基于BIM技術(shù)的抽水蓄能電站智慧建設(shè)管理

王詩(shī)玉　楊建州　王寧波

摘要：隨著信息化理論的不斷創(chuàng)新和可視化技術(shù)的日益成熟，BIM技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)抽水蓄能電站工程建設(shè)技術(shù)復(fù)雜、施工作業(yè)協(xié)調(diào)工作量大和建設(shè)管理要求高等特點(diǎn)，研究建立基于BIM技術(shù)的抽水蓄能電站智慧化管理平臺(tái)，構(gòu)建天池抽水蓄能電站建設(shè)資源綜合監(jiān)控、施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定管理、施工危險(xiǎn)源與安全隱患管理、關(guān)鍵工期管理、綜合信息查詢管理、數(shù)字工地示范性應(yīng)用和建設(shè)管理平臺(tái)的功能擴(kuò)展，為建設(shè)抽水蓄能智慧電站奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);智慧建設(shè)管理;數(shù)字工地;天池抽水蓄能電站

中圖分類號(hào)：TV512;TP315

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000- 1379.2019.06.035

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn).BIM（BuildingInformation Modeling，建筑信息模型）技術(shù)作為一項(xiàng)工程行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)多項(xiàng)重大工程項(xiàng)目并取得顯著效果，如天津國(guó)際郵輪碼頭、國(guó)家電力館、上海中心大廈、北京奧運(yùn)水立方場(chǎng)館等。上海迪斯尼等大型項(xiàng)目探討了BIM技術(shù)與P6軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)4D虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化動(dòng)態(tài)管理，具有較大的研究和實(shí)用價(jià)值。

BIM技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用主要表現(xiàn)在協(xié)同設(shè)計(jì)、可視化動(dòng)態(tài)施工模擬、多維度信息集成以及項(xiàng)目全生命周期數(shù)字化管理等方面。鐘登華等[1]基于GIS平臺(tái)和三維可視化技術(shù)構(gòu)建了水利水電工程施工系統(tǒng)三維可視化數(shù)字模型及施工動(dòng)態(tài)仿真方法：李景茹等[2]基于地理信息系統(tǒng)提出水利水電工程三維動(dòng)態(tài)可視化仿真技術(shù)，為施工系統(tǒng)分析管理提供有效工具：苗倩[3]提出了基于BIM的可視化仿真方法，構(gòu)造工程建筑物的三維數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)水利水電工程施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢：卓鵬飛等[4]以應(yīng)用BIM技術(shù)的Bentley軟件平臺(tái)為工具，創(chuàng)建了泵閘工程建筑和結(jié)構(gòu)的三維協(xié)同模型：滕佳穎等[5]將BIM技術(shù)應(yīng)用于綜合項(xiàng)目交付，構(gòu)建了以BIM為基礎(chǔ)的綜合項(xiàng)目交付信息策略及基礎(chǔ)模型：孫少楠等[6]構(gòu)建了水利工程信息模型的方法，通過(guò)繪制水利工程地形及水工建筑物BIM模型，優(yōu)化水利工程樞紐布置和土石方量計(jì)算：Autodesk公司統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，可視化提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力66%、減少50% - 70%的信息請(qǐng)求、縮短5% - 10%的施工周期、減少20% - 25%的專業(yè)協(xié)調(diào)時(shí)間[7]。筆者嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用于抽水蓄能電站工程建設(shè)，研究建立基于BIM的抽水蓄能電站智慧化管理平臺(tái)，為提升工程建設(shè)管理水平和預(yù)期收益提供良好的技術(shù)手段。

1 國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)管理現(xiàn)狀

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)抽水蓄能電站健康有序發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的意見(jiàn)》明確指出，到2025年，全國(guó)抽水蓄能電站總裝機(jī)容量達(dá)到1億kW.h，占全國(guó)電力總裝機(jī)容量的4%左右，今后一段時(shí)期將是我國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)的高峰期。但建設(shè)管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足、新技術(shù)引進(jìn)緩慢、管理手段落后等制約了我國(guó)抽水蓄能電站的建設(shè)質(zhì)量與管理水平。當(dāng)前，抽水蓄能電站工程建設(shè)過(guò)程中存在的突出問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）項(xiàng)目前期、基建和生產(chǎn)運(yùn)維管控模式已不適應(yīng)信息化改革監(jiān)管要求和發(fā)展需要，傳統(tǒng)的管理模式不能最大發(fā)揮管理效益，制約了管理效益的提升。

（2）從抽水蓄能電站發(fā)展看，目前已實(shí)現(xiàn)數(shù)字采集和監(jiān)控的數(shù)字化，但智能化應(yīng)用起步較晚，目前還沒(méi)有成熟和標(biāo)準(zhǔn)的智能化電站整體解決方案，還處在探索、試驗(yàn)階段。

