BIM 技术在山地风电项目施工中的应用

王兴盛，李亮，李久石，杨旭，郭宁昊

（1.中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457；2.沈阳慧筑建筑科技有限公司，沈阳 110012）

1 引言

在国家大力推动“双碳”背景下，传统的发电模式因环境污染问题被屡屡诟病，而风力发电可以减少二氧化碳的排放量，助力碳中和环保。相关公开数据显示，风力发电时，每千瓦时发电二氧化碳排放量中值为11 ～12 g，而光伏发电碳排放量为48 g/（kW·h），水电发电为24 g/（kW·h），天然气为490 g/（kW·h），传统的煤电方式最不环保，碳排放量高达820 g/（kW·h）。

我国国土面积广阔，选择山地风电是一种新兴的绿色能源项目，具有非常广阔的发展前景。与传统的风电场相比，山地风电项目具有以下特点：一方面，山地风电场在地形和气象条件上具有更高的复杂性，因此，需要更加精细的工程设计和施工方案；另一方面，山地风电场具有更加复杂的土地利用和环境保护问题，需要更加注重生态环境保护和社会责任。因此，在山地风电项目的建设过程中，需要克服诸多困难和挑战。

如何有效管理和优化施工过程成为一个重要的问题。传统的施工管理方法往往无法满足复杂的山地环境和工艺要求。BIM 技术作为一种集成的建筑信息管理工具，具有优秀的空间分析和可视化能力，可以为复杂山地风电项目的工艺流程管理提供有效的解决方案。

2 开原市中固镇100 WM 风力发电项目

2.1 项目概况

开原市中固镇100 WM 风力发电项目共布置有21 台风力发电机组，其中6 台单机容量4 MW，15 台单机容量5 MW。项目地貌主要为丘陵地形，项目区域南部属于中固镇，东部属于马家寨镇，北部属松山堡乡，机位点海拔高度在200 ～300m，平均海拔高程约240 m。集电线路南区和北区共163 基铁塔，采用钢筋混凝土基础，铁塔点位多，跨越距离大，跨越39 km。

2.2 项目重难点

在山地风电项目建设过程中，依然存在着多种难点和问题，主要包括以下几个方面：（1）地形条件复杂，建设难度大。山地风电项目的建设地点通常处于山区、丘陵地带或者海拔较高的地区，地形条件非常复杂，如地势陡峭、地形起伏大、土质松软等，这些地形条件给前期施工勘测、风电机组的安装、运输、基础建设等带来了极大的困难。（2）工程量认定争议。因为风机安装基本都在山坡顶部，如何安排施工路线，土方挖方量等都存在较大不确定性误差。（3）环境保护要求严格，社会责任重大。山地风电项目建设对生态环境和当地社会产生的影响很大，因此，需要更加注重环境保护和社会责任。同时，山地风电项目建设需要涉及多个部门和利益相关方的协调，如土地、水利、环保等，需要考虑到多方面的利益平衡和协调。（4）施工过程中因为点位多、跨距大造成的协调管理难度大。

3 山地风电项目BIM 技术应用难点分析及解决方案

3.1 项目BIM 应用难点

山地风电项目需要涉及多个专业领域的工程师和技术人员，如机械、电气、土建、环保等，需要进行多个专业领域的协调和管理。同时，山地风电项目施工过程中需要考虑到施工现场的安全、进度、质量等多个方面的要求，需要进行精细化的施工管理。在这样的背景下，BIM 技术的应用可以为山地风电项目的建设和管理带来多方面的优势。

BIM 技术具有以下特点：（1）信息整合性。山地风电项目的建设涉及多个领域的工程师和技术人员，需要进行多个专业领域的协调和管理，BIM 技术可以将多个专业领域的信息进行整合和管理。（2）可视化展示性。山地风电项目建设需要面对地形复杂、环境保护要求高等挑战，需要进行精细化的设计和施工管理，BIM 技术可以实现数字化建模和可视化展示，能够更加准确地掌握地形信息、环境条件等多个方面的信息。（3）协同管理性。山地风电项目建设需要涉及多个专业领域的工程师和技术人员，需要进行多个专业领域的协调和管理，BIM 技术可以实现多个专业领域的协同管理。（4）全生命周期管理性。BIM 技术可以在数字化建模的基础上进行全生命周期的管理，而山地风电项目建设和运营需要考虑到多个阶段的需求，需要进行全周期的管理，因此，BIM 技术的全生命周期管理性也可以很好地应用于山地风电项目中。

综上所述，BIM 技术特点与山地风电项目的特点结合可以发挥其优势，使得BIM 技术能够更好地应用于山地风电项目的建设和管理中，提高建设和运营效率，降低成本，提升项目质量。

