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隨著電網(wǎng)建設(shè)難度的增加、建設(shè)管理要求的提高，變電站的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行中遇到諸多問(wèn)題，比如材料量統(tǒng)計(jì)前后差異大、施工進(jìn)度難以準(zhǔn)確把控以及施工方交付運(yùn)維管理方的資料缺失等，很難以傳統(tǒng)施工管理模式解決。廣泛、深入地應(yīng)用三維技術(shù)，開(kāi)展變電工程施工管理，提高建設(shè)管理水平，既是電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)，也是技術(shù)進(jìn)步的必然。

一、三維技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前三維技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用分為三個(gè)階段：第一階段為可視化階段，主要利用CAD等基本圖形平臺(tái)進(jìn)行三維建模，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維的可視化效果展示，但三維成品并沒(méi)有在工程中實(shí)際應(yīng)用；第二階段為數(shù)字化設(shè)計(jì)階段，是引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并通過(guò)二次開(kāi)發(fā)和用戶化定制，建立三維模型，生成二維施工圖，使其滿足設(shè)計(jì)方面的需求；第三階段為全壽周期管理階段，屬于三維高級(jí)應(yīng)用技術(shù)，三維技術(shù)不僅著眼于工程設(shè)計(jì)這個(gè)階段，更從工程全壽命周期數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用角度出發(fā)，充分貫徹頂層設(shè)計(jì)的理念，實(shí)現(xiàn)三維模型在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和運(yùn)維等各個(gè)階段的管理應(yīng)用，如進(jìn)行BIM的信息共享應(yīng)用，進(jìn)行三維可視化施工管理系統(tǒng)的建設(shè)等。目前國(guó)內(nèi)的研究還主要集中在第二個(gè)階段，而對(duì)第三階段研究?jī)?nèi)容涉入不深。

二、基于三維技術(shù)的施工管理內(nèi)容

1．施工管理的目標(biāo)

三維技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用，并非只是簡(jiǎn)單的軟件應(yīng)用，而更應(yīng)側(cè)重施工管理的過(guò)程。基于三維技術(shù)的施工管理目標(biāo)主要是充分利用三維信息化手段建立的模型，結(jié)合各種分析軟件，為項(xiàng)目整體提高效率、降低成本及提高質(zhì)量，從而達(dá)到項(xiàng)目精細(xì)化施工管理的目的。

2．施工管理的主要內(nèi)容

三維技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用，改變的是施工管理的方式。基于三維技術(shù)的變電站工程施工管理內(nèi)容與傳統(tǒng)施工管理仍保持一致，包括范圍管理、時(shí)間管理、成本管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、溝通管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、采購(gòu)管理及綜合管理九個(gè)部分。而這九大方面均可利用三維技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的管理方式與方法進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示。3．施工管理的主要應(yīng)用流程變電站施工管理體系框架如圖2所示，三維技術(shù)在變電站施工管理中的應(yīng)用流程是從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層開(kāi)始，經(jīng)過(guò)軟件平臺(tái)層、模型層和信息集成平臺(tái)然后到達(dá)應(yīng)用層。基于三維模型針對(duì)施工管理的不同內(nèi)容進(jìn)行不同方面的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)施工管理的全過(guò)程覆蓋。

三、基于三維技術(shù)的施工管理應(yīng)用

1．基于三維技術(shù)的施工質(zhì)量管理三維信息模型是由三維物理模型加入設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維和管理等各工程參見(jiàn)方需要的數(shù)據(jù)屬性構(gòu)建的。

（1）項(xiàng)目的可視化模擬

項(xiàng)目的施工過(guò)程是一個(gè)隨時(shí)間變化的高度動(dòng)態(tài)的過(guò)程，存在著很大的不確定性，通過(guò)三維信息模型可以對(duì)變電站工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程進(jìn)行不確定性分析和最佳方案的模擬，通過(guò)實(shí)際施工進(jìn)度和質(zhì)量情況與三維可視化模型進(jìn)行比較，直觀地了解各項(xiàng)工作的執(zhí)行情況，從而幫助施工人員了解施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如資源沖突、工序交錯(cuò)等，繼而可以提早對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（2）施工過(guò)程分析

