基于BIM技术的输变电工程管控模型研究与信息系统实现

王晓波，钱展佳，李 峰，游龙勇

(1.国网信通产业集团北京中电普华信息技术有限公司，北京 100085；2.国网上海市电力公司，上海 200120)

建筑信息模型(Building Information Modeling, 简称BIM)，是指创建并利用数字化模型对建设工程项目的设计、建造和运维全过程进行管理和优化的过程、方法和技术。BIM技术在建筑工程行业的应用已经逐渐步入注重应用价值的深度应用阶段，并呈现出BIM技术与项目管理、云计算、大数据等先进信息技术集成应用的“BIM+”特点，正在向多阶段、集成化、多角度、协同化、普及化应用扩展[1]。

随着BIM技术在工程建设领域的推广，其在输变电工程中的应用必将逐步深入，从重点应用于个别复杂度高的特殊项目，向输变电工程普遍应用转变；从以设计阶段应用为主，向规划、设计、施工和运行检修阶段全面应用扩展。本文的研究重点为BIM技术在输变电工程施工阶段的应用。

1 输变电工程BIM技术应用价值分析

BIM技术所具有的参数化、可视化和优化性等特点，决定其在输变电工程中具有如下应用价值[2-3]。

1.1 综合管理

参数化：建立多维施工BIM 5D模型(3D实体+1D时间+1D内容)，进行动态模型和信息维护，实现直观信息传递；

可视化：通过三维可视模型实现多方协同；

优化性：大幅度提升沟通协调和综合管理水平。

1.2 进度管理

参数化：通过参数化关联施工进度数据；

可视化：通过模型准确表达施工进度状况；

优化性：建立施工进度自动预警系统。

1.3 安全管理

参数化：通过参数化进行施工现场安全模拟；

可视化：通过模拟结果的可视化进行现场安全指导；

优化性：降低施工安全风险，提高安全保障。

1.4 质量管理

参数化：通过参数化实现质量精确管理；

可视化：通过可视化确定空间部位；通过模拟进行施工指导；

优化性：提高施工效率与品质。

1.5 技术管理

参数化：通过参数化进行技术模拟与分析；

可视化：通过模型可视化表达技术方案；通过模拟进行技术指导；

优化性：基于参数化技术分析进行方案优化。

1.6 造价管理

参数化：通过参数化实现造价统计和计算；

可视化：通过模型可视化直观表达造价构成；

优化性：促使造价管理向精细、精确转变。

2 输变电工程管控模型构建

2.1 以设计BIM为基础，形成施工BIM模型

为了保证数字化模型与真实建造的关联性，使模型作为建造过程数据的承载体，就必须融合设计、施工、业主、监理各方的管控方法。设计在承担工程模型的提供方时，需在模型初始阶段提供项目信息、系统分类、二维码、设备参数、成本等一系列关乎后续管控措施的要素。

当施工方接管模型后，需要根据实际项目情况和施工阶段工程管控需求，将设计模型拆分为施工建设中工艺节点的进程化模型，区分建设各方从属关系、构件及设备供应方、工艺关键节点、安装逻辑等，形成工程数字化管控所需的统一标准基础数据[4]。

2.2 以WBS为基础，形成工程管控主线

工作分解结构(Work Breakdown Structure, 简称WBS)是有效计划和控制建设工程项目的工具。它是由一组可交付使用的项目产品/设施组成的，表现为一种层次化的树状结构，定义了整个工程项目的工作范围。

WBS作为一种全面、系统地分析工程项目的有效方法，是项目管理的基础性工作。为了实现数字化工程管控，需在WBS创建过程中，充分考虑施工管控点要求进行任务分解形成工作任务与管控角色，并实现工作任务与施工BIM模型的构件级对应与关联。这样，就形成了以WBS为主线，以工作任务为单位的数字化工程管控主线[5-6]。

