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BIM中电力工程的应用探讨

摘要:近年来,BIM作为工程建设领域的一项新概念,正在全国各地积极推广使用,很多大企业建立了自己的BIM团队,从工程咨询、设计、施工、管理,以及运营的各阶段,都发挥着重要的作用,并改变着工程项目的建设和管理方式。

关键词:BIM;项目管理;电力工程

随着国家“一带一路”和工业4.0,以创新驱动的行动计划与经济全球化进一步加快,信息化、数字化发展水平已成为提高企业综合素质和核心竞争力的重要砝码。在“互联网+”盛行的当下,传统行业正受到移动互联的影响,有的说是冲击,也有的说也是机遇,角度不同、观点不同,反应不同罢了。在互联网大势的推动下,能吸引更广泛的用户,才能得到更大的市场。我国正在推行的“以信息化带动工业化”战略,企业也越来越意识到信息技术对于转型升级和管理运作模式的重要性。传统的工程建设领域近些年也在寻求新的发展,特别是电力企业,在借鉴了建筑领域的BIM经验后,也在探索适合自身特点的发展道路。虽然在建筑业应用已久,但BIM在电力工程项目上仍是个新概念,从电力工程建设的过程控制,到造价管理、进度管理、质量管理等三大目标的实现,均有其独树一帜的特点,是一个建设项目物理和功能特性的数字表达,是一个共享的知识资源,是一个分享有关实施过程的信息描述。

1BIM概述

1.1BIM的概念

BIM,译为:建筑信息模型(BuildingInformationModeling)或建筑信息管理(BuildingInformationManagement)是以建筑工程项目的各项相关数据作为基础,建立起的三维建筑模型,并通过数字模型仿真模拟建筑物所具有的真实信息。很多文章中曾提及过BIM技术,其实BIM并不是一种技术或软件,究其源头是一种概念,基于建筑产品模型的概念,类似于制造业的产品数据模型,即以数字形式表现建设过程和实施管理,同时也是以数字形式进行建设过程以及实施管理的信息交流和相互操作。

1.2BIM的特点

BIM具有信息完备性、信息关联性、信息一致性等特性,和可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。(1)可视化:可视化即“所见所得”。BIM提供了可视化手段,通过软件帮助人们将以往图纸上单调的,线条式的表述,转化成为三维立体的实物图形展现出来。尤其是近年来的建筑物形式各异,复杂造型不断推陈出新,原先那种单凭建设者的理解和经验来建造的模式已越来越不能适应新要求。在BIM建筑信息模型中,考虑到了构件间的互动性和反馈性,通过整体可视化过程,不仅可以生成总体的效果图及报表,还可以对项目设计、施工、运营各阶段中存在的问题清晰辨识,做到一目了然。(2)协调性:在项目设计阶段,设计单位通常按照建结水暖电等专业设置部门,同一项目组成员分属不同部门,且设计过程中并沟通较少,各专业设计经常会出现相互碰撞的现象,如给排水专业中的管道在进行布置、施工的过程中,可能发生布置管线时与同一位置暖通等其他类型的管线冲突,这就是施工中常遇到的碰撞问题。一般发生此类情况时,只能靠工程协调部门来解决,既耽误工期,还牵扯变更,影响成本。利用BIM的协调性服务就可以辅助规避这种问题,在建筑物设计阶段对各专业的碰撞问题进行模拟,生成协调方案,避免问题出现后再去解决的被动局面。(3)模拟性:BIM的模拟性除了能够生成建筑物模型之外,还可以模拟出真实世界里不可操作的事物。例如节能模拟、日照模拟、进/通风量模拟、紧急疏散模拟、热能传导模拟等均可在设计阶段进行;4D模拟(三维模型加时间)在施工阶段,可以根据施工组织计划来模拟实际施工,从而确定施工方案的合理性;5D模拟(基于4D模型的造价控制)同样可以在施工阶段进行模拟,帮助建设方控制成本;在建筑的后期运营阶段,可以利用BIM模拟日常紧急情况的处理方式,如火灾发生时人员的疏散模拟、地震发生时的人员逃生模拟,以及其他紧急状态下的应急处置模拟等。(4)优化性:整个项目建设都是一个不断优化的过程,从设计、施工和运营的全过程都需要优化。目前,动辄400米以上的高层建筑随处可见,内部结构、设施纷繁复杂,其复杂程度使得参建人员无法掌握所有信息,必须借助一定的技术手段。BIM模型及其优化工具提供了项目方案的优化和特殊项目的设计优化,通过优化可使工期和造价得到改进。(5)可出图性:结合软件,BIM可以对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化,在完成碰撞检查和设计修改,消除了相应错误后,可输出相关文档,如综合结构留洞图(预埋套管图)、综合管线图、碰撞检查纠错报告和建议改进方案以及一些构件加工的图纸等。