施工過(guò)程分析是指在利用三維信息模型進(jìn)行變電站施工安裝過(guò)程中，對(duì)進(jìn)度拖延或質(zhì)量偏差的原因進(jìn)行分析，從而采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。在變電站項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，由于業(yè)主或設(shè)計(jì)方原因造成設(shè)計(jì)變更的現(xiàn)象較為普遍，利用三維模信息型可以在施工開(kāi)始之前通過(guò)可視化模擬，進(jìn)行錯(cuò)漏碰缺檢查以及管線綜合檢查等工作并形成綜合分析報(bào)告，及時(shí)反饋給業(yè)主或者設(shè)計(jì)單位進(jìn)行修改。除此以外，三維信息模型還可以對(duì)變更進(jìn)行預(yù)測(cè)，了解項(xiàng)目變更方案對(duì)于工程后續(xù)工作的影響，從而為決策提供支持和依據(jù)，減少設(shè)計(jì)變更，更加有利于對(duì)工程質(zhì)量的控制。

（3）施工過(guò)程管理

基于三維信息模型的施工過(guò)程管理主要包含施工資源管理和施工場(chǎng)地管理。施工資源管理是對(duì)材料、施工人員、施工機(jī)械以及各種資源的三維模型信息管理，模型系統(tǒng)將各項(xiàng)施工資源與構(gòu)件的三維信息模型關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)任意構(gòu)件、構(gòu)件組從及流水段在不同施工時(shí)間的資源需求進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)更新資源模板實(shí)現(xiàn)對(duì)所有相關(guān)構(gòu)件的資源屬性的更新，從而實(shí)現(xiàn)資源管理的目標(biāo)。施工場(chǎng)地管理可以輔助工作人員進(jìn)行施工場(chǎng)地的布置，利用模型系統(tǒng)提供的一系列工具進(jìn)行各施工階段的場(chǎng)地布置，包括施工紅線、圍墻、道路、現(xiàn)有建筑物和臨時(shí)房屋、材料堆放、加工場(chǎng)地及施工設(shè)備等場(chǎng)地設(shè)施。

2．基于三維技術(shù)的施工進(jìn)度管理

施工進(jìn)度管理是基于BIM－4D信息模型實(shí)現(xiàn)的。4D信息模型是在三維信息模型基礎(chǔ)上，加入時(shí)間維度，按照時(shí)間進(jìn)展對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行可視化模擬，實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)對(duì)項(xiàng)目施工計(jì)劃與施工管理過(guò)程的影響。4D信息模型的出現(xiàn)，不僅有利于項(xiàng)目管理質(zhì)量的提升，而且對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)度安排、成本管理都能起到一定的積極作用。基于三維技術(shù)的施工進(jìn)度管理主要通過(guò)反復(fù)進(jìn)行施工過(guò)程模擬，讓那些在施工階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，并對(duì)其逐一修改，并提前制定應(yīng)對(duì)措施，使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案達(dá)到最優(yōu)（如圖4所示），再指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，從而保證項(xiàng)目施工的順利完成。該方案的實(shí)施可以有效地避免傳統(tǒng)的施工過(guò)程中不利因素對(duì)于施工進(jìn)度的影響。首先對(duì)于工程中不合理以及施工進(jìn)度計(jì)劃編制不合理造成的進(jìn)度拖延的問(wèn)題，通過(guò)基于4D模型的施工模擬，對(duì)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題以及施工進(jìn)度計(jì)劃安排的合理性進(jìn)行逐一模擬檢查，從而實(shí)現(xiàn)在施工開(kāi)始之前可以排除問(wèn)題。其次，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)人員素質(zhì)問(wèn)題以及溝通協(xié)調(diào)不善造成的施工進(jìn)度拖延的問(wèn)題，基于4D模型的施工模擬技術(shù)，可以為不同參與方提供多角度的平面圖、立面圖以及剖面圖供施工人員理解和分析使用，并在彼此溝通過(guò)程中實(shí)現(xiàn)效果展示、問(wèn)題分析，從而避免了人為表達(dá)、理解和專(zhuān)業(yè)水平不同帶來(lái)的溝通問(wèn)題，提高了溝通效率，為進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了有效保障。最后，對(duì)于施工環(huán)境影響施工進(jìn)度方面，基于4D模型的施工分析可預(yù)先對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)、分析，在項(xiàng)目的開(kāi)始階段就對(duì)可能存在環(huán)境因素及其影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提早制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。施工進(jìn)度管理幫助管理者更好地發(fā)現(xiàn)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的偏差，從而為進(jìn)度計(jì)劃的修改提供依據(jù)，為工程質(zhì)量提供了可靠保證。

