BIM技术在大型电网项目建设管理中的应用研究

摘 要：在三维技术和大数据应用盛行的今天，电力建设及项目管理却仍然停留在传统二维和孤立的模式上。三维技术仅仅应用在工程设计阶段，未延伸到生命周期内的其他阶段，既是一种资源的浪费，也是一种落后的表现。缺乏共享和协同平台也使得项目数据形成数据孤岛，无法为决策提供支持。该文阐述了BIM技术在大型电网项目特别是特高压项目建设管理中的应用构想，对应用过程中的关键控制因素以及技术难点做了论述并提出了解决方案。

关键词：BIM 建设管理 电网

中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0162-05

Research of Converter Station Engineering Construction Management System Based on BIM Technology

Ping Jie Luo Jianlong

（Hu'nan Electric Power Construction Supervision & consultancy Co.Ltd， Changsha Hu'nan， 410007， China）

Abstract：Today，along with the prevalence of the three-dimensional and large data technology applications， power construction and project management is still stuck in the traditional two-dimensional and isolated modes. three-dimensional technology is only used in the engineering design stage， not yet extend to other stages of the life cycle， is a waste of resources， and also a backward performance. Lack of sharing and collaborative platform also makes the project data to form a data island， can not provide support for decision-making.This paper describes the application of BIM technology in large-scale power grid project， Especially the construction of UHV project management concept， the key to the process of application of control factors and technical difficulties are discussed else and put forward solutions.

Key Words：BIM； Construction management； Power grid

近10年来，BIM技术在美国、日本、香港等国家和地区的建筑工程领域取得了大量的应用成果。国内也开始重视BIM技术的应用，住房和城乡建设部的《2011-2015建筑业信息化发展纲要》明确提出，将BIM作为设计和施工企业信息化发展的核心技术，并要求施工企业将“在施工阶段开展BIM技术的研究与应用”作为首要的战略目标。不少具有前瞻性的企业已经在思考如何应用BIM技术提升项目管理水平和企业核心竞争力，BIM技术的应用将是未来建设行业发展的必然趋势。

1 BIM技术应用现状分析

目前，BIM技术在建筑行业已得到了广泛应用，但在其他行业却没有得到有效推行。并且这些应用还止步于解决工程设计阶段的错、漏、碰、缺等问题以及对设计方案进行优化。工程建设阶段却少有涉及，一直依赖传统的信息化方式进行项目管理。传统方式的建设管理在诸如特高压工程的大型项目中已经逐渐显现出繁琐、抽象、流于形式等弊端。BIM技术的直观、智能、标准化等特点能很好地解决这些问题。应用BIM技术的难点在于如何将基于此，笔者的研究着力于运用三维数字化技术、仿真技术、信息化技术、大数据集成技术，将BIM应用于工程建设全生命周期，这便是《基于BIM技术的特高压换流站工程建设管理系统》（以下简称系统）。

2 系统构想

系统是基于多年工程建设、监理、设计、咨询经验，以工程三维模型为载体，以网络进度计划为时间轴，统一集成了项目管理的各方面需求，使项目管理由传统抽象的文档管理提升为三维可视化管理，实现了工程建设过程的业主、监理、施工、物资、设计等参建单位的辅助管理和协同管理，并可将管理过程和档案资料作为核心数据保存和展示，最终实现三维数字化移交。系统可提升项目管理整体水平和效率，同时降低项目成本，规避项目风险，使建设管理单位实现工程建设过程的全面掌控。

3 功能架构和技术架构

系统以项目建设管理单位为主体，针对项目管理的各个参与方开发业主、设计、监理、施工、物资等5个项目管理维度，建立项目管理、安全管理、质量管理、造价管理、技术管理等5个功能模块，实现换流站工程全过程、全方位、全覆盖的项目管理功能。（见图1）

系统使用JAVA EE开发，基于B/S结构，以BIM数据模型为基础。项目整体框架采用MVC分层体系设计，系统w系构架自上而下分可为：展现层、业务层、公共组件层、技术平台、数据支撑5个主要层次。

（1）展现层是系统与用户交互层，用来展现图形和用户数据，普通用户只需通过Web浏览器即可访问系统；（2）核心业务应用层是系统业务逻辑处理的核心层，完成系统所有核心业务的业务逻辑；（3）公共组件层是基于数字化档案移交系统业务特点，结合数据架构定义和应用架构范围，系统提取出可封装的公共组件进行封装；（4）技术平台层是整个系统的基础数据、功能支持层，使用ECLIPSE开发平台提供的功能；（5）数据支撑层是系统所有数据存储所在，通过数字化档案移交系统维护、从三维设计平台等外部系统接入等方式集成所需数据，以支撑整个系统的正常运行。

