BIM 技術在輸變電技改項目中的運用研究

夏遠燦 XIA Yuan-can；梁科 LIANG Ke；楊蘊華 YANG Yun-hua；鄧強 DENG Qiang；吉鑫 JI Xin

（①國網重慶市電力公司超高壓分公司，重慶 400050；②國網重慶市電力公司潼南供電分公司，重慶 402660；③國網重慶市電力公司，重慶 400014；④國網重慶市電力公司墊江供電分公司，重慶 408300）

0 引言

近年來，電網公司持續(xù)推動構建新型電力系統(tǒng)和打造智能電網，相繼加快數(shù)字化轉型進程，不斷強化數(shù)字信息技術在電網工程中的運用。國資委在《關于加強中央企業(yè)開展質量提升行動的實施意見》中明確表示，未來將進一步促進BIM 等信息技術的集成應用，其功能及優(yōu)勢將在規(guī)劃、勘察、設計施工以及運營等一系列過程中凸顯。同時，BIM 技術作為各系統(tǒng)交叉應用的平臺支撐以及深化應用的重要途徑，是有效推動數(shù)字化轉型的重要力量。輸變電技改項目（下文簡稱“技改項目”）作為提升供電可靠性的重要舉措，具有項目數(shù)量眾多、種類繁雜、管理難度大等特點，是BIM 技術在電網工程中潛在的運用領域之一。

目前，國內學者專家就BIM 技術在電網工程項目方面的運用開展了廣泛的研究，且主要集中在電力工程造價管理、輸變電工程管理等方面。王瓊等[1-5]從工程造價全過程管理出發(fā)，結合項目決策、招投標、施工及竣工等多階段多維度分析了BIM 技術在造價管理中的具體應用，并由此進一步提出了在行業(yè)標準、平臺建設、政策推動等方面加強BIM 技術應用的建議。李燕等人[6-10]通過分析研究BIM 技術應用于輸變電工程領域的優(yōu)越性及適用性，一方面以BIM 技術為支撐構建了輸變電工程全生命周期造價管理體系，另一方面重點從工程項目的施工進度及質量控制等維度對BIM 技術的特點進行深入挖掘，為BIM 技術的合理、科學運用提供有效參考。此外，諸多學者就BIM技術在電網工程的供應鏈管理、安全管理、物資管理以及EPC 總承包項目等方面開展了相關的運用研究。賈德海通過構建供應鏈BIM 模型，實現(xiàn)了電網工程供應鏈的全過程數(shù)字化、精準化管控[11]。孫瑞峰分析論證了BIM 技術在提升電網工程項目安全管理水平的作用并就此提出了相關的運用前景[12]。張飛基于調研訪談，分析闡述了BIM 技術在電力工程物資管理中的實際應用價值[13]。邢哲通過對實際電站EPC 項目總承包的分析和評價，驗證了BIM 技術應用在電網項目EPC 模式中的有效性[14]。

綜合來看，相關研究主要集中于BIM 技術在電力工程造價管理與基建項目管理中的運用，缺乏對于技改項目的研究運用。

基于上述分析，本文對BIM 技術在技改項目中的運用開展相關研究，以期為該領域推廣運用BIM 技術提供一定的參考。首先，從技改項目的需求分析和BIM 技術優(yōu)勢分析兩方面分析論證BIM 技術運用于技改項目中的必要性和適用性。然后，基于技改項目的實際需求，提出BIM技術在輸變電項目中的整體技術框架。最后，對BIM 技術在輸變電技改項目的實際運用進行探討分析，包括基于技改項目全過程的功能框架設計以及對各功能點的詳細分析。BIM 技術在技改項目中的運用研究，可為數(shù)字化技術在技改項目領域的推廣運用提供有效指導，對于提升技改項目的信息化、精細化管理水平以及協(xié)同辦公能力具有一定的促進作用。