3．基于三維技術(shù)的施工成本管理

建立成本信息模型（5D信息模型），它是在4D信息模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加入成本信息構(gòu)成。基于三維技術(shù)的施工成本管理主要通過(guò)成本信息模型在工程量計(jì)算、成本動(dòng)態(tài)分析、支付進(jìn)度分析以及材料消耗量控制等方面的控制和管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。施工階段三維技術(shù)在成本管理中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）方案優(yōu)化方面

傳統(tǒng)的二維平面圖樣，很難在進(jìn)入施工階段之前找出各專(zhuān)業(yè)之間的沖突，如墻體內(nèi)電線管與水管的管線碰撞引發(fā)變更、返工而造成成本的增加和工期的延誤。而基于三維模型的成本控制，可以在項(xiàng)目施工開(kāi)始之前利用三維可視化功能對(duì)模型進(jìn)行碰撞檢查來(lái)避免不必要的成本增加。

（2）工程量計(jì)算方面

工程量計(jì)算是編制工程預(yù)算的基礎(chǔ)，其計(jì)算過(guò)程煩瑣，人為計(jì)算過(guò)程中容易產(chǎn)生漏算、錯(cuò)算的問(wèn)題，從而影響工程量計(jì)算結(jié)果的精確性。基于三維技術(shù)建模軟件本身內(nèi)置計(jì)算規(guī)則，通過(guò)對(duì)模型幾何尺寸和屬性數(shù)據(jù)的提取，并按照一定的裕度規(guī)則進(jìn)行計(jì)算可以得到客觀、準(zhǔn)確的工程量計(jì)算結(jié)果，從而避免了人為因素造成的誤差。

（3）進(jìn)度款支付方面

基于三維技術(shù)的成本模型可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、合同和圖樣等相關(guān)要求設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，從而快速、準(zhǔn)確地獲得進(jìn)度工程量，實(shí)現(xiàn)直接框圖出價(jià)。通過(guò)對(duì)工程成本模型進(jìn)行周期性調(diào)整、維護(hù)，繼而對(duì)模型進(jìn)行月度產(chǎn)值核算，可以有效實(shí)現(xiàn)進(jìn)度控制。

（4）成本動(dòng)態(tài)分析方面

成本模型數(shù)據(jù)以合同價(jià)和企業(yè)定額消耗量為依據(jù)，在5D模型中通過(guò)成本匯總、統(tǒng)計(jì)和拆分的過(guò)程中即時(shí)得到。因工程實(shí)際消耗量與定額消耗量會(huì)有所差異，5D模型應(yīng)跟隨施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)調(diào)整。每月對(duì)實(shí)際消耗進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)維護(hù)實(shí)際成本模型，可大幅減少一次性工作量，并有利于保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

四、三維施工管理在工程中的應(yīng)用成效

（1）滿足計(jì)算精準(zhǔn)性要求

現(xiàn)代化的輸變電工程工程量龐大，相交和異形等特殊構(gòu)件導(dǎo)致工程量計(jì)算難度不斷增大，其準(zhǔn)確性難以得到保證。采用三維技術(shù)可滿足大型輸變電施工技術(shù)管理中對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算處理準(zhǔn)確度的要求。

（2）滿足施工造價(jià)管理要求

三維技術(shù)可以滿足施工造價(jià)管理要求。傳統(tǒng)輸變電工程計(jì)量和計(jì)價(jià)主要以人工為主，工作量較大。而采用三維技術(shù)進(jìn)行施工管理，可打通施工造價(jià)管理環(huán)節(jié)，造價(jià)工作量大幅縮減。

（3）應(yīng)用三維技術(shù)進(jìn)行模擬分析

借助三維信息模型進(jìn)行參數(shù)分析，在三維空間中模擬變電站設(shè)備設(shè)施安裝，以此科學(xué)控制安裝計(jì)劃和施工設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)、出場(chǎng)順序，實(shí)現(xiàn)具有工序邏輯的三維施工管理目標(biāo)。