3.2 山地风电项目BIM 技术应用解决方案

BIM 技术的相关理论主要包括数字化建模、信息协同和可视化管理3 方面。

3.2.1 BIM 模型建立

BIM 建模是BIM 技术的核心，也是BIM 技术在风电项目中应用的基础。BIM 建模可以将建筑物、结构物和设备等物理实体信息数字化，形成三维模型，并且可以将相关的信息与之关联，如材料、构件、尺寸等。在风电项目中，BIM 建模可以利用数字化建模技术对风电场地形、地质、环境等进行数字化建模，辅助规划风机布局、维护通道、施工道路等，提高建设效率和质量。

3.2.2 BIM 协同管理

BIM 协同是指多个专业领域的工程师和技术人员通过BIM 平台进行信息协同和协作。在风电项目中，BIM 协同可以实现不同领域的工程师之间的信息交流和共享，提高项目的协调和管理效率。比如，机械、电气、土建等不同领域的工程师可以通过BIM 平台将各自的设计信息进行整合，从而实现协同设计和施工管理。

3.2.3 BIM 可视化管理

BIM 可视化是指利用虚拟现实技术将BIM 模型进行可视化展示。在风电项目中，BIM 可视化可以将设计模型转化为三维模型，实现数字化展示，使得设计方案更加直观、形象，有助于客户的理解和决策。同时，BIM 可视化还可以在施工阶段进行虚拟施工，通过虚拟实境进行模拟，提高施工安全和效率。

综上所述，BIM 技术在风电项目中的应用，需要从建模、协同和可视化等方面入手，通过数字化建模、信息协同和虚拟现实等技术手段，实现风电项目的精细化设计和施工管理，提高项目的效率和质量。

4 山地风电项目的BIM 应用

BIM 技术在山地风电项目施工中具有广泛的应用，可以帮助项目管理人员、建筑师、工程师和施工队伍更好地协调和管理项目进程，提高项目效率和质量。本文以位于辽宁省铁岭市开原市境内的山地风电项目为例，介绍BIM技术在该项目中的应用情况和应用效果。

4.1 场地分析模拟

因为本项目共需架设风机点位21 个，同时各个场距较大，项目施工部署难度较高，技术团队首先通过卫星地形图及设计图纸确定各个点位实际位置，规划前期施工部署方案，同时利用无人机对施工各域实际情况进行倾斜摄影、正射影像的拍摄和测量，拍摄成果形成点云数据，并生成可多角度浏览的三维模型，从而获取更加精确的模型数据，验证部署方案的可行性及合理性。图1 为卫星图对风机安装点位进行标注，图2 为倾斜摄影航线规划图。

通过无人机倾斜摄影生成三维模型验证初期施工方案，分析各域风机安装地块高程及其周边道路坡度，避开深沟及高程偏差较大的地界，大大减少传统人工多次测量耗费的人力物力，为项目提前进入施工提供了宝贵的经验，也大大缩短了工期。通过BIM 技术的支持，无人机获取的点云数据可以直接集成到BIM 模型中，实现项目数字化建模和精准化管理。

施工阶段结合施工总进度计划，利用BIM 模型计算出集电线路铁塔基础、风机基础等所需钢筋、模板以及主要构件等材料量和场地占用，选择多风机共用道路中间地带作为材料堆放中转场，做好材料堆放分配工作。

4.2 道路优化

经过无人机倾斜摄影及现场实际勘测，很多风机点位所在位置不具备风机相关构件、集电线路构件的运输及施工车辆通行条件，同时因为风电设备的体积以及容量较大，在运输以及施工时存在较多不便利性，所以通过倾斜摄影三维影像对运输道路进行优化设计，充分考虑风电设备及叶片等大型构件物的运输转弯半径等，利用BIM软件对运输道路进行规划设计，结合地形模型和土方开挖量，确定运输道路的位置、长度、宽度、坡度等参数，通过调整优化设计高程线，调整前后坡度，控制纵坡坡度在18%范围内，以及通过横断面，控制道路挖填方，确保运输道路的安全、稳定和可行性，如图3 所示。

图3 倾斜摄影道路规划

在确定挖方路段施工的同时开展对应填方区域的施工，最大限度利用弃渣，减少渣土临时转运和二次运输，有效提高施工效率，提升工程质量。

利用BIM 可视化应用可以将施工阶段多次倾斜摄影数据进行复核，实现数字化展示，使得现场施工动态更加直观、形象，校核施工与策划一致。同时，在山地风电项目中，由于施工环境复杂，利用BIM 可视化技术在施工准备阶段进行虚拟施工交底，可以帮助施工人员更加清晰地了解施工过程，提高施工效率和质量。

