水电站蜗壳安装中的BIM技术应用

胡保涛

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明650032）

1 BIM技术

1.1 BIM简述

BIM是英文Building Information Modeling的缩写，中文一般译为建筑信息模型。BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。

1.2 BIM特点

1.2.1 可视化

传统图纸中，通过线条表达构件的信息，但其真正的外观等状况就需要识图的人凭借自己的经验和技能去想象。BIM可视化就是将传统的线条模型转换成三维立体模型，让人们很直观的看到模型构件其真实物理三维状态。真正实现“所见即所得”的视觉感官设计。

1.2.2 协调性

传统设计中，一个建筑项目通常按专业进行进一步的设计，然而各个专业在根据自己专业的特点设计时往往出现沟通协调不到位的情况。这样就容易导致在后续施工过程中出现很多弊病。这时无论是监理、业主还是施工单位无不为此奔波协调。BIM协调性特点体现在其可在设计阶段利用三维设计时的碰撞检查功能，提前协调清楚各专业冲突。当然各专业设计师还可通过其三维物理几何状态与周围环境的相互影响关系中适当调整其位置、大小及选材等问题，避免后期施工中需要二次设计等问题出现。

1.2.3 模拟性

随着时代和科技的不断发展，建筑领域也发生着翻天覆地的变化。设计不仅完成了从2D到3D的跨越，现在更是实现3D到4D甚至是5D的伟大跨越，在原本的三维模型的基础上，附加时间维度和资金。这样就能更加接近实际的完成各种模拟试验，使得模拟效果更能让人们所接受。

1.2.4 优化性

在日常的施工过程中，我们通常希望通过优化设计来提升工艺质量和观感质量，而BIM的优化性特点就能很轻松的解决这个难题。在BIM三维模型中，我们可以根据直观的视觉体验直接开始我们的优化设计，从根源上减少返工可能性。我们可以通过修改构件的空间位置、形态大小、材质样式等来促使排列整齐，布置美观。

1.2.5 可出图性

运用BIM技术，还可以对建筑物的平面、立面、剖面、详图等进行出图。除此之外，对于一些订制的构件，BIM技术也可以轻松出图。

2 蜗壳安装中BIM技术应用

两河口水电站安装有6台单机容量为500 MW的水轮发电机组，总装机容量3 000 MW,每台水轮机蜗壳有25个管节需现场挂装、焊接，其中16个管节需要现场组装，3个凑合节需现场配割，总重量约为324.8 t。2台机组蜗壳安装间隔不到1个月，为确保现场安装质量、安全文明施工可控，确保施工进度按期或提前完成，各个环节都应充分考虑。

在蜗壳挂装工作准备阶段，充分考虑蜗壳安装各工序作业内容及需使用到的工器具，利用BIM技术制定出一套较完善的蜗壳安装技术方案，其中主要包括材料设备需求清单、技术要求、各工序流程动画、文明施工布置等内容。按照材料设备清单提前进行采购，防止设备材料供应不及时产生的工期延误等问题。

为快速安装蜗壳各管节，确保蜗壳挂装、焊接、支撑割除、水压试验等各工序的质量和安全，可利用BIM技术做蜗壳安装施工平台等的三维仿真施工布置规划。在座环下环板面搭设下施工平台，在座环法兰面安装上施工平台，上平台上放置温控仪设备和部分焊机，下平台主要布置焊机、轴流风机、空压机等设备。蜗壳安装外围采用脚手架、安全网等做安装安全通道及防护措施。各平台、通道、安全防护示意如图1所示。

为保证工程质量高标准完成，在蜗壳挂装前通过BIM技术进行三维技术交底，三维技术交底工作除了让作业人员明确现场蜗壳安装各尺寸要求及安装焊接工艺要求外，还需通过蜗壳挂装顺序动画重点强调对称挂装，让作业人员严格按照方案执行，以此保证已安装好的座环方位尺寸不偏移。

