新基建背景下內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程綠色建造應用分析

王 偉，劉廣軍，崔子倜，張 樂

（內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟技術研究院分公司，呼和浩特 010090）

0 引言

綠色建造是按照綠色發(fā)展的要求，通過科學管理和技術創(chuàng)新，采用有利于節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的建造方式，實現(xiàn)人與自然和諧共生的工程建造活動。綠色建造總體目標為安全優(yōu)質(zhì)、綠色低碳、經(jīng)濟高效、資源節(jié)約、環(huán)境和諧。綠色新基建符合可持續(xù)發(fā)展的要求，能夠有效提高項目的經(jīng)濟效益和社會效益，已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向。

“十四五”期間，內(nèi)蒙古電網(wǎng)建設高速發(fā)展，綠色建造成為工程建設中的重要內(nèi)容。當前，內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程綠色建造正處于起步階段，電網(wǎng)工程建設正在由傳統(tǒng)方式向綠色建造方式轉(zhuǎn)型升級[1]。內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司（以下簡稱集團公司）堅持“綠色蒙電”發(fā)展定位，結合新基建發(fā)展趨勢及綠色建造要求，開展了從110 kV到500 kV電網(wǎng)工程綠色建造的應用研究[2]。內(nèi)蒙古超高壓供電公司巨寶莊500 kV 變電站工程及呼和浩特供電公司秀水（如意總部）220 kV 變電站工程在中國電力建設企業(yè)協(xié)會開展的2022 年度輸變電工程綠色建造水平評價活動中榮獲三星評價，是集團公司開展綠色建造工作以來首次取得的重要成果。本文對獲獎項目的科學管理辦法及技術手段進行了介紹，并對現(xiàn)階段內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程綠色建造中存在的問題進行了分析討論，針對性地提出了解決措施，對實現(xiàn)工程建設全過程綠色建造，推動電網(wǎng)工程綠色轉(zhuǎn)型具有重要指導意義。

1 電網(wǎng)工程綠色建造存在的問題

綠色建造要考慮安全、質(zhì)量、效率、環(huán)保、生態(tài)等要素。在綠色建造總體目標的引領下，工程建造應堅持因地制宜，堅持策劃、設計、施工、交付全過程一體化協(xié)同，強調(diào)建造活動的綠色化、工業(yè)化、信息化、集約化和產(chǎn)業(yè)化的屬性特征[3]。

內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程在綠色建造方面面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。一是內(nèi)蒙古地區(qū)地勢較高，西部地區(qū)冬季漫長而嚴寒，對建筑材料和建造技術提出了更高要求[4]。二是綠色發(fā)展理念尚未融入工程建造全過程，重視綠色施工，忽視策劃、設計和交付過程中的降碳途徑，節(jié)約資源、保護環(huán)境的手段和方法較為單一，浪費資源、污染環(huán)境的現(xiàn)象依然存在。三是相關標準體系及評價體系建設不完善，管理人員專業(yè)技術水平不高。因此，需要繼續(xù)深入研究綠色建造在內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程中的應用技術和管理方法，探索符合實際情況的綠色建造方案和策略[5]。

2 提高電網(wǎng)工程綠色建造水平的措施

實施綠色建造、解決節(jié)能環(huán)保問題必須在確保工程安全質(zhì)量的前提下進行，利用科學技術最大限度節(jié)約資源、減少環(huán)境污染，實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！保垂?jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、環(huán)境保護）。全過程、全要素推進綠色建造，要結合優(yōu)質(zhì)示范工程成果與電網(wǎng)工程實際情況，掌握綠色建造管理要求和評價標準，持續(xù)提升綠色策劃精益化、綠色設計標準化、綠色施工智能化和綠色交付數(shù)字化水平。

2.1 建立健全標準體系

以住建部發(fā)布的《綠色建造技術導則（試行）》為基礎，推動完善內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程建設領域綠色建造制度標準建設，構建涵蓋規(guī)劃設計、建設施工、監(jiān)理運維、低碳環(huán)保等方面的建造全過程的標準體系，以標準化手段推進綠色建造，使電網(wǎng)工程綠色建造工作有章可循。

2.2 提升管理人員專業(yè)技能

工程管理人員的技術水平對綠色建造工作成效有直接影響，要重視高技能人才隊伍建設，注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)，加大培訓力度，提高管理人員專業(yè)技術水平。

2.3 強化科學技術支撐

采用系統(tǒng)化集成設計、精益化生產(chǎn)施工、一體化裝修的方式，加強新技術推廣應用，整體提升建造方式工業(yè)化水平[6]。要結合內(nèi)蒙古地區(qū)地域特點和電網(wǎng)工程實際情況，通過裝配式建筑技術實現(xiàn)工廠化加工、機械化施工、流水線建造，減少現(xiàn)場濕作業(yè)、減少碳排放、提高施工效率。此外，要積極應用BIM、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等科學技術，開展項目多方協(xié)同管理，整體提升綠色建造信息化水平[7]。

