基于BIM的变电站土建工程质量验收管理

马文亮，陆 莹，王 荣，王宇涛，刘 洁

(1.国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211189;2.东南大学 土木工程学院，江苏 南京 211189)

作为传输电力能源的基建工程，变电站主要通过内部电气设备对电压进行增减变化以更好地传输和使用电力能源，在电力行业中具有举足轻重的地位。然而在工程建设中，变电站土建工程的质量仍缺乏有效控制。根据以往的运行情况发现，变电站土建工程不同程度出现地基结构破坏、房屋结构渗漏等质量问题[1～3]，严重影响电力行业的发展。究其原因，质量验收作为保障工程质量安全的重要监管手段，其不当的操作为施工质量埋下隐患。验收工作需要验收人员熟悉相关标准规范，能够准确测量、比对、记录和保存数据，最终将验收结果形成文档并传达。而当前传统的手工获取查阅验收资料、记录整理验收结果的方式使得验收效率和质量低下，存在查询规范条文困难、记录数据不准确、整理文档繁琐等问题[4]。因此，有必要建立高效的变电站土建工程质量验收管理体系，结合先进的信息管理技术，开发智能化质量验收工具，提高变电站土建工程质量验收工作的效率和质量，进而有效避免质量缺陷的发生。

由于设计数据与质量数据、施工过程与质量控制过程的一致性，BIM(Building Information Modeling)技术在质量管理方面有巨大潜能[5]。BIM技术强大的数据整合能力，支持各专业人员之间的信息共享和协同，在质量验收管理中能极大简化工作流程、提高验收效率，国内外相关研究已有很多。Tsai等[6]提出了一种基于BIM和移动计算的施工质量检测方法，在现场巡视之前，检查人员根据预先生成的BIM图像，通过移动设备上的相应施工信息表单，确定检查任务和位置，并在施工现场输入检查数据；Ma等[7]开发了一个结合BIM和室内定位技术的协作平台，以自动识别检查项目和相应的目标对象，降低了检查项目疏漏的风险；Chen等[5]利用质量标准和规范建立了包含过程、组织和产品信息的质量模型，然后将其集成到一个基于BIM的4D虚拟应用程序中，以识别施工过程中的质量控制标准和责任分配；Zhou等[8]设计了基于BIM的施工质量验收及数字化档案管理系统，实现施工质量检验评估全控、数据交互共享、过程痕迹追溯等功能；王茹等[9]针对施工质量符合性检查以及质量数据集成方面存在的不足，以建筑装饰装修质量检查验收为例，开发了装修质量信息模型D-QIM，通过BIM技术将施工过程中的质量信息与模型中的构件建立联系，以实现全过程质量可视化控制；马智亮等[10]结合我国质量验收标准，基于BIM开发建筑工程施工质量监管系统，能够自动生成施工质量检查点，使施工数据采集标准化；曹江红等[11]提出在验收现场发现质量问题时，通过手持设备读取构配件并将质量信息上传到BIM模型中，进一步可以对问题进行处理和统计存档；朱素娟[4]通过软件比对BIM竣工模型与施工图模型的差异以提高规划验收的效率和准确性。

可见BIM技术在建筑工程质量验收管理中已被广泛使用，而在变电站质量验收管理中，现有研究大多从思想和概念上提出BIM应用的浅层次框架[12,13]，尚缺乏技术角度的探索，本文尝试借鉴建筑行业利用BIM技术进行质量验收管理的方式，探索BIM技术在变电站土建工程验收阶段的应用。针对变电站土建工程质量验收中存在的验收方式粗犷、效率低下问题，基于BIM技术，将数据存储与提取、验收人员检查与输入、智能化验收分析等功能和变电站BIM模型进行集成，从技术角度改善传统的验收方式和流程，构建智能化验收体系以保障变电站土建工程质量。