1 BIM 技術適用性分析

1.1 技改項目的需求分析

1.1.1 業(yè)務管理需求

當前，在企業(yè)級的集成應用平臺及管理體系中，技改項目在技改需求、申請項目、批準立項、施工方案的確定、結算等領域的研究與應用已十分成熟。對于項目實際管理中的施工前期準備、申請開工、人機材進場、設備處理、測試驗收、送電投產等一系列過程的詳細信息，相關專業(yè)負責人需要及時了解并掌握，并據(jù)此對項目實施過程中的安全、質量、進度等因素及時把控，最大限度減小潛在風險概率，但現(xiàn)有的信息管理模式針對上述業(yè)務流程板塊的處理并不十分有效，亟需調整加強完善。

1.1.2 安全管理需求

電網工程中安全極為重要，尤其體現(xiàn)在輸變電技改項目方面。通常在技改項目施工過程中，往往相鄰電氣間隔仍保持帶電運行狀態(tài)，因此在作業(yè)之前須謹慎處理工作區(qū)域的劃分，提前規(guī)劃作業(yè)方式，保證施工人員安全。例如，500kV 電壓等級下要求車輛距電氣設備超過8 米，人員距電氣設備超過5 米。

1.1.3 工作協(xié)同需求

①目前輸變電技改項目的管理模式是點對點的信息處理方式，由于項目參與方數(shù)量較多且缺乏較為統(tǒng)一的管理，不能將施工現(xiàn)場各方進行有效集成，統(tǒng)籌兼顧，導致信息分散，時效性不強，協(xié)同管理水平較低。

②人員配備問題以及技術水平的差異使得技改項目有時難以順利實施，如施工人員對于輸變電設備基礎結構、設備操作流程規(guī)范掌握不足，輸變電設備的圖紙等資料缺乏標準化管理等。

③技改項目相關資料的歸檔、留存、查閱等流程缺乏統(tǒng)一標準的管理，造成資料使用效率較低，且資料內容殘缺不全，內容與實際情況不符，存在失真的現(xiàn)象。后續(xù)查詢檔案資料過程中也存在效率較低的問題，嚴重影響電網的高效精益化運行，亟需調整完善管理方式以適應現(xiàn)代化管理的要求。

④技改項目是一項從實踐中積累總結經驗并進行傳承的工作，但現(xiàn)有的會議、培訓、手工記錄的經驗傳授和知識傳遞過程，往往不能很好地實現(xiàn)傳承的任務。

1.2 BIM 技術優(yōu)勢分析

由于BIM 技術具有可視化、可協(xié)調、可模擬等特點，其在電網技改項目的運用過程中具有典型的技術優(yōu)勢，具體分析如下：

1.2.1 可視化

BIM 技術具有典型的可視化特征，可通過3D 動畫演示的方式顯示項目各種信息，便于工作人員直觀、高效開展工作[15]。而技改項目涉及到的設備、種類、工程內容繁雜，時間、空間跨度較大，傳統(tǒng)的以文檔為載體的交流和決策形式對工作人員的專業(yè)門檻較高，降低了相關工作的效率。通過BIM 技術，可使用三維模型的方式全面直觀地展示輸電技改項目工程涉及到的各類信息，極大地降低了工作難度，提升了工作的準確性和高效性。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫

BIM 技術擁有多專業(yè)類型的數(shù)據(jù)庫，以“模庫一體化”的形式收集大量數(shù)據(jù)信息。對于技改項目，BIM 技術可為其構建完善的數(shù)據(jù)庫并提供各類型數(shù)據(jù)信息，可有效促進技改項目管理效率的提升。技改項目的造價管控、進度管控、質量管控均需要大量精確數(shù)據(jù)的支撐，采用BIM 技術可有效滿足此類需求，促進技改項目整體高質量推進。此外，通過BIM 數(shù)據(jù)庫支持，可以實現(xiàn)各類紙質材料的電子化存儲，便于文件資料的存儲、查詢、共享。