在众多水电站蜗壳安装中都会出现各种施工问题，如蜗壳挂装尺寸偏差，辅机管路与蜗壳接口对接错位，安装器械无法正常使用等，经过大量的分析研究显示，此类问题多是由于蜗壳支墩形状或尺寸不合适，安装过程缺乏整体考虑，设计缺乏多角度考虑等原因所致。其在常规的二维平面设计中很难遇见，但是通过BIM制作数字三维模型，在三维状态下考虑各方面施工诉求就变得较为简易了。另外，通过碰撞检验的方式，可检查各项尺寸是否对其他设备产生影响，在施工前就可及时的发现或规避问题。利用BIM技术在工程实施前对作业内容进行风险分析，方案优化，可大大降低返工率和减少安装材料浪费，最大程度的降低安装工期和安装成本。

两河口水电站蜗壳安装工期较短，因此不可避免的出现了2台机组蜗壳同时安装的情况。这种情况下，通过BIM技术制定出一套符合合同工期，同时又能很好的协调好2台水轮机蜗壳安装的进度计划来指导现场施工进度是十分有必要的。按照以往水电站机电施工经验，并结合本电站自身特点，利用BIM技术做出蜗壳模型和厂房安装环境后，给模型赋予时间维度，令每一节蜗壳、每一条焊缝都有一个合理的施工时间，在完成时间进度编制后，开始施工动态模拟，真实的再现蜗壳安装场景，通过观察研究暴露出各种可能出现的情况。模拟中，注重将安装中的各项资源利用调配到最高效状态，如桥机的使用，调整好2台蜗壳安装的配合度，利用其中1台蜗壳安装的焊接、调整或者加温时间，来进行另外1台蜗壳的挂装吊运，待其具备挂装新的蜗壳管节的时候又返回去继续吊运新蜗壳，然后另外1台蜗壳开展调整、加温、焊接工作。极大的提高桥机利用率，减少机械浪费。同时，在机械的高效配合及带动作用下，各项工器具和人力资源的生产效率也会得到极大的提升。生产效率得到提升，相应的安装工期也将大大缩减。利用施工动态模拟对进度计划进行实际可行性研究分析，最后甄别出一份具有实际指导现场施工意义的进度计划。

在蜗壳安装中，将现场安装进度、人员投入、材料使用情况等信息及时反馈至计算机蜗壳安装进度模拟系统里，这样也可及时对模拟的进度计划做出合理调整，使之更贴合实际。对不符合进度要求的工序也可指导其完成进度纠偏的工作。借助BIM技术反映的进度信息、材料数量来不断的调整和强化生产管理工作，为后续4台水轮机蜗壳安装提供借鉴，以提高资源使用效率，指导成本管控重点。这样通过不断的双向反馈，不断优化蜗壳的各项安装工序，最后指导现场顺利实施6台蜗壳的安装工作，并形成一份成熟的蜗壳安装标准工艺指导。

3 评价

通过BIM技术的协同管理，可不断优化蜗壳安装过程工序，加快蜗壳安装进度，从而大大的缩短了蜗壳安装施工工期。另外，在蜗壳安装准备阶段，利用BIM技术的三维可视性可对现场可能出现的问题实施规避或改进。通过碰撞检查，检验出安装方案不合理的地方，找出问题根源，及时对问题进行处理，避免在后期因现场发现问题不及时导致的停工或其他纠纷。这样蜗壳安装一直保持高效率，“零”问题的状态，将为整个工程项目节约大量工期。BIM技术的运用也将帮助蜗壳安装减少大量的资源浪费，从而减少成本投入，帮助企业形成较优越的竞争力。

BIM技术在参与蜗壳安装协同管理的同时，不仅会考虑安装质量、安装技术措施，还会考虑安全环保、文明施工等方面。在蜗壳安装前对施工布置进行规划，确定好脚手架位置、安全网的铺设，安全通道的设置，各种工器具的摆放等等。运用BIM技术在三维状态中建立一个安全得到保障、设施布置完备、现场布置美观的安装作业面。不断的在管理中进行优化改进，努力实现蜗壳安装精品工程。

4 结束语

随着时代的发展，BIM技术正以其强大的功能渗透到工程建设的方方面面，如结构设计、机电设计、工程算量、施工管理、装饰应用等。但在水电站建设领域的BIM技术应用仍有很大缺口，特别是水电站机电运用。电站机组辅机管路安装、电气安装、设备布置等问题极大的影响着水电站发电效率，但其每一项工作都非常复杂，工作量都极其繁重。因此，我们应当加大新技术研究力度，积极推广BIM技术研究成果，从而提高生产效率，降低生产成本，提升工程质量。