2国内企业对BIM的需求

在国际上,“BIM之父”——乔治亚理工大学的CharlesEastman教授,早在1975年就创建了BIM理念,并开始了为便于实现建筑工程的可视化和量化分析,提高工程建设效率为目标的理论研究和实践探索。但由于当时计算机处理能力和新概念影响力等原因,在我国企业应用较少。虽然很多国内企业对此普遍抱有热情,也想尽快完成本地实用化,但由于技术标准和人才等原因,直到2000年以后才有所突破。BIM之所以受到各大企业的追捧,是因为看到了其在工程造价、设计、施工和运营管理等方面的巨大价值。尤其是在设计和施工上,据美国2009年出版的《商业房地产革命》著作中列举了这样一组数据:现有模式的生产建筑成本差不多是应该花费的两倍;72%的项目超预算;70%的项目超工期;75%不能按时完成的项目,至少超出初始合同价格的50%。做过工程项目的人都知道:“错漏碰缺”(设计上的错误、遗漏、碰撞,缺陷等)听起来很专业,改起来却很花钱;“设计变更”变一次花一次钱。实际施工中,该预留洞口的地方没有留,管线施工中的避让时有发生,经常看到有些刚建好的地方拆了又重来。业主为此投入了巨大的开销、时间和精力,既不利于成本控制,也不利于把控工期。为此,国际上知名主打BIM理念的软件公司,与高校合作建立实验室,并从设计之初就参与国内项目的建设。随着南京青奥会议中心,上海中心大厦、上海迪士尼和“中国尊”等项目的相继投运,可以想见会有越来越多的公司将BIM纳入项目管理的范畴。

3电力企业的BIM探索

电力行业由于自身行业特点,计划性强,而且对安全的要求相对较高,对新技术的应用必须先有一个稳定和成熟的过程。此前鲜有以BIM为核心来整体实施的电力建设项目,只是在电力工程造价,建/构筑物建模、分析等层面有所涉及。此外,出于对电力生产安全和变电站等建筑物结构特点的考虑,BIM理念和实施方法并未完全在电力建设方面发挥出重要作用。随着近几年一批BIM概念下的应用软件问世,完善了如结构分析、碰撞检查、工程量统计、施工模拟、可视化交底和运营管理等,涉及项目管理的全过程。由于技术上的成熟度和在建筑行业的广泛应用,一些电力企业于是也开始着手探索电力工程建设领域的BIM应用,谋求企业增效。将设计人员从繁重的绘图、出图工作中解放出来,降低不同专业间的碰撞问题,降低设计变更率;帮助施工单位快速领会设计意图,把更多精力投入到现场预控和重要节点、关键部位的把握上;监理单位可借助产品模型,对项目过程实施管控;建设单位与运行单位则可从项目策划、设计、施工到运行管理的各阶段做到准确把控。

4BIM与电力工程

4.1过程应用

与建筑业相比,电力工程具有施工现场由于生产环节多、地域分布广,现场环境各异以及工程个体间联系性强等特点,对项目的整体协调性有一定的要求。众所周知,BIM是一个由二维模型到三维模型的转变过程,也是传统施工中从被动“遇到问题,解决问题”到主动“发现问题,解决问题”的一个转变过程。诸多方面都可以和BIM结合起来,以变电站的建设为例,预埋件的安装是变电站土建施工的重点和难点,在设计时要严格把关且根据预埋件的大小和实际情况在图纸验收前做出合理、科学的设计。变电站的土建施工原则是先地下后地上,预埋件的安装是地上工程和设备的基础,其安装质量直接影响到工程美观和设备投产后的使用性能。各种预埋件和预埋管道的施工工艺都是比较复杂的,因此施工单位要对图纸要有深刻的理解,要精确的测量预埋件的中心线、高程和定位轴等数据,并且精准定位,通过BIM软件可视化并协调这些施工;比如构支架基础施工中对于复杂的钢筋节点,在模型建立后进行观察,找到钢筋的碰撞点,对钢筋的布置进行优化,也可以模拟模板支撑体系的受力状况,以确保该体系的施工安全,体现了BIM的模拟性和优化性。综上所述,应用BIM模型,可以为复杂的电力工程项目带来传统作业方式下无法比拟的便利。

4.2应用前景

作为中国第一座,也是当今世界上最先进的全地下筒形变电站——500kV静安(世博)地下变电站,该项目采用国内最深的逆作法施工,过程中面临着大件设备运输吊装风险大、高落差注绝缘油难度大、地下管线敷设复杂、交叉作业频繁、施工环境恶劣、工期紧,质量要求高等难题。但通过结合BIM辅助项目建设多维集成管理的解决方案后,不仅实现了高效的项目合作与沟通,顺利完成工程计划与建造,还很好的进行了风险预测与过程控制。可以说,BIM为设计方解决了“设计内容是如何建造”的问题;为施工方解决了“施工是否组织合理”的问题;为建设方解决了“如何去管理和控制”的问题,为今后电力工程的项目建设提供了良好的借鉴经验。

5结束语

目前,BIM理念及其实施方法在电力工程建设领域愈发受到重视,火电、风电、水电各有涉及,在土建、变电、输电等施工现场作用明显,从项目的可视化、模拟性,过程的协调性,以及贯穿始终的优化性上,都是以往所无法比拟的。相信通过以BIM、大数据、云计算、物联网、智能移动等为代表的先进技术和概念的综合应用,必将在电力工程项目上得到更为广泛的应用。

参考文献:

[1]王雪青,张康照,谢银,等.BIM模型的创建和来源选择.建筑经济.2011,(9).

[2]刘睿,胡骁强,马健,等.电力建设工程BIM建模[M].北京:中国电力出版社,2015.

[3]刘占省.BIM技术与施工项目管理.北京:中国电力出版社,2015.

[4]刘玉涛.建筑施工企业BIM经典案例分析.杭州:浙江工商大学出版社,2016.

作者:庞剑 单位:天津送变电工程公司

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