1.2.3 可協(xié)調

傳統(tǒng)的技改項目管理在精細化管理和多部門協(xié)作方面存在一定的不足。一方面，傳統(tǒng)的技改項目在管理方面較為粗放，不太注重資源的有效利用和成本的合理節(jié)省。另一方面，技改項目涉及專業(yè)、單位較多，在施工過程中存在溝通不暢等問題，影響工程進度的順利推進。而BIM 技術具有良好的協(xié)調性，依托準確真實的數(shù)據(jù)模型，可有效解決不同專業(yè)、領域之間的各類矛盾問題[16]。因此，采用BIM 技術可有效促進各專業(yè)部門及單位的協(xié)同配合，高效整合資源，實現(xiàn)各類資源的精細化管理，有助于提高技改項目的經濟效益。

1.2.4 可模擬

BIM 技術可針對項目的實際情況對其進行準確的仿真還原，為決策人員、施工人員提供準確的信息參考[17]。BIM 技術的可模擬性可有效運用于技改項目中，一是可對技改項目的全過程進行仿真還原，幫助相關人員了解風險點、施工難點關鍵點；二是對不同計劃、順序進行碰撞檢查以及科學優(yōu)化，保障項目進度合理；三是能夠把實際工程量與計劃工程量對比，通過分析總結可以對工程造價形成良性控制。

基于上述分析，可總結BIM 技術對技改項目的適用性分析如圖1 所示。

圖1 BIM 技術對技改項目的適用性分析

2 BIM 技術運用于技改項目的技術框架

以BIM 技術為依托，可以構建輸變電技改項目的管理系統(tǒng)，并搭建項目管理平臺。通過該平臺可以很好地完成項目集成應用、信息互通共享以及工作的協(xié)同管理。通過將設備的模型信息、實時運行數(shù)據(jù)以及故障檢測等與軟件模型集成，可為輸變電技改的使用單位提供多維度、多層級、跨領域的可視化數(shù)字信息平臺，統(tǒng)一完成施工項目安全、質量、進度等多維信息的可視化管理，提高項目整體管理水平。BIM 技術運用于輸變電技改項目的技術框架如圖2 所示。

圖2 BIM 技術運用于輸變電技改工程的技術框架

BIM 應用于技改項目的整體技術框架可劃分為BIM標準規(guī)范、數(shù)據(jù)獲取、項目管理平臺及全過程應用四大模塊。BIM 標準規(guī)范主要實現(xiàn)BIM 在適用技改項目過程中的建模標準、底層化設備庫、3D 抽象庫以及典型設計參考庫的技術標準化。數(shù)據(jù)獲取模塊則是技改項目管理平臺運用的重要支撐手段，主要包括從設計院、施工單位等業(yè)務參與者獲取數(shù)據(jù)信息，從場地布置、人員信息等增量數(shù)據(jù)庫中獲取信息，從設備臺賬、歷史操作記錄等存量數(shù)據(jù)庫中獲取信息。項目管理平臺則主要基于技改項目特點及實際需求有針對性地開發(fā)技改項目管理平臺。全過程運用模塊則是滿足技改項目全過程管理需求的重要模塊，具備風險識別、施工模擬、方案交底等技改項目各個階段的技術功能。

3 實際運用探討

本節(jié)對BIM 技術在技改項目全過程的實際運用進行探討分析，首先給出技改項目運用BIM 技術的整體功能框架，然后對每個階段的實際運用情況進行適用性分析。

3.1 功能框架

通過BIM 技術的應用，以“三圖聯(lián)動”作為功能入口，實現(xiàn)施工方案動態(tài)模擬及風險評估、施工進度把控、安全和質量把控、項目實施存檔五大管理功能。BIM 技術運用于技改項目的整體功能框架如圖3 所示。

圖3 BIM 技術運用于技改項目的功能框架

技改項目涉及到多個業(yè)務部門，技改項目的實施、驗收、結算需多個部門參與，但是受限于信息獲取、傳遞手段的缺失，項目具體實施階段的信息未能全面、準確的反饋到主管部門，無法滿足相關工作人員的信息需求。為此，BIM 技術可有效運用于技改項目從申請開工到送電投產的具體實施階段，以提升各階段的項目管控能力。

3.2 功能點分析

3.2.1 三圖聯(lián)動

“三圖聯(lián)動”是BIM 各項應用的入口，即通過主接線圖，觸發(fā)各個輸變電設備的三維模型和臺賬信息、檔案信息等，實現(xiàn)施工過程各專業(yè)、標準工作項的3D 可視化呈現(xiàn)，并對工作提供指引。