4 技术实现

4.1 建模及模型处理

利用数字化三维设计平台搭建特高压换流站内所有设备及建、构筑物的三维模型。设备模型包括主变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器等单体设备；也包括GIS组合电器、并联电容器组、换流阀组等成套设备；甚至包括螺栓、电力导线等装置性材料。建构筑模型则包括主控制楼、阀厅、GIS室、综合楼、备品备件库、综合水泵房、继保小室、站用电室、电缆沟、围墙、道路等。

所建立的模型附带实体对象的外形属性和详细参数，包括建模比例、模型精度（实体对象的主体及附件的尺寸、比例、倾斜角度、倒角厚度等几何规格）、模型组织数据（存储空间、物体表面的颜色、透明度、贴图纹理特征等）、设备的参数（型号、厂家、联系人等）等。

单体模型按照精确的三维坐标定位在换流站三维空间内便形成了换流站的全息仿真三维模型。（见图2）

在实现三维模型建模技术标准的基础上，研究多类型三维模型文件的解析、转换，加载、多功能展示，建立三维模型展示技术标准。实现三维模型展示的基本操作和功能，主要包括平移、多方向旋转、缩放、全图显示、标注、空间测量、多视角查看、场景漫游、三维模型快速定位等基本功能，在此基础上，结合国家电网现有的三维设计评审平台、三维数字化成果移交平台等系统的实际业务需要，制定出符合系统需要的展示技术，制定人性化的三S展示效果，提高工作效率。

经过以上处理，通过数据导入标准接口，应用Unit三维插件对三维模型进行再编程后导入系统中。由于系统在B/S模式下运行，而换流站三维模型场景较大，模型数量达3 000个之多，并且为满足系统工序控制的功能需求，还需要对模型进行进一步的拆解，整个换流站模型拆解后的面数达到1 500万个。这些都受到了IE浏览器的限制，一是文件加载限制，大文件加载受到网络带宽和文件缓存限制；二是文件显示限制，浏览器显示时对大场景的展示面数限制。经过反复研究和尝试，系统通过分区域、分视角的模型加载方式以及颜色渐变的显示方式加载到IE浏览器中，解决了模型量大、面多、在浏览器加载难的问题，使系统在浏览器中流畅运行。

4.2 信息化处理

信息化技术，是系统功能完整性、合理性以及稳定性的保证，是实现工作智能化最重要的技术手段。因此，信息化处理是该系统研究和开发的重点。信息化处理流程如图3所示。系统通过以下处理方式保障功能实现。

（1）使用工作流引擎对工程流程进行管理。根据角色、分工、条件的不同设定信息传递路径、内容等级，通过流程的节点管理、流向管理、流程样例管理等，实现无代码流程表单、随意定制流程、快速审批、移动办公等功能。

（2）使用内容检索技术实现对文档内容进行检索。系统基于传统的数据库检索方法，采用人工方法将数据信息内容表达为属性集合，在数据库框架内处理。同时采用特征抽取和模式识别的方法，实现全自动的抽取和识别，从而克服传统方法的查询方法和范围上的局限性。

（3）使用分布式存储技术对大数据进行统一存储。系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，提高系统的可靠性、可用性和存取效率，以及病理与系统扩展。

4.3 三维模型与管理模块交互

使用三维可视化建模软件，按照《电网建模系列规范》，对项目中的设备创建三维数据模型，通过管理平台项目中三维模型展示，建立BIM模型，最终实现项目管理可视化、数据存储、资料归档等业务功能要求。

三维模型信息不仅包含描述建构筑物、电气设备等构建的几何信息，专业属性及状态信息，还包含非构件对象（空间、运动行为、时间）的状态信息，各种信息有着相关的逻辑关系，设计的各个阶段乃至项目全生命周期各个阶段都围绕着BIM模型展开。