2.4 提高科學管理水平

開展科學管理是提高資源配置效率的主要途徑[8]。一是要統(tǒng)籌推進設計、生產(chǎn)、施工等各階段工作，提升建造管理集約化水平。二是要充分考慮當?shù)氐乩憝h(huán)境和資源條件，因地制宜對工程建造全過程、全要素進行統(tǒng)籌，科學確定建造目標、實施路徑及管理模式。內(nèi)蒙古地區(qū)大多工程需進行冬期施工，要積極推進電采暖，加快推動工程現(xiàn)場用能電氣化和低碳化。三是要貫徹落實“3R”原則（即減量化、再利用、資源化），選用安全、節(jié)能、綠色、低碳、耐用的設備，使用節(jié)能導線、高強鋼、非鐵磁材料制造的金具等環(huán)保材料，減少廢棄物產(chǎn)生和污染排放。在辦公和生活區(qū)安裝屋頂光伏設備、分布式儲能裝置、充電樁等，構建辦公區(qū)域分布式發(fā)、儲、用一體的低碳微電網(wǎng)，實現(xiàn)更大程度的節(jié)能。四是要建立滿足集團公司數(shù)字化發(fā)展要求的設備模型庫，對建筑物、設備、電纜溝等進行精準定位與布置，自動提取相關信息，一站式完成三維模型構建、結構計算和材料統(tǒng)計，提高精確度，降低差錯率。

2.5 構建完善考核評價體系

綠色建造成本相對較高，要加強工程項目評估與管理，做好效果評估工作，確保投資回報水平和經(jīng)濟效益[9]。工程建設過程中要做好動態(tài)評估，分階段開展工程綠色建造自評整改工作；同時，要加強綠色建造全過程監(jiān)督管理，開展綠色建造工作監(jiān)督檢查，將其納入業(yè)績考核，確保綠色建造工作落實。

3 綠色建造中的主要技術

科學技術持續(xù)進步是實現(xiàn)綠色建造的重要基礎，BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術的綜合運用能夠有效降低能耗、減少碳排放，有序推動新基建綠色高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 BIM技術

BIM 技術的核心是建筑信息模型，它是基于數(shù)字技術的建筑物理模型和數(shù)據(jù)的集合，能夠準確表示建筑的幾何形狀、結構、材料、設備、施工序列等信息，能夠與其他相關信息進行交互，有效促進建筑設計和施工等各環(huán)節(jié)的協(xié)同合作[10]。例如，在變電站施工階段，BIM 技術能夠應用于施工過程中的進度管理和材料管理，提高施工效率、減少浪費。

3.2 三維設計技術

三維設計技術主要用于施工前土建、水暖、電氣三個專業(yè)間的碰撞檢查和帶電距離校驗，多專業(yè)能夠依托三維設計平臺提前介入工程、對施工圖進行會審并開展協(xié)同設計[11]。該技術能夠優(yōu)化變電站站區(qū)水工管道布置、電氣管道埋設及電纜溝鋪設，有助于減少建設用地、降低施工返工率、提高變電站土建基礎施工質(zhì)量，能夠縮短施工工期約10%。同時，該技術可以實現(xiàn)三維可視化效果，直觀展示方案的設計理念和細節(jié)。

3.3 數(shù)字化移交技術

數(shù)字化移交技術即利用三維建模技術和三維可視化技術，結合地理信息和工程信息，以數(shù)字化模型的形式，整合電網(wǎng)工程基礎地理信息、設備三維模型數(shù)據(jù)及設計數(shù)據(jù)，移交給相關的使用或管理部門，實現(xiàn)對電網(wǎng)工程數(shù)字化模型的直觀展示和工程資料的綜合管理[12]。

三維數(shù)字化移交的核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)信息和圖紙文檔，該技術通過ProjectWise 平臺和i-model 信息整合模型對數(shù)據(jù)進行封裝、發(fā)布和移交，業(yè)主可獲得兩個變電站（即現(xiàn)實變電站、虛擬數(shù)字化變電站）和設計信息齊全的變電站信息庫（包括項目信息、工程圖紙文件、計算書、進度文件、材料數(shù)據(jù)、采購數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)、設備技術協(xié)議、專業(yè)資料等）。

3.4 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，VR）可以直觀展示變電站各部分設計要點、施工注意事項、設備及導線等布置情況，有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，準確提出改進思路和優(yōu)化方案，提高設計和施工質(zhì)量[13]。此外，VR技術能夠高度還原設計實景，打造沉浸式三維場景漫游體驗，工作人員可以進入虛擬環(huán)境與設備等進行互動，了解設計思路及工程關鍵節(jié)點，從而提升培訓管理效率。