2.3 关联专业信息，形成精细管控模型

为实现精细化的工程管控模型，就需要形成以WBS为主线的施工BIM模型与进度、安全、质量、技术、造价专业的具体关联，实现3D模型向5D的进化，形成数字化工程管控的主体[7-10]。

进度专业：关联任务计划时间、实际时间等；

安全专业：关联风险作业、安全方案等；

质量专业：关联输变电工程标准工艺等；

技术专业：关联技术方案和工程图纸等；

造价专业：关联工程预算与人、材、机信息等。

2.4 利用流程化控制，形成任务管控机制

为了实现工作任务的流程化控制，需要形成流程化控制机制(见图1)，通过综合使用移动终端和电脑终端，形成数字化工程管控的驱动引擎[11]。

图1 流程化控制机制

在流程控制下，系统能根据时间自动推送工作任务到用户移动终端。

在移动端，施工分包可以查看任务对象及计划时间等信息，并上报施工现场进度信息(时间、现场照片、文字说明)。

总包在收到分包提交的任务信息后，能够在移动端进行自检。

在总包检验完成后，专监和总监按流程要求进行现场监理审查。

业主在电脑Web端和移动APP端，均能对整个过程进行监管，从而实时掌控过程情况。现场上报的基于BIM和管控点进度、安全、质量等信息，在Web端能够非常方便地进行数据查询和流程的过程查询，便于管理人员监督、管理和分析总结。

2.5 应用物联网技术，提升智能管控水平

通过将BIM模型与现场的管控点进行实物连接，应用物联网技术，可有效提升工程现场的智能化管控水平，实现电子监管[12]。

(1)二维码：通过为BIM构件建立标准二维码并自动识别，实现管理信息的便捷化上报和记录，减少过去人工上报方式中的延误、错误、遗漏等情况。

(2)视频设备：通过关联视频设备，可实时监控施工现场和风险作业开展情况。

(3)门禁系统：通过关联出入闸机(考勤设备)，实现对于人员、车辆进出场情况的自动记录。

2.6 管控模型整体移交，奠定后续应用基础

工程数字化移交是基于数字化模型，利用三维可视化技术、信息集成技术等，结合地理信息和工程信息，以三维数字化的形式，整合工程建设阶段过程数据，实现电网工程模型和工程资料的整体移交。

工程建设完毕后，将工程管控模型整理为数字化档案，进行数字化移交，实现向下游的运行、检修专业无损传递，方便后续环节的知识、信息与数据复用，满足信息的唯一性、正确性和可追溯性的要求，实现最大限度的信息共享，这对于电网工程的全生命周期管理具有重要意义[13-14]。

3 系统功能建设

在输变电工程管控模型构建基础上，可建立基于BIM技术的输变电工程数字化管控系统，系统总体架构见图2。它为项目参建各方建立统一的数字化协同管控平台，既提高了各方的沟通效率，也规范化了工作的方法、流程和过程记录，实现了工程的可视、直观、规范、精细管理[15]。

图2 系统总体架构

3.1 电脑端功能介绍

电脑端主要实现对项目的总览信息、资料、进度、质量、安全等的综合管理，以及任务根据管控点的自动推送。

(1)项目总览。项目总览包括项目信息汇总和工程浏览。实现了通过进度、质量、安全等模块提供的数据，进行自动统计分析，并以图、表等多种形式进行展现。同时实现了结合BIM模型进行二、三维的工程浏览。

(2)项目管理。项目管理包括公告栏和会议通知，实现了工程项目信息的公示及会议的即时通知。

(3)资料管理。资料管理包括工序资料、监理资料、照片资料。实现了工程资料的分类管理，方便工程相关人员便捷查询。

(4)施工组织。施工组织包括施工日志、WBS管理和施工交底。实现了施工日志的在线填报与记录。同时支持工作任务分解的上传和维护，重大施工活动前的任务交底工作。

(5)进度管理。进度管理包括进度查询、偏差分析、关键路径分析、进度统计等功能。通过进度计划与BIM构件进行一一关联，实现了基于BIM虚拟的实时进度展示，通过现场上传的实际进度信息和施工进度计划进行自动对比，生成进度偏差曲线，实现了偏差分析。当进度偏差影响关键路径时，系统会发出警告。

