BIM技术在变电站施工中的应用

刘大平，张金锋，谢登科，金士舟，张倩妍

1 引言

现阶段变电站施工很容易出现施工质量等问题，为尽可能保证变电站施工质量、进度及安全，围绕BIM技术在变电站施工中应用开展研究很有必要。

2 BIM技术在变电站施工中的应用路径

2.1 场地分析及施工模拟

在开始变电站施工前，场地分析极为关键，需要将周围环境与变电站的外观、方位联系起来。传统场地分析的局限性很强，容易出现过多数据信息难以处理、主观因素过重等问题。在BIM技术支持下，通过与地理信息系统的结合，即可基于场地数据和变电站拟建空间进行空间模型建设，场地分析可快速得出结果，更好为场地使用条件评估和后续设计与施工提供支持。通过将施工进度计划与BIM技术相结合，可以开展施工组织及施工进度模拟，辅以可视化4D模型整合变电站施工的空间信息与时间信息，变电站的施工全过程即可实现直观、精确展现。施工的资源、进度、质量可依托4D施工模拟实现统一控制和管理。基于科学的施工计划制定、施工进度的精确掌控、科学合理的场地布置，即可最终实现工程质量提高、工程工期缩短、施工成本降低，BIM技术的应用价值可见一斑[1]。

2.2 实现施工设计优化

变电站施工设计层面BIM技术的应用也不容忽视，由于现阶段变电站工程对工期有着严格限制，这就使得繁重的设计任务无法由二维设计平台按期完成，传统设计存在的抽象化、费时费力、修改难度过高等缺陷也会对工期控制带来严重负面影响。通过引入BIM技术即可开展变电站的三维设计，实现设计的实体可视化，更加直观、透明的各专业配合能够由此顺利实现，各专业沟通、合作也能够更好开展。相较于传统二维设计，基于BIM技术的三维设计可消除思维盲区、规避各类漏洞，通过BIM技术开展碰撞检查，设计存在的碰撞问题也能够及时发现和处理，不同专业出现的设计矛盾可在施工前发现，施工可能面临的障碍能够提前扫除。同时，施工过程可通过BIM技术进行实时监测，由此开展的施工管理能够保证施工取得接近预期的效果，施工过程协同能力提升也可顺利实现[2]。

2.3 为项目管理和运维提供服务

BIM技术能够较好服务于变电站施工的高效、精细管理，可同时实现施工质量提升和项目成本降低，人力资源、质量、成本、范围、时间、采购、沟通等均属于BIM技术的应用范畴。以上文提及的4D施工模拟为例，BIM技术可较好服务于变电站施工的时间管理，BIM模型导出的工程量则可用于工程成本管理，BIM技术支持下可更好开展的碰撞检查也能够为施工质量控制提供支持。值得注意的是，在变电站运维阶段，BIM技术也能通过对基础模拟紧急突发情况，评估风险和损失，为管理工作提供依据。通过对材料、装饰、设备的空间定位，BIM技术在变电站故障检修、设备调试等方面也能够发挥关键性作用，并能够做到判断估计设备故障概率，以及快速的元件位置定位。[3]。

3 BIM技术在变电站施工中的具体应用

3.1 工程概况

本文以安徽阜阳煤化工园220kV变电站施工中BIM技术的应用作为研究对象，该工程位于安徽省阜阳市颍东区口孜镇稻改乡，计划建设属于户内智能站的变电站，总用地面积、围墙内占地面积分别为0.9377hm²、0.7293hm²，主要由警卫室、配电装置楼、消防水池、雨水泵池、消防泵房、事故油池、电缆沟等组成，同时设置有场区土方平整、防雷接地系统、站区给排水系统、检修地坪及广场、站内外道路等站区性建筑。

3.2 BIM技术的具体应用

3.2.1 数字化建模

本项目选择了MicroStaion作为平台和环境，协同设计平台为ProjectWise，同时选择Synchro 4D用于4D施工进度模拟，图1为各专业协同设计示意图。

图1 各专业协同设计示意图

工程采用AH-220-A2-3（35）方案，总图设计包含地形建模、站内道路、进站道路、围墙、挡土墙、电缆隧道等，图2为站址及周边地形模型示意图。

图2 站址及周边地形模型

工程还采用BIM技术开展了电气一次、电气二次、建筑、结构、给排水专业的设计。结构模型整体建模采用PKPM结构计算软件，建筑物的结构可通过在三维设计软件中导入优化后的带属性模型实现直观立体反映。

