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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、施工及運行中遇到諸多問題，比如材料量統(tǒng)計前后差異大、施工進度難以準確把控以及施工方交付運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，也是技術(shù)進步的必然。

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)用分為三個階段：第一階段為可視化階段，主要利用CAD等基本圖形平臺進行三維建模，重點實現(xiàn)三維的可視化效果展示，但三維成品并沒有在工程中實際應(yīng)用；第二階段為數(shù)字化設(shè)計階段，是引進國內(nèi)外先進的三維設(shè)計系統(tǒng)，并通過二次開發(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)計方面的需求；第三階段為全壽周期管理階段，屬于三維高級應(yīng)用技術(shù)，三維技術(shù)不僅著眼于工程設(shè)計這個階段，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)計的理念，實現(xiàn)三維模型在設(shè)計、施工、監(jiān)理和運維等各個階段的管理應(yīng)用，如進行BIM的信息共享應(yīng)用，進行三維可視化施工管理系統(tǒng)的建設(shè)等。目前國內(nèi)的研究還主要集中在第二個階段，而對第三階段研究內(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

三維技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用，并非只是簡單的軟件應(yīng)用，而更應(yīng)側(cè)重施工管理的過程。基于三維技術(shù)的施工管理目標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，為項目整體提高效率、降低成本及提高質(zhì)量，從而達到項目精細化施工管理的目的。

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)險管理、采購管理及綜合管理九個部分。而這九大方面均可利用三維技術(shù)對傳統(tǒng)的管理方式與方法進行改進，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)層開始，經(jīng)過軟件平臺層、模型層和信息集成平臺然后到達應(yīng)用層。基于三維模型針對施工管理的不同內(nèi)容進行不同方面的應(yīng)用，從而實現(xiàn)施工管理的全過程覆蓋。

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、施工、運維和管理等各工程參見方需要的數(shù)據(jù)屬性構(gòu)建的。

（1）項目的可視化模擬

項目的施工過程是一個隨時間變化的高度動態(tài)的過程，存在著很大的不確定性，通過三維信息模型可以對變電站工程項目建設(shè)過程進行不確定性分析和最佳方案的模擬，通過實際施工進度和質(zhì)量情況與三維可視化模型進行比較，直觀地了解各項工作的執(zhí)行情況，從而幫助施工人員了解施工過程中可能出現(xiàn)的問題，如資源沖突、工序交錯等，繼而可以提早對施工過程進行優(yōu)化，確保目標的實現(xiàn)。

（2）施工過程分析

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

（3）施工過程管理

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

2．基于三維技術(shù)的施工進度管理

施工進度管理是基于BIM－4D信息模型實現(xiàn)的。4D信息模型是在三維信息模型基礎(chǔ)上，加入時間維度，按照時間進展對施工過程進行可視化模擬，實現(xiàn)三維技術(shù)對項目施工計劃與施工管理過程的影響。4D信息模型的出現(xiàn)，不僅有利于項目管理質(zhì)量的提升，而且對于項目進度安排、成本管理都能起到一定的積極作用。基于三維技術(shù)的施工進度管理主要通過反復(fù)進行施工過程模擬，讓那些在施工階段可能出現(xiàn)的問題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，并對其逐一修改，并提前制定應(yīng)對措施，使進度計劃和施工方案達到最優(yōu)（如圖4所示），再指導(dǎo)實際的項目施工，從而保證項目施工的順利完成。該方案的實施可以有效地避免傳統(tǒng)的施工過程中不利因素對于施工進度的影響。首先對于工程中不合理以及施工進度計劃編制不合理造成的進度拖延的問題，通過基于4D模型的施工模擬，對設(shè)計存在的問題以及施工進度計劃安排的合理性進行逐一模擬檢查，從而實現(xiàn)在施工開始之前可以排除問題。其次，對于施工現(xiàn)場人員素質(zhì)問題以及溝通協(xié)調(diào)不善造成的施工進度拖延的問題，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，并在彼此溝通過程中實現(xiàn)效果展示、問題分析，從而避免了人為表達、理解和專業(yè)水平不同帶來的溝通問題，提高了溝通效率，為進度目標的實現(xiàn)提供了有效保障。最后，對于施工環(huán)境影響施工進度方面，基于4D模型的施工分析可預(yù)先對施工環(huán)境進行勘測、分析，在項目的開始階段就對可能存在環(huán)境因素及其影響進行預(yù)測，并提早制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。施工進度管理幫助管理者更好地發(fā)現(xiàn)計劃進度與實際進度之間的偏差，從而為進度計劃的修改提供依據(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成本信息模型在工程量計算、成本動態(tài)分析、支付進度分析以及材料消耗量控制等方面的控制和管理來實現(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)在以下幾個方面。