3.5 在線監(jiān)測評價技術

以數(shù)字化方式對施工現(xiàn)場能耗、水耗、噪聲、揚塵、大型設備安全運行狀況等各項綠色施工指標進行實時在線監(jiān)測并給出評價結果，有助于提高施工管理的信息化和精細化水平[14]。

3.6 裝配式建筑技術

在工廠內(nèi)預制建筑構件，再將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行組合裝配，能夠提高建造效率，減少環(huán)境污染。裝配式變電站現(xiàn)澆作業(yè)少、建筑垃圾少，符合綠色施工發(fā)展方向。結合使用裝配式建筑技術與BIM技術能夠提升建造品質(zhì)、助力綠色發(fā)展[15]。

3.7 海綿城市技術

海綿城市技術可以通過“滲、蓄、凈、用、排”等措施實現(xiàn)雨水的積存、滲透和凈化，促進雨水資源利用，保護自然水系結構和生態(tài)環(huán)境[16]。

3.8 智慧工地技術

將智慧工地平臺引入輸變電工程，積極推進管理創(chuàng)新，提高感知層設備適用性，運用AI慧眼、基坑檢測、沉降觀測、埋件監(jiān)測等感知層技術和大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術對施工現(xiàn)場各項資源進行統(tǒng)籌管理，有利于推動傳統(tǒng)建造向綠色智慧建造轉(zhuǎn)型升級[17]。智慧工地平臺架構如圖1所示。

圖1 智慧工地平臺架構Fig.1 The platform architecture of smart construction site

4 綠色建造應用效果評估

對綠色建造應用效果進行評估，是實現(xiàn)環(huán)境保護目標可持續(xù)發(fā)展的重要手段。評估結果直觀反映綠色建造的應用效果，能夠為后續(xù)綠色建造工作實施方案的制定及其他電網(wǎng)工程綠色建造工作的開展提供重要指導[18]。

對于內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程，評價指標主要包括能源消耗、碳排放、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量等，評價方法有現(xiàn)場實測法、實際數(shù)據(jù)對比法和模擬計算法等。采用現(xiàn)場實測法和實際數(shù)據(jù)對比法對比實施綠色建造前后的能源消耗、碳排放及室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量情況并進行相應評價，可以確定工程節(jié)能減排目標是否實現(xiàn)，建筑物室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量是否達標。其中，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的評價內(nèi)容包括空氣質(zhì)量、溫度、濕度、光照等，以及對室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生影響的因素，如材料選擇、室內(nèi)布局、通風系統(tǒng)設計等。

為確定最適宜的綠色建造方案，要對不同策劃方案產(chǎn)生的實際效果進行綜合比較和分析，可采用加權平均法、層次分析法等[19-20]。此外，要對評估結果進行不確定性分析和靈敏度分析，確保其可靠性和敏感性。

5 實際應用

集團公司堅持綠色發(fā)展導向，對七項工程實施策劃、設計、施工、交付全過程綠色建造，在降低能耗、減少碳排放、優(yōu)化建筑布局等方面成效顯著。

5.1 綠色策劃

項目可行性研究報告獲批后，建設單位編制綠色建造總體策劃方案，因地制宜對輸變電工程建造全過程、全要素進行統(tǒng)籌，科學確定綠色建造總體目標及節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少碳排放、提升品質(zhì)、保障職業(yè)健康安全等分項目標的實施路徑，最大限度地節(jié)約資源、減少對環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！薄?/p>

5.2 綠色設計

項目按照標準化原則，發(fā)揮設計龍頭作用，優(yōu)化平面布局、建筑選材和設備選型。一是優(yōu)化站內(nèi)外交通，節(jié)約臨時用地，實現(xiàn)土方平衡。二是選用帶有綠色建材認證產(chǎn)品標識的建筑材料，優(yōu)選免維護設備，在建筑保溫、防水、門窗等方面采用低能耗、低排放的材料。巨寶莊500 kV變電站工程完成多項設計優(yōu)化，節(jié)能效果顯著，如表1所示。