3.2.2 前期準備

BIM 技術可有效運用于技改項目的前期準備階段，提升技改項目前期的風險識別能力，保障技改項目的順利推進。BIM 技術在該階段的主要運用范圍包括風險源識別、作業(yè)區(qū)布置、施工模擬、施工方案的評審交底等，具體運用情況如圖4 所示。

圖4 BIM 技術在技改項目前期準備階段的應用

3.2.3 申請開工

BIM 技術在開工申請階段的運用主要為使用3D 模型核對開工作業(yè)流程和安全管理措施，完成業(yè)主主導單位的開工資料提交、進站申請和停電申請等開工申請操作，BIM 技術在該階段的具體運用情況如圖5 所示。

圖5 BIM 技術在申請開工階段的應用

3.2.4 人材機進場

技改項目人材機進場涉及材料檢查、作業(yè)區(qū)域劃分、進場路線設定等多個環(huán)節(jié)，如何實現(xiàn)各環(huán)節(jié)資源的有效調配、各單位的有效配合以及各安全隱患的有效識別是該階段的關鍵。使用BIM 技術的施工模擬和風險預控功能，可有效解決上述關鍵問題，BIM 技術在人材機進場階段的具體運用情況如圖6 所示。

圖6 BIM 技術在人材機進場階段的應用

3.2.5 技改施工

技改項目施工階段主要為相關設備的拆除更換工作，具體涉及到設備吊裝、運輸、電纜拆除、重要線路跨越段組塔、放線等操作，一方面由于技改項目種類繁雜，工作協(xié)調難度較大、進度管控難度較大；另一方面存在高空墜物、人員觸電等安全風險隱患。采用BIM 技術可在進度管理和質量安全管理方面提供有效支持，BIM 技術在技改施工階段的具體運用情況如圖7 所示。

圖7 BIM 技術在技改施工階段的應用

3.2.6 調試驗收

調試驗收階段主要是對工作完成情況和前期計劃進行對比以及對部分設備的調試驗收，具體包括回路檢查、功能測試、設備試驗、線路跨越距離測量等工作內容。使用BIM 技術可智能高效確定每種設備的試驗類型和試驗時間，并對相關試驗工作進行合理安排，BIM 技術在調試驗收階段的具體運用情況如圖8 所示。

圖8 BIM 技術在調試驗收階段的應用

3.2.7 送電投產

送電投產階段主要包括啟動方案確認、送電前檢查、送電時數(shù)據(jù)測量、送電完成等操作工作，該階段涉及到送電操作人員、技術負責人以及安全責任人，使用BIM 技術可幫助相關人員直觀了解操作過程、把控關鍵風險點，并對相關工作內容進行及時存檔記錄，BIM 技術在送電投產階段的具體運用情況如圖9 所示。

圖9 BIM 技術在送電投產階段的應用

4 結語

BIM 技術作為電網企業(yè)數(shù)字化轉型的一項重要技術手段，在電力工程領域的運用前景巨大。本文對BIM 技術在技改項目中的運用開展相關研究，以期為該領域推廣運用BIM 技術提供一定的參考。首先，從技改項目的實際需求和BIM 技術優(yōu)勢兩方面進行了BIM 技術對技改項目的適用性分析，得出BIM 技術可為技改項目在管理和信息兩方面提供有力支撐。然后從BIM 標準規(guī)范、數(shù)據(jù)獲取、項目管理平臺、全過程應用四大模塊提出BIM 技術運用于技改項目的整體技術框架。最后，通過對技改項目使用BIM 技術的實際運用探討，得出運用BIM 技術可在全過程施工模擬、風險預控、進度管理、檔案管理、質量安全管理方面發(fā)揮重要。本文為BIM 等數(shù)字化技術在技改項目領域的推廣運用提供了有效指導，可有效提升技改項目的信息化、精細化管理水平以及協(xié)同辦公能力，對提高技改項目管理水平、加快數(shù)字化轉型具有積極意義。