基于EIM技术的工程全生命周期数字化应用研究

文｜舒磊 王雪

BIM(Building Information Modeling) 技术是Autodesk 公司在2002年率先提出，目前已经在全球范围内得到业界的广泛认可。我国电力协会为突出BIM 技术在电力工程全生命周期的应用，将其含义升华为EIM（Engineering Information Modeling）。EIM 工程的内涵就是利用各种信息技术、三维数字化技术组建一套涉及到设计、勘测、施工等阶段的信息化项目管理模式。伴随其技术推广和应用，EIM 工程全生命周期管理的理念在工程建设行业越来越得到广泛认可。

EIM 技术助力行业数字化转型

风力发电技术发展到今天已经相对成熟，其应用前景在全球能源枯竭的背景下也越来越光明。风电资源清洁无污染、安全可控，是一种优质的可再生新能源，分布式发电技术在我国已经得到广泛的应用。风电场工程大多以工程承包为主要模式，精细化的工程管理是提高总承包工程附加值的最佳方法。利用EIM 技术能提高勘测设计的合理性及准确性，提高对工程项目的控制力，提高项目管理效率，增强企业竞争力。

图1 关键技术示意图

图2 道路、风机、实景融合进行道路路径优化选择

EIM 是利用各种信息技术、三维数字化技术组建一套涉及到设计、勘测、施工等阶段的信息化项目管理模式。风电场工程大多以工程总承包为主要模式，精细化的工程管理是提高总承包工程附加值最佳的方法。利用EIM 技术能提高勘测设计的合理性及准确性，提高对工程项目的控制力，能增加团队的沟通实现项目的精细化管理。在信息化管理日趋成熟的条件下甚至会改变项目管理的模型，新的项目管理模式将有效的提高项目管理效率，增强企业竞争力。

风电场工程大多以工程承包为主要模式，在工程总承包业务中，工程管理普遍存在信息孤岛、管理协同、资源配置等一系列问题。在精细化管理的理念指导下，充分利用三维数字化技术及信息化技术提高对工程项目的控制力，提高项目管理效率是主要目的。

以某风电场项目为例，该项目在工程勘测、设计、协同、工程管理四个方面都应用到了诸多三维数字化及信息化的关键技术。

勘测过程中使用的关键技术包括利用小型无人机摄影收集现场地形地貌的相片，通过实景建模技术利用相片计算生成风电场区域地形地貌的实景模型。施工图阶段，使用了三角翼机载激光雷达收集更精确的激光点云地形数据。

设计过程中使用的关键技术包括利用实景模型构建风电场区域的地形地貌三维数字化模型，利用三维数字化模型技术建立道路、风机、风机基础、升压站等模型。

采购及工程管理过程中使用的关键技术包括4D 施工计划、运输及吊装模拟、工程量统计、移动终端管控。

协同过程中使用的关键技术则包括平台中软件各个专业软件的设计文件通过ProjectWise集中管理，便捷的满足了工程协同设计以及设计过程管理。项目设计及管理中需要工程数据在各个设计团队、项目管理、监理等多个团队交互使用，标准格式i-model 帮助解决了不同格式数据信息贯通的难题。

新的关键技术是相对于以往在工程中的常规手段及技术而言，新技术采用的最终目的都是为提高效率、提高准确度、提高管控能力服务。

EIM 技术在路径优化选择过程中的作用

进站道路路径优化选择是项目初步设计过程中的重点。传统设计方法一般是工程师采用等高线平面图及正射影像为依据，凭经验选择最佳路径。传统的工作方法因为是在“平面图”上工作往往误判地形的影响，导致后期发现路径方案实施困难需要修改路径。

在新的勘测设计方案中，使用了小型无人勘测摄影及实景建模。风电场山地地形复杂且覆盖面积大，为了准确高效的收集地形地貌数据，在此工程中使用了小型无人摄影，并使用相片通过实景建模技术计算生成实景模型。通过实践总结，小型四旋翼无人机实地航飞拍摄相片可以看到人力不便到达的地方，大大节约人力和时间。现场勘测工作结束后，利用倾斜摄影技术计算航拍相片，生成三维实景模型。一方面能够清晰的展示地形、地貌、地物，让现实环境“一览无遗”；另一方面还能现场收集最新数据，更为有效反映地形地貌的现状。

道路路径优化选择的过程中，利用三维地形进行道路设计。通过道路模型、风机模型与实景地形模型的融合模拟工程环境，然后对道路路径分析、比选，综合评价之后选择最优化的路径。通过此方法完成的初步设计能真实准确的反映工程区域的现况，选择的路径可靠性高，在后期施工图设计中能大幅减少路径修改的几率，道路土方工程量的估算准确性相应较高。在总承包工程中，提高了初步设计对施工图阶段及施工建造阶段的支撑力度。

图3 精细化设计，依据模型统计工程量

EIM 技术在施工图设计过程中的作用

施工设计阶段主要设计工作包括风机检修平台、运输道路、风机基础、集电线路、升压站。施工图阶段的重要目的就是支持施工的可实施性，提供准确的设计及数据方便施工阶段的施工及质量管控。传统设计方法一般为“CAD 画图”，设计过程中道路土方、集电线路升压站材料都难以精细化。

在研究道路精细化设计及土方核算的过程中，使用了三角翼机载激光雷达收集更精确的激光点云地形数据。地形高程模型是道路设计、检修平台设计的输入条件之一，地形高程模型的精度直接影响到道路的精度及其土方工程量计算的精度。为了提高地形高程数据的精度，本工程施工图阶段采用机载激光雷达获取激光点云地形高程模型，最终转化为等高线地形以供设计。风电场施工图阶段完成道路详细设计；道路详细设计包括：纵坡、横坡及护坡。可以获得直观的三维道路模型，并能计算出道路施工的土方工程量，为施工投资控制提供了数据支持。