由于电气设备能够基于BIM技术应用生成的轴网及建筑模型针对性布置，布置合理性控制、空间距离校验得以顺利开展。模型能够给出所有电气设备完整的属性参数，根据属性参数即可在最终设备材料的统计中逐一列出各类设备，相较于手工统计的准确性更高。

3.2.2 碰撞检测

在完成暖通专业设计后，工程基于BIM技术对建筑、电气、结构、给排水等专业综合开展了碰撞检查，共发现10余处碰撞点，由此开展专业间协调处理，辅以针对性的标高调整，设计要求得以满足，施工图阶段的大量修改得以规避。对于施工图阶段存在的大量暖通设计，在BIM技术支持下，相关设计内容实现了一定迁移，在综合考虑系统平面布置位置、消防排烟量、通风量、冷热负荷的同时，强化了对系统空间位置的思考，这一过程得到了各专业配合。通过BIM技术解决管道与电气设备、结构梁、结构柱的碰撞问题，具体施工过程中可能受到的阻碍得以有效排除。

3.2.3 动态施工模拟

基于平台的模拟功能，工程对重要电气一次设备的运输、安装、吊装开展了针对性的模拟，如主变压器、套管、GIS组合电器等。通过调用软件中丰富的运输车辆及吊车模型库，可对运输、吊装过程的设备或吊车碰撞情况进行实时查看，现场施工方案的可行性得到保障，施工风险得到了有效控制。此外，动态施工模拟还对工程涉及的施工过程进行了真实预演，这为现场施工提供了更多的依据和支持。

3.2.4 具体施工

传统变电站施工很容易出现效率低下问题，结合相关调研可以发现，27%的变电站施工需要进行返工，同时施工过程的材料、劳动力浪费问题也较为严重，因此本工程基于BIM技术综合人员、机械设备、场地、材料、设计等多方面信息，对施工进度开展了针对性模拟。在4D施工模拟支持下，施工过程得到了直观反映，各专业施工顺序协调、专业化的施工队伍建设也得以获得有力支持。基于数字化建模成果，施工单位可结合实际情况对其进行进一步优化，并以此开展4D施工模拟、施工现场管理、质量控制等工作，煤化工园220kV变电站施工的数字化水平受此影响大幅提升。在优化施工方案的过程中，基于BIM技术的支持，以及对工程合同条件和相关信息的收集，工程针对性制定了科学的计划和目标，包括质量目标、安全目标、工期目标等，如质量目标内容包括全面应用通用设计、标准工艺、通用造价、通用设备，实现“零缺陷”投运、通过达标投产考核、工程质量评定为优良、使用寿命满足设计及公司质量管理要求。基于目标，工程对相应经济、合同、施工组织措施也开展了针对性制定。如施工组织措施由分公司统一部署、保证不同施工区域在空间上的独立施工和在时间上的互不干扰、强化施工图纸会审的准备、强化各专业的协调与配合。相关工作的具体开展也充分应用了BIM技术，如基于4D施工仿真开展可视化交底，在施工图纸会审过程中应用BIM技术直观、精确展示可能出现的施工问题，通过全过程进度模拟对施工作业面划分、施工工序安排、施工交通组织优化，以及直观模拟具备较高安全风险等级的施工作业内容及具体事故情况。最终，工程基于BIM技术科学完成了施工方案、机械设备布置的优化，施工方案的科学性、合理性、经济性、实用性得到了保障。此外，基于自动关联的BIM-4D施工进度模拟软件Synchro 4D，可在施工过程中逐步添加进度计划、施工任务等信息，由此开展的4D施工仿真即可进一步强化施工现场的动态结构分析、模拟动画、碰撞检测，相关问题出现前的自动报警、科学无误的施工方案和相关数据获取可由此实现，工程施工过程中的返工减少、资源节约、施工质量提升也能够获得有力支持。

4 结语

综上所述，BIM技术在变电站施工中的应用价值较高。在此基础上，场地分析及施工模拟、实现施工设计优化、为项目管理和运维提供服务、技术应用实例等内容，则直观展示了变电站施工中的BIM技术应用路径。为更好发挥BIM技术的优势，变电站施工还应关注基于BIM技术的施工关键线路的优化、动态化的施工模拟开展等探索。