（1）方案優(yōu)化方面

傳統(tǒng)的二維平面圖樣，很難在進入施工階段之前找出各專業(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，可以在項目施工開始之前利用三維可視化功能對模型進行碰撞檢查來避免不必要的成本增加。

（2）工程量計算方面

工程量計算是編制工程預(yù)算的基礎(chǔ)，其計算過程煩瑣，人為計算過程中容易產(chǎn)生漏算、錯算的問題，從而影響工程量計算結(jié)果的精確性。基于三維技術(shù)建模軟件本身內(nèi)置計算規(guī)則，通過對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)則進行計算可以得到客觀、準確的工程量計算結(jié)果，從而避免了人為因素造成的誤差。

（3）進度款支付方面

基于三維技術(shù)的成本模型可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫、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、準確地獲得進度工程量，實現(xiàn)直接框圖出價。通過對工程成本模型進行周期性調(diào)整、維護，繼而對模型進行月度產(chǎn)值核算，可以有效實現(xiàn)進度控制。

（4）成本動態(tài)分析方面

成本模型數(shù)據(jù)以合同價和企業(yè)定額消耗量為依據(jù)，在5D模型中通過成本匯總、統(tǒng)計和拆分的過程中即時得到。因工程實際消耗量與定額消耗量會有所差異，5D模型應(yīng)跟隨施工進度動態(tài)調(diào)整。每月對實際消耗進行盤點，動態(tài)維護實際成本模型，可大幅減少一次性工作量，并有利于保證數(shù)據(jù)的準確性。

四、三維施工管理在工程中的應(yīng)用成效

（1）滿足計算精準性要求

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)致工程量計算難度不斷增大，其準確性難以得到保證。采用三維技術(shù)可滿足大型輸變電施工技術(shù)管理中對數(shù)據(jù)計算處理準確度的要求。

（2）滿足施工造價管理要求

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

（3）應(yīng)用三維技術(shù)進行模擬分析

借助三維信息模型進行參數(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)控制安裝計劃和施工設(shè)備的進場、出場順序，實現(xiàn)具有工序邏輯的三維施工管理目標。

（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、通用施工和通用管理已經(jīng)成為當前我國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。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)進行施工管理時，通過多方案選比，實現(xiàn)施工全過程管理中的數(shù)據(jù)資源共享，提高施工管理效率。通過構(gòu)建5D信息模型對施工全過程進行優(yōu)化管理，增強施工的科學(xué)性，減少施工索賠，保證施工項目投資、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態(tài)化施工管理的具體要求。

（5）應(yīng)用三維技術(shù)進行協(xié)同管理

針對大型輸變電工程施工管理過程中信息化、集約化和智能化施工管理要求，聯(lián)合建管方、設(shè)計方、施工方和運維方構(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，以協(xié)同作業(yè)方式實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的互通與唯一，實現(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，實現(xiàn)精細化管理。而施工監(jiān)理可以采用三維技術(shù)對施工全過程進行精細化跟蹤和監(jiān)督，以此促進項目順利進行，提高施工管理效率。同時，通過5D信息模型還能在全過程協(xié)同化管理中核實大型輸變電工程項目實施過程記錄、工程設(shè)計變更記錄、工程索賠記錄和工程施工進度記錄，甚至整個施工管控過程中的人材等資源詳細調(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題的出現(xiàn)。

五、進一步應(yīng)用設(shè)想

為了提高變電站工程的施工管理效率，相關(guān)部門需出臺相關(guān)配套政策合理引導(dǎo)。比如，通過對國內(nèi)三維技術(shù)實施應(yīng)用準則的規(guī)范和完善，構(gòu)建電力行業(yè)三維技術(shù)實施應(yīng)用標準；利用三維技術(shù)工程造價和施工管理信息構(gòu)建統(tǒng)一的信息分類框架、標識、準則和編碼等，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)用標準的前提下，應(yīng)促進國內(nèi)外的軟件商進行三維軟件定制開發(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)的運營特點，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。打通設(shè)計、施工和運維等各個環(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、運行維護提供技術(shù)支撐。同時高標準的三維技術(shù)下的施工需求，也可以對設(shè)計提出更高的精細化要求。最后，在工作過程中，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，快速推進三維技術(shù)在各類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:中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司