同时，各阶段的设计、运行和BIM模型实现双向的数据交互（三维模型中需公开调用的接口），比如能够根据三维模型自动生成各种图形和文档，而且始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和文档将自动更新。运用BIM技术，项目可以很方便地实现可视化。可视化让进度安排与三维模型直接对接，通过在视觉上预测施工进度和比较竣工进度，项目经理可以避免进度疏漏，方便、直观地掌握项目实际进度与项目计划之间的吻合度，更好地把握项目进展状况。可视化同时还便于沟通，可提高企业竞争力，减少各单位协调时间，缩短施工周期。

4.4 数据库设计

为了实现平台项目的支撑数据和数据管理功能，该系统平台采用多个基础数据库来协调工作。其中关于平台数据库工作内容如下。

支撑系统运行的基础数据，包括日常移交的项目工程数据集，如项目信息相关数据、设备基本信息、设备位置信息等，以及用于支撑系统平台的正常运行，存储系统操作中产生的各种结构化数据等。

三维展示模型相关的支撑数据库，包括基于施工工序的质量管控要点数据库、施工标准工艺数据库、专家辅助决策数据库，以及三维展示相关的必要数据等。支撑数据库是依据行业大量专家的研究成果和工程经验，经过分类整合、统一编码、项目整合等过程，形成的技术知识库，用于指导施工、技能培训、辅助决策。

海量文件存储数据，用于存储标准工艺文件、档案文件、评价文档表格等系统运行需要的各种非结构化数据信息。成果数据库以国网公司基建管控平台为参考，建立相同的数据存储结构，与其实现数据传输上的无缝对接，即实现批量互传、智能上传等。

4.5 成果数据导出

以单个工程项目为单位，基于施工全过程、各单位技术人员填写的基础数据、上传的文档资料等，生成单个工程项目的过程管理记录和档案资料归档数据，单个项目的数据又可分为建设单位数据、监理单位数据、施工单位数据、设计单位数据等二级目录，更高权限的管理层还可对多个工程项目的数据进行管理。

成果数据库数据结构严格按照数据标准目录建立，可方便实现与其他管理系统的数据对接或批量上传，为最终实现系统的数字化移交奠定了基础。

5 信息安全策略

国家电网公司为保证网络信息安全，其炔客络与外界网络是物理隔离的，同时对于接入其网络系统的信息安全有着很高的要求，因此，保障信息安全是开发过程中关注的重点。系统将通过8个方面来保障系统运行期的信息安全。

（1）网络安全策略：系统部署运行于电力专网内部，通过VPN与internet相连接。

（2）系统安全策略：该系统的web服务器、数据库服务器、文件服务器都是独立运行，除了管理员，任何人不经授权不得进入。

（3）应用安全策略：随系统附带的《应用安全维护手册》和《系统安全维护手册》为系统安全提供保驾护航。

（4）数据安全策略：系统数据采用定时备份，能够有效控制数据的丢失和遗漏。

（5）病毒防护策略：服务器装有专业病毒防护软件，并定期升级病毒库，保障系统免于病毒侵袭。

（6）紧急应对策略：为运行系统，培训了专业人员对系统进行维护，能够随时对系统各种突发事件进行应对。

（7）口令管理策略：系统账号和口令有专人专管，其他业务人员，只能凭认证后的账号和口令登入系统应对。

（8）安全审计策略：系统对用户操作进行了日志记录，管理员能够有效跟踪用户操作痕迹，这对排除系统故障非常重要。

6 结语

系统的定位是换流站建设项目管理系统，服务的对象是项目建设的各个参与方，服务的周期是工程建设阶段，服务的内容是施工项目管理。但系统的长远方向并不仅限于此，它将向多元化方向发展。一是实现项目级、企业级、行业级的工程建设管理。在湘潭换流站的应用属于大型项目的建设过程管理，经过优化总结，系统将推广应用到后续的所有特高压换流站建设管理中，进而应用到所有常规变电站甚至是其他行业当中；二是实现工程全生命周期管理，以三维数字化设计为起点，做强建设过程管理，进一步向运行阶段、资产管理阶段延伸，实现工程全生命周期的管理；最终方向是形成工程管理的大数据，实现智能化和科学化的管理。

总之，在全社会向低能耗、低污染、可持续发展方向转变的今天，电力建设行业也在发生天翻地覆的变化，工程建设过程的把控难度越来越大，项目管理要求也越来越高。集成了三维数字化技术和信息技术的BIM系统的应运而生，解决了当前大形势下需要迫切解决的诸多难题，它将成为电力行业快速稳步发展的新的驱动力，将引领电力建设行业迈向新的辉煌。

参考文献

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