（4）滿足數(shù)據(jù)資源信息共享需求

三維技術(shù)可以滿足大型輸變電工程施工管理中的數(shù)據(jù)資源信息共享需求。通用造價(jià)、通用施工和通用管理已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)大型輸變電工程施工管理環(huán)節(jié)模塊化施工的重要特點(diǎn)。在此背景下，電力企業(yè)為了節(jié)省施工成本，降低施工管理的難度，減小施工影響，利用三維技術(shù)進(jìn)行施工管理時(shí)，通過(guò)多方案選比，實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程管理中的數(shù)據(jù)資源共享，提高施工管理效率。通過(guò)構(gòu)建5D信息模型對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，增強(qiáng)施工的科學(xué)性，減少施工索賠，保證施工項(xiàng)目投資、工期、質(zhì)量和安全等不同管理維度能夠協(xié)同化管理，以此滿足大型輸變電工程動(dòng)態(tài)化施工管理的具體要求。

（5）應(yīng)用三維技術(shù)進(jìn)行協(xié)同管理

針對(duì)大型輸變電工程施工管理過(guò)程中信息化、集約化和智能化施工管理要求，聯(lián)合建管方、設(shè)計(jì)方、施工方和運(yùn)維方構(gòu)建三維協(xié)同創(chuàng)新管理的輸變電工程技術(shù)管理平臺(tái)，以協(xié)同作業(yè)方式實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的互通與唯一，實(shí)現(xiàn)工程信息的有效管理。施工單位可以采用5D信息模型優(yōu)化管理工程施工中的各項(xiàng)施工工序和具體工程量等，以便施工方能夠合理安排資源，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。而施工監(jiān)理可以采用三維技術(shù)對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化跟蹤和監(jiān)督，以此促進(jìn)項(xiàng)目順利進(jìn)行，提高施工管理效率。同時(shí)，通過(guò)5D信息模型還能在全過(guò)程協(xié)同化管理中核實(shí)大型輸變電工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程記錄、工程設(shè)計(jì)變更記錄、工程索賠記錄和工程施工進(jìn)度記錄，甚至整個(gè)施工管控過(guò)程中的人材等資源詳細(xì)調(diào)配情況，有效避免施工資料不全和施工結(jié)算依據(jù)混亂等基本施工管理問(wèn)題的出現(xiàn)。

五、進(jìn)一步應(yīng)用設(shè)想

為了提高變電站工程的施工管理效率，相關(guān)部門(mén)需出臺(tái)相關(guān)配套政策合理引導(dǎo)。比如，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)三維技術(shù)實(shí)施應(yīng)用準(zhǔn)則的規(guī)范和完善，構(gòu)建電力行業(yè)三維技術(shù)實(shí)施應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；利用三維技術(shù)工程造價(jià)和施工管理信息構(gòu)建統(tǒng)一的信息分類(lèi)框架、標(biāo)識(shí)、準(zhǔn)則和編碼等，從而滿足不同輸電變電工程的管理需求。目前專(zhuān)業(yè)用于變電站施工管理的三維軟件尚不成熟，在有應(yīng)用需求、有應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的前提下，應(yīng)促進(jìn)國(guó)內(nèi)外的軟件商進(jìn)行三維軟件定制開(kāi)發(fā)，以期更好地為施工管理服務(wù)。此外，還應(yīng)結(jié)合電力行業(yè)的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，科學(xué)構(gòu)建電網(wǎng)公司主導(dǎo)下的變電站工程三維技術(shù)協(xié)同管控平臺(tái)。打通設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，將三維技術(shù)在變電站施工管理中的應(yīng)用拓展到全生命周期管理中，為以后的施工、運(yùn)行維護(hù)提供技術(shù)支撐。同時(shí)高標(biāo)準(zhǔn)的三維技術(shù)下的施工需求，也可以對(duì)設(shè)計(jì)提出更高的精細(xì)化要求。最后，在工作過(guò)程中，還需要提高施工人員的三維應(yīng)用技能，轉(zhuǎn)變施工管理思維，快速推進(jìn)三維技術(shù)在各類(lèi)輸變電工程施工管理中的應(yīng)用。

作者:李思浩 周冰 丁道軍 許志勇 薛茂生 單位:中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司