4.3 风电塔架及集电线路模型搭建

风力发电项目设备构件型号及数量较多，利用Revit建立风力发电项目设备构件专用族库，如风机、塔筒、基础、道路、通道等进行数字化建模，减少重复建模，提高工作效率。利用已创建的风机基础、塔筒、机舱、叶轮等设备构件模型，按照相对位置进行精确合模，形成风机结构模型。

同时因为需要对风能产生的电力进行传输，通过集电线路传输至升压站后并入国家电网，对于升压站按结构、建筑、机电专业分别建模，链接各专业模型进行合模，碰撞检查发现冲突及时做出优化调整，创建场地模型并添加相关设备族形成升压站整体模型。

4.4 工艺流程可视化模拟

根据项目进场编制的施工组织设计，将道路施工、集电线路、风机基础、风机吊装等单项工艺流程与BIM 模型相结合，通过施工推演以及进度展示，对施工过程进行三维动态模拟和展示，以便现场工程师和管理人员更直观地了解施工部署和发现过程中的不足及时进行优化。

通过BIM 技术对工艺流程进行可视化模拟，可以提高施工效率和质量，降低误差和漏洞的风险，推动项目的顺利完成。（1）地形建模：结合实际地形测量数据，利用BIM 软件对场区地形进行三维建模，包括地形起伏、山脉分布、道路、河流等，为后续的施工提供参考。（2）风机基础建模：根据风机型号和设计要求，利用BIM 软件对各个风机的基础进行三维建模，包括基础的尺寸、形状、深度、钢筋等细节，深化基础钢模板，形成CAD尺寸图，提前进行预制加工。（3）集电线路建模：根据实际设计方案，利用BIM 软件对集电线路进行建模，包括铁塔、导线、绝缘子、接地等，同时模拟集电线路基础施工流程，提前加工混凝土溜槽等必要设备。（4）施工进度管理：利用BIM 软件对各个施工工序进行建模，结合实际施工进度进行动态调整和优化，及时发现和解决施工中的问题，确保项目按时完成。（5）工序流水分析：利用BIM 软件对各个施工流程进行施工流水模拟，合理安排材料调用，对施工队伍流水化施工部署，有效避免窝工情况发生，保障了项目工期。（6）数据共享：通过BIM 平台，实现各个参与方之间的数据共享和协同工作，提高工作效率和质量，降低误差和漏洞的风险。

综上所述，BIM 技术在本项目中的应用，可以实现施工部署全面管理和优化，提高项目的质量和效率，降低项目的风险和成本，推动项目的顺利完成。

5 应用效果评估

结合BIM 模型应用、BIM 协调应用、BIM 可视化应用、无人机应用和进度管理应用对BIM 技术应用进行评估，主要包括以下方面。

5.1 效率提升

BIM 技术可以将设计信息进行整合，减少设计冲突和修正，提高设计效率；无人机应用可以实现精准化地建模和巡检，提高施工效率和安全性；进度管理应用可以实现数字化的进度管理，帮助项目经理实现更加精准的进度控制和风险管理。预估数据：通过应用BIM 技术结合以上应用，项目的效率可以提高20%以上。

5.2 质量提升

BIM 技术可以通过数字化建模对设计进行优化，提高设计质量；无人机应用可以通过精准化的建模和巡检，发现施工质量问题，提高施工质量；进度管理应用可以通过数字化的进度管理，提高施工质量。预估数据：通过应用BIM 技术结合以上应用，项目的质量可以提高15%以上。

5.3 成本降低

BIM 技术可以通过数字化建模和协调管理，减少设计冲突和修正，提高设计效率，降低设计成本；无人机应用可以通过精准化的建模和巡检，发现施工质量问题，减少修复成本；进度管理应用可以通过数字化的进度管理，提高施工效率，降低施工成本。预估数据：通过应用BIM技术结合以上应用，项目的成本可以降低10%以上。

6 结语

BIM 技术在复杂山地风电项目施工中的应用效果和优势显著，可以提高施工效率和质量，降低误差和漏洞的风险，推动项目的顺利完成，未来发展方向和应用前景广阔。BIM 技术将继续向智能化、数字化、网络化方向发展，更加贴近施工实际需求，实现全流程协同管理，推动工程施工领域数字化转型。通过BIM 技术的数字化和模拟化，可以在施工前进行模拟，预测施工过程中可能发生的问题并进行优化，从而降低施工风险。同时还可以实现全流程协同管理，加强各个施工部门之间的沟通和协作，提高施工效率。此外通过对施工现场进行监测和管理，实现施工进度和质量的实时监控和管理，提高施工质量。因此，BIM 技术在山地风电项目施工中的应用前景广阔，将成为推动工程施工领域数字化转型的重要力量。