1 基于BIM的变电站土建工程智能化质量验收体系

电力行业中土建工程的质量标准普遍高于建筑行业，这对变电站土建工程的质量验收工作提出了更高的要求。本文的质量验收是指在规定的时间节点，根据相关的规范标准和设计、建设要求，对包括可行性研究、设计文件、材料机械、进场人员、工程实体等在内的对象进行检查，要求检查数据必须符合规范和设计要求，以保证验收对象的质量水平。

参考电力行业的规范标准[14,15]，针对变电站土建工程质量验收工作进行实地考察调研，结合变电站相关管理人员的意见，总结了当前普遍适用的变电站土建工程质量验收环节，主要分为可研初设评审、施工组织设计评审、进场人员审查、材料机械设备进场验收、隐蔽工程验收、中间验收和竣工预验收等七个环节。每一环节均实行验收闭环管理，即PDCA循环管理，针对出现的质量缺陷必须经过整改后进行重新验收，直到所有项目验收合格方可进行下一项工作。

BIM技术所具备的构件模型可视化、多用户协作、外部交互性、可开发性等功能，为减少质量验收工作的繁琐和实现质量验收方式的智能化、高效化提供了解决途径。本文以BIM模型和规范数据库为基础，分解变电站土建工程质量验收的七个环节，重点以中间验收为例，构建智能化验收流程，形成基于BIM的变电站土建工程智能化质量验收体系，如图1所示。

图1 基于BIM的变电站土建工程质量验收体系

在工程实施过程中，验收的每一环节都将进行BIM智能验收工作，直至该环节验收合格，方可进入下一个环节的验收。当所有环节的工程均验收合格时，该工程方可全部通过验收。对于验收人员而言，在使用该体系进行验收时，关键在于利用该体系所提供的智能化验收工具箱对每个环节依次进行验收，从而有效提高验收工作的成效。

该体系中的BIM智能验收流程包括以下3个方面的工作：

(1)获取验收规范表。变电站土建工程通过BIM技术进行设计，并与变电站土建工程质量验收规范数据库进行交互，建立BIM模型与规范数据之间的联系；

(2)智能化分析。在验收过程中，验收人员利用BIM软件进行质量验收。初次验收时，验收人员拾取界面中的BIM模型获取相应的验收规范表，对应的验收项目、质量标准、检验方法等内容均在用户界面中体现，验收人员只需根据要求将现场检查数据填入界面中，BIM软件将自动比较质量标准和检查数据以得出验收结论，并更改模型填充颜色以区别不同验收状态的BIM模型；

(3)存储验收记录。在一次工程质量验收结束后，验收人员需提交本次验收记录或缺陷记录，记录将会存储于验收规范数据库中。当验收对象存在不合格项目时，需对缺陷项目进行再次验收，直到工程质量验收合格后，方可进行后序工作。

2 变电站土建工程质量验收规范数据库

质量验收规范数据库是建立变电站土建工程智能化质量验收体系的基础。基于电力行业专用的变电站土建工程质量验收规范[14,15]，以Microsoft SQL Server Management Studio 18作为验收规范数据库的创建平台,以Revit 2019作为BIM技术的软件平台，通过设计各种数据表格及其之间的关系创建验收规范数据库。本文所创建的验收规范数据库应满足以下4点要求：

(1)完整性：验收规范数据库应完整囊括变电站土建工程质量验收所需的所有信息，包括验收阶段、验收工程、验收项目、质量标准和检验方法等五部分内容；

(2)交互性：验收规范数据库能够与BIM模型进行交互，既能实现BIM模型与数据内容的对应关系，也能提供数据的流通和存储功能；

(3)易用性：验收规范数据库应尽量结构简单、内容简洁，能够满足验收人员对验收数据的更新、维护和完善的需要；

(4)双重性：验收规范数据库既需要提前存储验收规范内容，也需要现场存储验收记录，以便验收人员对验收数据的使用和整理。

根据上述要求，创建了6种数据表格及用于内容存储和调用的表格关系，如图2所示。验收人员可在Revit界面中提取所需的验收规范表，验收结束后也可将验收记录和缺陷记录存储于数据库中。该数据库满足所提出的功能设计要求，为智能化质量验收的实现奠定了基础。其中，验收记录表和缺陷记录表用于存储验收记录，并在缺陷整改验收和后续工作中进行调用。