（3）抽水蓄能電站建設(shè)期間參建方眾多，存在大量的工程建設(shè)信息，但由于信息管理系統(tǒng)應(yīng)用不完備或融合度不高，極易形成信息孤島，且信息分析利用程度較低，因此協(xié)同化建設(shè)管理難以實(shí)現(xiàn)。

（4）抽水蓄能電站工程施工點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、密集程度高，大部分為露天作業(yè)，施工技術(shù)復(fù)雜、高空和交叉作業(yè)多、人員流動(dòng)性大、施工環(huán)境異常復(fù)雜，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、資金和安全等管理要求高，傳統(tǒng)的管理手段不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工管理需求。

因此，在我國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)高峰期的實(shí)際背景下，緊跟國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)前沿，抓住機(jī)遇，開(kāi)拓創(chuàng)新，優(yōu)化信息化管理模式和管控體系，切實(shí)提升工程建設(shè)管理水平和預(yù)期收益，顯得十分必要和迫切。

2 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是以三維數(shù)字建模技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程全生命周期各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程中的直接應(yīng)用，它涵蓋了工程項(xiàng)目建設(shè)中設(shè)計(jì)、施工、管理的全過(guò)程。

通過(guò)BIM技術(shù)應(yīng)用，可以使錯(cuò)綜復(fù)雜的工程信息得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的管理，如現(xiàn)場(chǎng)人、材、機(jī)等資源的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，施工工藝的模擬培訓(xùn)交流，不同專業(yè)管線的綜合協(xié)調(diào)，施工方案可視化優(yōu)化，工程施工預(yù)算和結(jié)算，預(yù)制件的虛擬加工安裝，難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題的決策支持等。此外，結(jié)合最新的BIM+VR技術(shù)、無(wú)人機(jī)航拍等輔助技術(shù)，切實(shí)提升建設(shè)效率、提高建設(shè)質(zhì)量、保證建設(shè)進(jìn)度、有效控制建設(shè)成本、降低工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。BIM技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)見(jiàn)圖1。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用于天池電站智慧建設(shè)管理

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)的信息化時(shí)代已經(jīng)到來(lái).BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)、全景展示、人工智能等新技術(shù)、新理念在工程建設(shè)全過(guò)程的引入，帶來(lái)了生產(chǎn)力與管理效率的巨大變革，助力工程建設(shè)管理的作用日益顯著。水電行業(yè)也不例外，項(xiàng)目法人單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位等都在積極嘗試從全局利益出發(fā)進(jìn)行信息化技術(shù)的探索和研究。自河南天池抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱天池電站）籌建開(kāi)始，就投入研發(fā)了符合項(xiàng)目建設(shè)要求的管理平臺(tái)，見(jiàn)圖2。

天池電站建設(shè)管理平臺(tái)的投入應(yīng)用，為建設(shè)管理模式的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。該管理平臺(tái)能夠切實(shí)提供工程建設(shè)的信息化管理，主要包括：建設(shè)資源綜合監(jiān)控;質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定及危險(xiǎn)源管理的無(wú)紙、科學(xué)化;關(guān)鍵工期建筑物的可視化進(jìn)度管理：施工錯(cuò)綜復(fù)雜綜合信息的有序管理;開(kāi)創(chuàng)抽水蓄能數(shù)字工地示范應(yīng)用點(diǎn)等。另外結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際需求，平順接人其他有助于建設(shè)的管理信息系統(tǒng)，共同為抽水蓄能電站工程建設(shè)的智慧管理提供重要技術(shù)保障。

3.1 工程建設(shè)資源綜合監(jiān)控

天池電站結(jié)合“五系統(tǒng)一中心”，在BIM技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，建立工程人力資源信息臺(tái)賬，按單位進(jìn)行分類管理，包括人員基本信息、崗位工種、投保情況、所屬單位或分包隊(duì)、安全培訓(xùn)情況等內(nèi)容;建立施工設(shè)備與車(chē)輛信息臺(tái)賬，包括設(shè)備名、設(shè)備品牌、車(chē)牌號(hào)、設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào)（如車(chē)架號(hào)、進(jìn)場(chǎng)登記時(shí)發(fā)放具有唯一二維碼標(biāo)識(shí)的卡片）、駕駛員信息、出廠日期、新舊程度，以及所屬施工隊(duì)、承包商等：建立施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線定位、視頻監(jiān)控和二維碼識(shí)別等手段，滿足業(yè)主、監(jiān)理對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各重要施工工作面的人員、機(jī)械設(shè)備等分布密度、投入及使用強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)查詢和統(tǒng)計(jì)，掌握現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)。借助于BIM技術(shù)的可視化性能，形象展示工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的同時(shí)，為資源的合理調(diào)配、工期的科學(xué)安排、施工質(zhì)量和安全的保障提供了必要數(shù)據(jù)。

