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【綜述】數字孿生技術助力變電站建設——記江蘇無錫綺北220千伏變電站BIM技術落地應用
來源:華東院 作者:朱雯瑞 發布日期:2020-02-14 瀏覽次數: 字號:[ ]
  江蘇綺北220千伏變電站是國家電網公司首批全過程工程咨詢試點項目,同時,也是江蘇省首批35個全過程工程咨詢試點項目之一。利用項目全過程咨詢管理協調能力強的特點與優勢,中國能建規劃設計集團華東院在項目建設方江蘇省電力工程咨詢有限公司的大力支持下,負責牽頭搭建綺北220千伏變電站基于BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)技術的項目管理平臺。

  

  圖1  綺北220千伏變電站“基于BIM的施工過程管理平臺”大屏幕展示頁

  在“工業4.0”、“中國制造2025”提出后,傳統的BIM技術已和數字孿生技術相融合,向項目的全壽命周期延伸。打破BIM在設計與施工階段的數據壁壘實現建設全過程的數據流通一直是行業內亟待解決的問題。綺北變電站管理平臺基于數字孿生技術理論,梳理變電站項目全壽命周期中數據信息的存儲方式和流通渠道,對規劃設計、施工把控以及運維管理三大應用階段及各階段之間的數據布置和流通方式進行了統籌規劃,并在實踐應用中實現了攜帶數據信息的三維設計模型向施工應用平臺的無損交付;此外,三維設計模型在為運維方提供直觀圖像信息的同時,也為其在運維階段的應用做好了數據信息準備。

  

  圖2  綺北220千伏變電站平臺“管理后臺”界面

  設計模型更具實用性

  在設計端,綺北變電站管理平臺在依據國網相關規定構建數字化三維模型的基礎上,對模型應用情況進行實時跟蹤與深入調研,在這一過程中,通過與建設、施工等單位的反復討論與商榷,推敲適合工程應用的三維模型精度要求及施工管控方式,并以此為基礎,對模型進行深化和調整,使得數字孿生三維設計模型與項目施工管理的實際應用需求相契合。

  

  圖3  三維設計模型可進行施工進度預演及進度可視化

  與此同時,綺北變電站三維設計模型還滿足了國網規定的交互模式下的模型輕量化的要求,打通了GIM格式的電氣設計模型數據向應用平臺移交通道。此外,由于國家電網公司構建了數字化三維模型和實物ID相結合的應用數據庫框架模式,遵照國網基建部的相關布置,江蘇省公司基建部試點開展三維設計與實物ID的銜接工作。基于對華東院相關工作的認同與肯定,江蘇省公司選取綺北220千伏變電站項目作為變電站信息化三維模型與電網實物ID綁定的試點工程。在此項工作開展過程中,華東院從現場獲取主變、開關柜等主要設備的實物ID編碼等相關信息的一手資料,錄入采用國網GIM格式建立的三維設計模型中,并在設計模型中錄入運維單位要求的其他相關信息。

  在隨后的過程中,華東院與國電通公司、本特利(Bentley)公司協作,對三維模型移交過程中的數據轉移方式進行分析和調整,順利完成了設計模型向電網工程數字化管理應用平臺的移交,移交過程中保證了三維模型所攜帶的實物ID等屬性信息的完整性,通過實踐為國網數據中心架構的搭建提供了有力的技術驗證與支持。

  

  圖4  數字化三維模型和實物ID相結合

  施工管控更為精細化

  在施工端,以往BIM技術的使用過程中,設計人員建立的三維模型往往由于信息缺失、數據格式不匹配、精度不滿足要求等因素而無法被施工單位所使用,從而造成信息斷層,影響了項目全壽命周期的數據傳遞與使用效率。本項目中,著力于打通設計到施工的數據流通壁壘,使三維設計模型充分服務于施工階段的項目建造。首先管理平臺進行了輕量化軟件的編制,對設計模型進行輕量化處理使操作更加流暢便捷。同時,在傳統三維模型中數據的獲取困難的問題上進行多維度深化挖掘,采用了模型剖切、結構樹、檢索等多種三維空間手段,方便平臺操作人員觀察和選擇模型內部構件及設備;通過編制變電站三維模型標識系統編碼規則,對每一個構件、設備進行編碼,實現了通過結構樹或文字檢索選取構件、設備的功能,便于不同專業人員對構件或構件組進行定位與選取。通過對這些細節采取的系列優化措施,奠定了平臺三維設計模型精確構件級應用的基礎。平臺利用精細化設計模型,實現三維模型與構件、設備的綁定與關聯,在此基礎上,設置了進度、安全、質量、合同造價、設備、文檔和組織等管理模塊,可以實現相應的管理精度可達到LOD(Levels of Detail,細節層次)精確構件級精度。同時,對于重點施工工序、施工工藝及施工流程進行相應模擬,結合模擬中存在的問題或優勢,揚長避短。同時還可以對施工方案尤其是特殊過程、關鍵工序的施工方案進行推理論證,由此保障工程施工質量。

  

  圖5  通過檢索方式進行構件查詢

  

  圖6  平臺設置安全管理模塊

  項目管理更加多元化

  在項目管理上,綺北工程項目管理平臺,除建立了PC端外、還配置了手機、平板電腦等多種移動端平臺入口,以及包含LED大屏幕在內的多種操作終端,可方便各類場合不同需求人的日常操作和使用。

  

  圖7  手機移動端平臺

  需要說明的是,綺北220千伏變電站管理平臺還運用WBS(Work Breakdown Structure,工作分解結構)的工作模式,該模式以可交付成果為向導,對項目要素進行分組,將成果分解為較小的、更易管理的組成部分的過程。基于WBS的管理模式構建的綺北變電站項目管理平臺,將項目標識系統編碼與三維模型綁定,項目管理單位輸入項目階段性工作成果(進度)節點,并賦予不同人員相應的層級權限,各級參建人員根據項目WBS的工作分解結構,將依附于設計模型的項目進度要求與預設的WBS工作包鏈接與綁定,形成更加完善的項目管理工作計劃架構。在項目建設的具體實施階段,工作人員將工程的實際進度、質量、安全等信息通過PC機、平板電腦、手機等多種移動終端,按既定要求輸入到WBS工作包,根據之前設定的工作流程流轉,實現對項目全壽命周期的管理。

  

  圖8 施工現場使用管理平臺對樁基進行管理操作

  BIM技術在電力行業中的推廣應用目前還處于初級階段,如何將BIM技術落地到實際工程中解決項目全壽命周期管理問題更是業內共同認定的難題之一。依托綺北220千伏變電站工程搭建基于BIM技術的項目管理平臺,有效解決了變電站建設各階段數據孤島問題,創建了信息交流與共享平臺,充分發揮各主要參與方的主觀能動作用,降低各種不利因素影響,是BIM技術在實際落地應用方面取得的一項突破性進展。目前,綺北220千伏變電站已成功投運,基于BIM的施工過程管理平臺的可操作性和在項目建設中發揮的優勢也在實際工程的使用中得以充分證明。今后,華東院將繼續不斷探索應用BIM技術的成功之路,助力BIM技術在電力行業的穩步推進,早日實現智慧電網與數字化精益建造的宏偉藍圖!



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