图2 数据表及其逻辑关系

3 变电站土建工程智能化质量验收工具箱

作为BIM领域中广泛应用的软件之一，Revit在其本身强大功能的基础上，为不同用户的特殊需求提供了实现的可能，即Revit二次开发技术。该技术通过Revit自带的API接口实现外部功能与内部模型的交互，扩展了Revit软件的应用领域。为实现变电站土建工程智能化质量验收体系的功能，基于Revit二次开发技术，本文以Revit 2019作为BIM平台，以Microsoft Visual Studio 2017作为开发环境，以C#作为编程语言，以Microsoft .NET Framework 4.7作为目标框架，通过创建外部应用的方式开发智能化质量验收工具箱。

3.1 工具箱开发

本文通过Revit二次开发功能开发工具箱，实现在Revit中操作BIM模型和规范数据库中的数据，如图3所示。首先在Microsoft Visual Studio 2017中创建工具箱与数据库和BIM模型之间的联系，以使数据能够在三者之间流通。其次，开发工具箱的功能代码，依次包括：

图3 工具箱开发

(1)根据用户信息获取BIM模型属性信息；

(2)从数据库中提取验收规范表；

(3)智能化分析：自动比较用户输入数据与验收标准，判断该验收对象是否通过验收，根据验收结论以不同颜色填充模型；

(4)对不合格项目进行再次验收。

最后，开发工具箱的用户界面并导入Revit中，生成UIRibbon选项卡及三个功能按钮，如图4所示。

图4 UIRibbon选项卡

3.2 用户操作

(1)获取验收规范表：验收人员首先通过点击 “选择验收阶段”，填入基本信息并选择当前验收阶段，如图5所示。再根据现场需要验收的对象，拾取Revit中对应的BIM模型。之后，点击“质量验收规范表”，获取初次验收对应的质量验收规范表，如图6所示。

图5 选择当前验收阶段

图6 中间验收规范表

(2)智能化分析：根据表中内容逐项检查，每填完一个项目，即可点击“验收”按钮得到验收结论。当所有项目均为“合格”时，对象模型填充颜色将由默认颜色变为“GREEN”。若存在项目为“不合格”时，对象模型颜色将变为“RED”。只有当所有模型颜色均变为“GREEN”后，验收工作才算完成，否则需要在整改后点击“缺陷验收规范表”对“RED”模型进行再次验收。

(3)存储验收记录：当验收项目均为“合格”时，可点击“验收合格”存储验收记录并结束本次验收。否则，只能点击“缺陷报告”存储验收记录和缺陷记录并结束本次验收。

4 实例应用

某500 kV变电站新建工程，站址区域为农田，场地平整、开阔，站址场地自然地坪平均高程约为1.70 m，设计高程±0.000 m相当于1985国家高程3.700 m。本期500 kV变电站新建工程规模为1×1000 MVA，全站总建筑面积约为1159.2 m2，站内建筑物均为一层框架结构，变电站BIM模型如图7所示。

图7 某变电站新建工程

根据本文提出的变电站土建工程智能化质量验收体系，该变电站新建工程的土建工程应随着工程的实施依次通过可研初设评审、施工组织设计评审、进场人员审查、材料机械设备进场验收、隐蔽工程验收、中间验收和竣工预验收等七个验收环节。每个环节的具体验收工作都应遵循BIM智能验收流程进行落实。