3.2 施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定管理

施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定管理研究開(kāi)發(fā)分為電腦端和移動(dòng)端，在不同終端實(shí)現(xiàn)不同功能，在電腦端實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量的BIM可視化管控，登錄移動(dòng)端APP，可進(jìn)行驗(yàn)收表單查詢、驗(yàn)收數(shù)據(jù)輸入、傳輸、質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)等應(yīng)用，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。在建設(shè)期可以隨時(shí)生成相關(guān)表單，后期系統(tǒng)生成記錄作為工程竣工的基礎(chǔ)資料，將工程主要建筑物驗(yàn)收、評(píng)定表格由施工方按照開(kāi)發(fā)人員要求進(jìn)行分類整理提交，最終入庫(kù)，確保數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖3。

施工驗(yàn)收評(píng)定管理子系統(tǒng)解決了業(yè)主在驗(yàn)收評(píng)定中難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和掌握不同驗(yàn)收情況以及驗(yàn)收評(píng)定資料的難題，按照抽水蓄能電站驗(yàn)收資料移交業(yè)主確認(rèn)的管理流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驗(yàn)收的“完成但不合格”“做完且合格”等驗(yàn)收評(píng)定結(jié)果材料的智能化管理。

3.3 施工危險(xiǎn)源與安全隱患管理

施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源管理研究開(kāi)發(fā)分為電腦端和移動(dòng)端，實(shí)現(xiàn)用戶在電腦端進(jìn)行危險(xiǎn)源的綜合管控，在移動(dòng)狀態(tài)下通過(guò)移動(dòng)端APP，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源位置自動(dòng)提醒，危險(xiǎn)源識(shí)別、提交、審核、發(fā)布、整改、解除等相關(guān)應(yīng)用功能，見(jiàn)圖4。應(yīng)用該子系統(tǒng)前，需要將工程現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源的相關(guān)資料由監(jiān)理方按照開(kāi)發(fā)要求進(jìn)行分類整理提交，最終入庫(kù)管理，為危險(xiǎn)源管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

安全隱患管理作為業(yè)主重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容之一，是安全管理系統(tǒng)中重要的部分，通過(guò)移動(dòng)端APP相關(guān)功能，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的周期性采集、上報(bào)、確認(rèn)、處理及解除等操作，實(shí)現(xiàn)安全隱患的全過(guò)程管理，消除重大安全隱患，減少中小隱患，實(shí)時(shí)查詢安全隱患全過(guò)程資料，如處理前后對(duì)比照片、處理方案、處理時(shí)間及參與方信息等。

3.4 關(guān)鍵工期管理

建立建筑物BIM進(jìn)度管理模型，附加進(jìn)度計(jì)劃信息，與實(shí)際進(jìn)度信息形成對(duì)比，以可視化的形式和相關(guān)數(shù)據(jù)圖標(biāo)反映工程進(jìn)度情況，及時(shí)對(duì)影響工程進(jìn)度的施工資源進(jìn)行優(yōu)化配置。同時(shí)，設(shè)置預(yù)警規(guī)則，明確預(yù)警提前量和預(yù)警節(jié)點(diǎn)，根據(jù)分析信息，對(duì)應(yīng)規(guī)則生成項(xiàng)目進(jìn)度預(yù)警信息，實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)工作面的進(jìn)度開(kāi)展情況和相關(guān)信息，見(jiàn)圖5。

3.5 綜合信息查詢管理

根據(jù)不同信息查詢權(quán)限與條件，不同參建方實(shí)現(xiàn)以下信息的綜合查詢：質(zhì)量表格及附件、現(xiàn)場(chǎng)資料、安全監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備、進(jìn)度以及試驗(yàn)成果、各工區(qū)環(huán)境信息（指定時(shí)間、部位等條件查詢室內(nèi)、室外環(huán)境信息的功能，室外環(huán)境信息包括地形、水文、氣象信息）等，并實(shí)現(xiàn)信息的輸出等。

另外，在建筑物醒目位置（工作面管理區(qū)、隧洞洞口、業(yè)主營(yíng)地人口或建筑物正面等）粘貼二維碼，現(xiàn)場(chǎng)管理及施工人員通過(guò)手機(jī)專有APP掃描二維碼，可視化查看該建筑物的布置、進(jìn)度、安全等方面的視頻、圖片和文字介紹等信息，快速了解現(xiàn)場(chǎng)的施工情況和未來(lái)施工完成后的面貌等，相關(guān)內(nèi)容在數(shù)據(jù)庫(kù)中同步更新，保證與施工狀態(tài)一致。

