單之后，可以采用BIM 技術(shù)中的三維模型模擬演示過(guò)程，以便進(jìn)一步制定出更加全面的電網(wǎng)變電站項(xiàng)目材料供需計(jì)劃。

3.3 運(yùn)行維護(hù)階段

輸變電整個(gè)項(xiàng)目中生命周期最長(zhǎng)、 所花成本最大的階段就是運(yùn)行與維護(hù)。 運(yùn)用BIM 技術(shù)數(shù)字模型可以在設(shè)計(jì)、采購(gòu)與施工等等階段積累大量的相關(guān)信息，是其項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理的數(shù)據(jù)庫(kù)。 相較于傳統(tǒng)的項(xiàng)目，采用BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)模型有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)， 不但有效降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理，同時(shí)還能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，其主要包含了項(xiàng)目維護(hù)可追溯性、在線監(jiān)測(cè)安全性等。另一方面，相關(guān)工作人員能夠?qū)IM 模型當(dāng)中的設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行年份、維護(hù)記錄等等數(shù)據(jù)整合到現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理的系統(tǒng)內(nèi)，持續(xù)跟蹤維護(hù)電氣設(shè)備，保障安全的前提下，發(fā)揮出輸變電工程的真正效能[4]。

4 應(yīng)用推廣發(fā)展對(duì)策

4.1 開(kāi)發(fā)符合我國(guó)輸變電行業(yè)特色的BIM 軟件和系統(tǒng)

政府需要積極促進(jìn)BIM 技術(shù)軟件和系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)工作，立足于我國(guó)輸變電工程的特點(diǎn)，優(yōu)化升級(jí)現(xiàn)有軟件，構(gòu)建配套電力工程系統(tǒng)，促使其符合輸變電工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范， 推動(dòng)BIM 技術(shù)在輸變電工程當(dāng)中的有效運(yùn)用。此外，政府還需要加強(qiáng)BIM 技術(shù)相關(guān)本土軟件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度， 為BIM 技術(shù)研發(fā)以及運(yùn)用構(gòu)建良好的環(huán)境，充分保障開(kāi)發(fā)者的權(quán)益，推動(dòng)BIM 技術(shù)的進(jìn)一步更新發(fā)展。

4.2 建設(shè)BIM 專業(yè)人才隊(duì)伍，提高BIM 專業(yè)人才質(zhì)量

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到輸變電工程建設(shè)中需要具有相關(guān)輸變電工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)、高素質(zhì)人才，熟知BIM 概念的同時(shí)還要掌握BIM 設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件。 剛畢業(yè)的大學(xué)生不太了解輸變電工程與BIM 技術(shù)，但是這類人群學(xué)習(xí)動(dòng)力、學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)。 部分老員工雖然有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是轉(zhuǎn)變觀念應(yīng)用新興技術(shù)方面存在一定困難。 為加強(qiáng)輸變電工程建設(shè)對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮年輕人學(xué)習(xí)動(dòng)力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)利用好老員工的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。 與相關(guān)專業(yè)學(xué)校增強(qiáng)合作力度，在課堂上引入BIM 技術(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)， 通過(guò)學(xué)校的渠道培養(yǎng)出綜合型人才[5]。以實(shí)際工程案例為載體，鼓勵(lì)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維，促進(jìn)BIM 技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述， 以上通過(guò)輸變電工程建設(shè)概述， 分析出BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)在輸變電工程建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)， 分析出BIM技術(shù)在輸變電工程建設(shè)中的應(yīng)用， 并提出BIM 技術(shù)在輸變電應(yīng)用推廣發(fā)展對(duì)策， 為BIM 技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的推廣應(yīng)用提供一些科學(xué)方法與思路， 從以上可知應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)BIM 技術(shù)在輸變電工程建設(shè)中的推廣應(yīng)用。