秉承精细化管理的理念，在工程设计中充分发挥三维数字化设计精细化的特点，通过三维模型把设计细化到“道路的放坡、风机基础的钢筋、集电线路的电缆、升压站的详细布置”。精确的工程模型作为施工管控的依据，提供了数据，支持了量化控制，达到了精细化管理的要求，提高了工程的质量。

EIM 技术在施工建造过程中的作用

施工建造阶段主要控制内容包括施工进度、工程造价、施工质量，在管控过程中协调各个部门多团队协同工作。

施工过程计划为主轴，本项目中使用了4D工程计划模型的技术。模型与甘特图的时间计划同步，模型采用不同颜色显示工程的进展状态，便于管理者做出决策。

精确的工程模型作为施工管控的依据，为项目相关管理人员提供了数据，支持了量化控制，达到了精细化管理的要求，提高了工程的质量。管控过程中利用Projectwise 协同、移动终端、三维模型等技术手段，提供了便利的协同。强大的协同能力进一步帮助设计团队、施工管理团队、监理、工程管理团队共同工作。通过施工团队、监理团队采集道路施工关键数据，反馈给设计团队。通过三维模型及数据对比，控制质量。不同颜色反应工程状态；红色需要修改，蓝色等待数据反馈，橘红施工、校核已确认。

EIM 工程应用的成效

通过风电场总承包工程中利用EIM 的创新勘测设计、施工管理手段与传统方法相比较体现了众多优势。

EIM 工程的应用优点体现在各专业协同设计、方案展示、设计优化、流程优化、提高设计质量、提升设计效率、减少设计返工、设计施工一体化、改善施工管理、缩短工期、降低工程总投资、提升工程控制力等多个方面。在某风电工程中具体经济成效如下：

在设计阶段，风电工程项目采用三维数字化设计，各专业在统一的模型空间中进行协同设计对道路路径进行优化比选，完成道路详细的设计，减少了人工设计校核的工作量，大幅提高设计效率；在施工过程中大大减少了施工返工率。据统计，有效避免了后期返工10 余处，节约项目投资50 万余元。

项目采用三维模型完成电缆布置、电缆路径规划等工作，通过电缆模型与数据的支持，在统计电缆工程量时提供准确的数据，节约投资30 万余元。

采用三维高程地形模型进行场地平整土方计算，并生成网格土方施工图，提出最优的土方施工方案。项目通过最优的土方平衡方案，使挖方土在填方施工场地区域消化，减少土方外运。

图4 可视化工程计划模型

项目采用三维数字化设计进行了全厂建筑、结构、水暖、道路地坪模型布置。利用模型进行地下管道及基础碰撞检测，在设计阶段修改了16 处碰撞，提高了设计质量。

EIM 技术在工程设计领域发展的展望

EIM 技术在设计领域相比传统设计“CAD画图”方法有着更丰富的技术手段，其关键技术包括构建地形地貌实景三维数字化模型，建立工程三维数字化模型，协同设计、碰撞检测、工程量统计等。

目前三维数字化设计大部分工作由工程师手动完成，效率有待提高，三维设计软件的功能有很大提升空间。数据互通、设计规则定制、建模出图自动化等手段的应用将会使三维数字化设计从手动设计发展为自动化设计。

当设计自动化阶段完成后，基本已具有工程模型、数据、设计规则高度集成的三维软件及工程数据库。下一阶段再深化研究工程输入条件对设计方案及结果的影响，研究、提炼智能设计方法，使自动化设计提升到智能设计。当技术达到智能设计阶段将全面解放工程师的生产力，提高工程设计质量和效率。

以互联网为代表的新技术革命正席卷全球，加速向经济社会各领域渗透融合，不断催生新产品、新业务、新模式、新业态，深刻改变着个人生活、企业生产、经济运行、社会管理和公共服务。信息化技术包含大数据、物联网、云计算、移动互联网等技术内涵。

三维数字化设计技术是地理信息系统、三维建模技术、数字化协同设计技术、数字化设计成果移交技术的集成应用。三维数字化模型具备关联性、唯一性、溯源性等特征，三维数字化成果包含大量基础信息，适合辅助从规划设计到建设运行各阶段的管理要求。

EIM 工程的研究应用为信息化工程管理提供了基础支持。三维数字化模型归纳到工程数据中心，可以对数据进行梳理和归纳。通过工程数据中心数据的支持，三维模型对工程的可视化，再配合项目管理系统可以形成一套可视化的项目管理系统。梳理项目管理信息系统应包括以下内容：项目综合管理、合同管理、成本管理、资金管理、分包管理、进度管理、材料管理、机械设备管理、质量管理、安全管理、技术资料管理、报表管理。最终融合成一套利用各种信息技术，涉及到设计、勘测、施工、运维等项目全生命周期各阶段的信息化项目管理模式。

当今，精细化的工程管理理念在行业内已经达成共识。利用好信息化项目管理系统及三维数字化模型全生命周期管理的辅助，将能增强对工程的控制力，并达到工程管理精细化的目的。这种工程管理模式能储存工程中的过程信息数据，并在经验积累的过程中，不断地改进、完善工程管理信息系统，从而提高工程管理水平，提高企业竞争力。

图5 道路施工管控过程示意图