3.6 開(kāi)創(chuàng)數(shù)字工地示范性應(yīng)用

建設(shè)抽水蓄能電站數(shù)字工地，即通過(guò)現(xiàn)代新技術(shù)來(lái)管理工程施工，為參建各方提供更為簡(jiǎn)單、直觀、有效的管理手段，對(duì)工程對(duì)外宣傳和示范性應(yīng)用有積極作用。借助BIM技術(shù)，結(jié)合工程現(xiàn)狀和已有研究成果，示范性應(yīng)用內(nèi)容主要包括驗(yàn)評(píng)與危險(xiǎn)源管理模塊應(yīng)用，二維碼、微信等媒介進(jìn)行信息傳遞技術(shù)應(yīng)用等。

其中，驗(yàn)評(píng)與危險(xiǎn)源管理可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量及安全管理的數(shù)字化：而二維碼可以進(jìn)行高密度編碼，信息容量非常大，可以把圖片、聲音、文字、簽字等以數(shù)字化的信息全部收錄其中。通過(guò)二維碼可以把建設(shè)過(guò)程中建筑物的施工電子圖、檢測(cè)報(bào)告、整改單、操作流程以及構(gòu)件的生產(chǎn)廠家、大小、屬性等全部信息錄入，形成巨大容量的“數(shù)據(jù)庫(kù)”。不同參建方根據(jù)用戶權(quán)限，通過(guò)掃碼隨時(shí)查看和管理這些數(shù)據(jù)，既方便又快捷。現(xiàn)場(chǎng)查看該建筑物計(jì)劃澆筑到什么狀態(tài)，實(shí)際澆筑到什么狀態(tài)，目前還需要進(jìn)行哪些材料的提前采購(gòu)、存在什么問(wèn)題等，一目了然，為項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)管理提供了便利的信息化手段。

另外，實(shí)現(xiàn)在微信等自媒體平臺(tái)建立工程特色服務(wù)模塊，對(duì)工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)上傳、傳輸、統(tǒng)計(jì)查詢和管理等功能，與內(nèi)嵌數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻監(jiān)控等其他系統(tǒng)保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一、實(shí)時(shí)共享、統(tǒng)一管理，提高工作效率。

3.7 建設(shè)管理平臺(tái)的功能擴(kuò)展

可擴(kuò)展性是平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)的原則之一，它以添加新功能或修改完善現(xiàn)有功能來(lái)考慮軟件的未來(lái)成長(zhǎng)，以設(shè)計(jì)良好的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做的目的是為了應(yīng)對(duì)未來(lái)可能需要的修改或優(yōu)化，同時(shí)保護(hù)代碼不被過(guò)度工程化地開(kāi)發(fā)。

天池電站SD BIM建設(shè)管理綜合信息平臺(tái)的可擴(kuò)展性是系統(tǒng)能夠適應(yīng)工程管理需求變化而快速變化的關(guān)鍵問(wèn)題，而可擴(kuò)展性（系統(tǒng)柔性）問(wèn)題的核心是系統(tǒng)的架構(gòu)具有靈活性、開(kāi)放性、可配置性。該綜合信息平臺(tái)設(shè)計(jì)之初就考慮了其自身的可擴(kuò)展性，在此基礎(chǔ)上可以融人業(yè)主現(xiàn)場(chǎng)工程管理“基建”MIS系統(tǒng)。

在天池電站中擬推廣應(yīng)用的智能碾壓機(jī)器人（無(wú)人駕駛壓路機(jī)）系統(tǒng)，也可以融人到整體平臺(tái)中。智能碾壓機(jī)器人可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制，實(shí)施精準(zhǔn)作業(yè)。在對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行碾壓前，工作人員可以先輸入該區(qū)域的坐標(biāo)，然后發(fā)出指令，這些機(jī)器人就會(huì)在設(shè)定好的區(qū)域內(nèi)工作，碾壓次數(shù)、速度、軌跡等均可被精確監(jiān)控。同時(shí)，該建設(shè)管理平臺(tái)還可以有效融人灌漿施工監(jiān)控、運(yùn)料車(chē)輛監(jiān)控、監(jiān)理旁站移動(dòng)平臺(tái)、試驗(yàn)檢測(cè)管理、電纜敷設(shè)管理等系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

天池電站建設(shè)管理平臺(tái)通過(guò)大數(shù)據(jù)支持以及專業(yè)集成分析，形成面向用戶管理需求的可靠工程信息，指導(dǎo)工程現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程的質(zhì)量、進(jìn)度和安全管控，一方面，減少了一般重復(fù)性管理工作的精力投入，提高了工程管理人員的工作效率;另一方面，也是更具價(jià)值的，是實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)全過(guò)程的精細(xì)化、智慧化管理目標(biāo)，提升了抽水蓄能電站的管理水平。

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