(6)质量管理。质量管理包括质量检查和质量信息。实现了标准工艺在BIM模型中进行精细化构件层级的关联，同时标识、说明与展示标准工艺做法要点以及相关图片信息，用于指导施工。同时现场管理人员可利用BIM模型直观形象记录质量问题，支持基于BIM模型进行问题闭环管理。

(7)安全管理。安全管理包括安全检查、视频监控和人员门禁集成。将视频监控设备接入了平台，实现对施工现场的远程安全管理，管理人员能随时随地在线对工程现场安全情况进行检查。 同时，通过集成施工现场门禁系统，通过身份识别技术可对项目人员及出入工地的所有人员车辆进行智能化管理。

3.2 移动端功能介绍

供用户在施工现场对自身涉及的任务进行进采集、上报、审核等管理，提升了信息沟通、交流的及时性和准确性。

(1)问题记录。问题记录包括质量问题记录和安全问题记录。实现了移动端对质量、安全问题在现场的即时记录与拍照，同时可在线提交责任单位整改。

(2)管控任务。管控任务包括我的任务、待审核任务和标准工艺。实现了任务的推送和待办任务的提醒。同时在移动端对标准工艺进行了载入，即时方便的查看指导施工。

(3)数码照片采集。数码照片采集包括分类采集和自动添加备注信息。实现了通过移动端对各类现场照片的采集分类，同时可对采集的照片进行主题信息的标注。

(4)变更管理。变更管理包括发起变更和审核变更。主要在移动端实现了变更的现场发起及线上审核功能。

4 试点应用情况

本系统试点应用于110 kV新凯旋变电站，试点工程位于上海市长宁区凯桥绿地内，用地面积0.001 118 km2。

本项目由于受周边环境限制，工期较为紧张，采用BIM技术在保证工程安全、文明施工的情况下，利用先进技术和理念更好地控制施工进度及施工质量，以该项目为代表有利于BIM技术大规模的示范和推广。系统应用情况见图3和图4。

图3 模型浏览(电脑端)

图4 任务管理(移动端)

通过系统在试点工程的应用实践，在以下方面对于输变电工程的管理绩效有较大提升[16]。

(1)构建电网建设管理体系方面。标准化管理流程。通过在试点项目中建立一套标准化的管理流程，包括工程进度管理流程、质量、安全管理流程、技术管理流程等，项目建设过程中的所有管理活动均遵循标准流程进行，大大提高了管理效率，对工程现场问题能够做到及时发现及时解决。

统一技术标准和标准工艺。在试点工程将相关的所有技术规范、标准工艺存储在信息化平台中，并进行定期更新，后续所有在建项目均共享同一个数据库，实现了同类型变电站建设的标准化。

(2)强化关键环节集约化管控方面。实现了工程建设项目信息化对于综合、进度、安全、质量、技术、造价管理全覆盖。强化了项目设计、监理、施工和建设管理单位等关键环节的全过程管控。

(3)提升电网建设管理效率方面。减少人员投入。通过系统的应用，大量的复杂工作由系统自动完成，如资料整理、数据统计等，减少了相关人员的投入，使整个项目团队更加精简，将有限的人力资源投入到关键环节。

减少管理成本。通过系统应用提高了项目部内部的管理效率，降低信息流通障碍；对机械设备、材料等做到了精细化管理，减少材料损耗、减少机械设备的租赁周期；减少了不同施工队伍之间的交接时间，降低了交接产生的矛盾等，这些都在无形中缩减了项目管理的成本。

5 结语

随着BIM技术应用价值的不断体现，BIM技术必然会在电网建设工程项目管理中发挥更大作用，通过与进度、安全、质量、技术、造价、综合专业管理的深度融合、技术与业务的不断创新，提升了工程精细化管理能力与整体管理绩效。

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