变电站土建工程验收工作的相关规范标准已通过数据库技术集成于质量验收规范数据库中，供验收人员进行调用。

本文选取中间验收环节中，该变电站主控楼的现浇混凝土框架柱作为验收对象，使用开发的智能化质量验收工具箱对该对象进行BIM智能验收。

(1)获取验收规范表

运行“选择验收阶段”功能，选取中间验收作为该对象的验收阶段。拾取该对象BIM模型，运行“质量验收规范表”功能，在Revit中获取相应验收规范表的用户操作界面。

(2)智能化分析

根据显示出的验收规范表进行项目验收。由于该验收过程中存在不合格项目，因此拾取的验收对象BIM模型以颜色“Red”进行填充，以提示验收人员进行整改和缺陷验收，如图8，9所示。

图8 初次验收用户界面

图9 初次验收不合格

在对不合格工程进行整改后，进行缺陷项目验收。运行“缺陷验收规范表”功能，根据缺陷验收规范表对质量不合格项目进行再次验收，直到所有项目均为“合格”，此时所拾取对象的BIM模型以“Green”显示，如图10，11所示。

图10 缺陷验收用户界面

图11 缺陷验收合格

(3)存储验收记录

通过点击“缺陷报告”和“验收合格”，相应的缺陷记录和验收记录将自动存储于变电站土建工程质量验收规范数据库中，用于缺陷验收时缺陷记录的调用和竣工时验收记录的导出。

通过使用基于BIM和二次开发技术的智能化质量验收工具箱，该现浇混凝土框架柱的质量验收工作实现了无纸化、可视化、数字化和智能化变革，验收内容无需翻阅相关规范和制作纸质验收表格，验收规范、验收数据、验收记录的存储和调用通过验收规范数据库和Revit交互得以实现，验收数据的比对和验收结论的得出也由工具箱自动执行。在整个验收过程中，验收人员只需执行“选择”、“填写”与“点击”的简单操作，即可高质量、高效率地完成验收工作。

同时，该工具箱允许验收人员对不合格项目进行缺陷验收，能够形成完整的验收闭环，符合实际验收工作的需要。在竣工资料的整理中，只需访问验收规范数据库即可获取验收记录和缺陷记录，无需多次在验收过程中收集整理，简化了该阶段的工作。

在基于BIM的变电站土建工程智能化质量验收体系下执行验收工作，不仅保证了整个土建工程不同环节验收工作的全面性，同时也保证了每一环节具体验收细节的质量和效率，即使出现工程存在质量缺陷的情况，也不会被忽略或掩饰，必须整改合格后才能实施下一步工作。另外，数字化的信息和有效的存储方案也为工程的结算、决算、备案与存档等提供了方便。

本文所开发的智能化质量验收工具箱能够满足变电站土建工程质量智能化验收的要求，具有良好的实际应用价值。

5 结 语

本文基于Revit二次开发技术和SQL Server数据库，针对变电站土建工程质量验收成效不佳的问题，以中间验收为例，开发了智能化质量验收工具箱，在Revit界面上直接实现土建工程质量的智能化验收。该工具箱集成了验收规范及数据的存储调用，验收数据的自动比对，验收结论的自动生成和验收工作的闭环管理等内容，并在实例应用中体现了工具箱的应用价值。

相较于传统的质量验收工作，该工具箱的使用优化了验收的形式和内容，舍弃了大量的纸质验收规范表，减少了查阅规范标准的繁琐工作，节省了统计验收结果的时间，避免了数据丢失和难以查阅的情况发生，有效提高了变电站土建工程质量验收工作的效率，保障了变电站土建工程的质量，既满足智能化变革的要求，也说明了BIM技术在电力行业中具备巨大的发展应用前景。

在未来的研究中，可将电力行业中的土建工程质量验收工作与电气工程质量验收工作相结合，并在此基础上扩宽BIM技术的应用维度，引入如进度、成本、风险、劳动力资源等研究对象，进一步推动电力行业质量验收的智能化变革。