表1 綠色設計后部分項目優(yōu)化情況Tab.1 Optimization of some projects after green design

項目引入多項技術，提高了設計精細化水平，完善了施工方案并使其始終處于最優(yōu)狀態(tài)，在確保工程順利推進的同時降低了對環(huán)境的影響。一是運用BIM技術開展全工序優(yōu)化布置和深化二次結構設計（如砌體設計、鋼筋翻樣、模板配模等），對鋼結構主體進行預先排版及深化節(jié)點碰撞校核，在總體設計上細化工序管控顆粒度，實現(xiàn)可視化、數(shù)字化和信息化一體應用[21]。二是采用基于三維設計的電纜敷設技術，自動優(yōu)化敷設路徑、校核纜流控制、轉(zhuǎn)彎半徑、電纜分層敷設等人工無法準確校核的條目，減少設計及施工返工。三是應用海綿城市技術，對變電站水資源的收集、處理、回收利用等進行統(tǒng)一規(guī)劃，靈活應對洪澇或干旱情況，構建高效合理的復合生態(tài)水系統(tǒng)，提升變電站的水資源綜合利用率。四是采用3D打印技術制作變電站全站3D沙盤，并形成現(xiàn)場3D 總平面圖，放置于施工現(xiàn)場項目部，幫助施工人員更加直觀地了解全站總平面布置及設備擺放情況。圖2展示的是主變壓器沙盤[22]。

圖2 主變壓器沙盤Fig.2 Sand table of the main transformer

5.3 綠色施工

（1）項目建立了完善的施工組織架構和管理制度，并制定了節(jié)約資源、保護環(huán)境的相關措施。同時，項目注重提升綠色施工智能化水平，采用施工模擬技術，按照站內(nèi)施工進度計劃橫道圖制作了施工進度模擬動畫，形成了標準化施工流程[23]。動畫展示了從場地開挖到基礎澆筑，從架構組裝到建筑施工，從電氣設備安裝到導線連接等過程中涉及的詳細工序，高度還原了現(xiàn)場真實施工情況。

（2）工程通過管理和技術措施提高材料節(jié)材率。一是實行限額領料，對比分析實際施工材料消耗量與預算材料消耗量，有針對性地制定并實施關鍵點控制措施。二是建立可回收再利用物資清單，對廢料進行回收。三是對周轉(zhuǎn)材料進行保養(yǎng)維護，保持質(zhì)量狀態(tài)，延長使用壽命。

（3）廣泛采用裝配式建筑技術，深化輸變電工程機械化施工應用[24]。一方面，采用預制裝配式建材，包括預制式電纜溝及混凝土預制構件（散水、圍墻壓頂、小型基礎等），減少現(xiàn)場焊接及濕作業(yè)量，減少施工耗能。另一方面，推進機械化施工，采用一體化裝修、鋼結構螺栓連接等技術，采用定型鋼筋或使用低壓數(shù)控機床進行鋼筋加工（折彎、調(diào)直、切割），使用鋰電池電動工具，提高加工精度和成品利用率，有效節(jié)約鋼材[25]。項目通過工廠預制化、建設模塊化、施工機械化等方式提高建設效率，逐步實現(xiàn)“零焊接、零涂刷、少濕作業(yè)”的綠色目標[26]。

（4）引入新技術、新設備，推進工程建設高質(zhì)量、高效率、低消耗、低排放的工業(yè)化進程。統(tǒng)籌布置風光互補太陽能供電系統(tǒng)，采用節(jié)水型器具、雨污水處理系統(tǒng)等節(jié)能設備設施，提高雨污水系統(tǒng)循環(huán)利用率；應用揚塵、噪聲、光污染控制技術和建筑垃圾回收利用等技術，打造裝配式低輻射（Low Emissivity，Low-E）玻璃集裝房，降低了對人體和環(huán)境的負面影響，提高了建筑垃圾資源化利用率[27]。例如，巨寶莊500 kV 變電站工程在控制揚塵、降低噪聲等方面表現(xiàn)優(yōu)異，如表2所示。

表2 巨寶莊500 kV變電站工程綠色施工后部分指標完成情況Tab.2 Completion of some indicators after green onstruction in Jubaozhuang 500 kV substation

5.4 綠色交付

各參建單位均已向建設單位完成了數(shù)字化交付，交付內(nèi)容包括由設計單位提供的三維設計模型、源文件數(shù)據(jù)、竣工圖紙等，以及由其他單位提供的工程項目相關的電子文件及電子檔案，全部內(nèi)容均掃描上傳至相關平臺或刻錄至光盤[28]。

6 結語

實施電網(wǎng)工程綠色建造是貫徹落實“雙碳”目標、實現(xiàn)電網(wǎng)與自然環(huán)境和諧共生的重要舉措[29]。集團公司堅持“綠色蒙電”發(fā)展定位，將綠色發(fā)展理念融入輸變電工程建設，大力推動綠色基建。本文結合具體項目闡述了內(nèi)蒙古電網(wǎng)綠色建造工程在策劃、設計、施工、交付四階段采用的科學管理方法和技術手段，多角度分析了綠色建造過程中存在的問題，從建立健全標準體系、強化技術支撐等方面針對性地提出了解決措施，有助于提升綠色建造水平、推動電網(wǎng)工程綠色轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)綠色發(fā)展。