0  引言

    建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是在計算機輔助設計等基礎上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術，其以工程的相關信息數(shù)據(jù)作為基礎建立模型，并利用數(shù)字模型對項目的規(guī)劃、設計、施工及運維的全生命周期進行管理。BIM技術基于三維建筑模型實現(xiàn)信息集成和管理，具有模擬、優(yōu)化、協(xié)調(diào)、可視和信息綜合等特點。BIM技術通過將建筑信息全面、智能、直觀地展現(xiàn)出來，使得工程技術人員能更好地對各種信息做出正確理解和高效應對，為設計單位及運維單位提供了協(xié)同工作的基礎，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了成本。

1  BIM技術在全壽命周期的應用

    項目的全生命周期通常分為4個階段，包括規(guī)劃、設計、施工和運維階段。BIM技術發(fā)源于建筑設計，但不局限于建筑行業(yè)。目前，BIM技術已經(jīng)在各個領域的不同階段中得到應用，主要集中在規(guī)劃、設計和施工階段，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，運維階段的應用仍處在剛起步狀態(tài)。

1.1  BIM技術在建筑領域的應用

    BIM技術在建筑領域應用廣泛，其作為一種先進的工具和工作方式，在建筑工程的規(guī)劃、設計、施工、運營階段，改變了建筑行業(yè)的協(xié)作方式，促進了建筑工程全生命周期的信息共享，打破了信息隔閡，提高了對建筑工程的管理能力及工作效率。

    （1）規(guī)劃階段

    在項目規(guī)劃階段，BIM技術通過建立建筑物的模型、模擬真實環(huán)境下的關鍵信息，可以幫助業(yè)主及設計人員更好地規(guī)劃設計方案，從而降低能耗及成本。

    （2）設計階段

    在項目設計階段，BIM技術使建筑設計從傳統(tǒng)的二維模式轉換為三維模式，使設計人員不再受限于二維圖紙。BIM模型的建立，可以使設計方案更加完善、設計內(nèi)容易修改，避免設計過程中盲區(qū)，降低損失，更好地滿足設計需求，提高工作質(zhì)量。同時，BIM技術的應用可以在共享的建筑信息模型上實現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同工作，減少重復工作，同時降低錯漏碰缺問題的發(fā)生概率；利用BIM技術的可視化特點進行碰撞檢查、優(yōu)化工程設計，降低施工階段的錯誤損失和返工。

    （3）施工階段

    在項目的施工階段，施工單位可以利用BIM模型和相關計劃進度數(shù)據(jù)進行集成操作，跟蹤項目的施工進度，同時根據(jù)現(xiàn)場施工的實時情況進行相應調(diào)整；施工方可以利用BIM模型實時模擬施工過程中的難點和關鍵點，及時調(diào)整施工方案；利用BIM技術可以方便提供施工過程中所需要的信息，更加直觀地指導施工人員現(xiàn)場作業(yè)，降低施工現(xiàn)場的損失。

    （4）運營階段

    建筑的運營管理階段是持續(xù)時間最長也是最重要的環(huán)節(jié)。在運營管理階段，BIM可以提供有關建筑物的全方位信息，包括建筑使用情況、性能及管理維護記錄。這些信息可以幫助管理人員更好地監(jiān)控建筑物的使用狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，定期維護，更改建筑物內(nèi)設備的參數(shù)使其達到更好的性能。BIM技術改變了建筑業(yè)的管理模式，為建筑物的日常運營提供了可視化的服務，并積累了大量運營維護過程中的數(shù)據(jù)，為未來建筑領域的發(fā)展提供了基礎。

1.2  BIM技術在交通領域的應用

    隨著城市化進程的加快，交通領域進入快速發(fā)展的階段。交通工程項目具有信息量大、綜合性強、建設周期長、參與方多的特點。BIM技術的應用能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高度集成、協(xié)同工作以及可視化設計，打造了全生命周期的數(shù)字化、可視化、一體化系統(tǒng)信息管理平臺，實現(xiàn)精細化建設管理，為后期運維及資產(chǎn)管理提供服務。

    （1）規(guī)劃階段

    通過工程測量等手段獲取工程設計相關的地質(zhì)、空間等信息，運用三維建模技術、BIM技術以及三維GIS技術，實現(xiàn)交通工程的線路選線，選擇合理的走線方案。

    （2）設計階段

    充分發(fā)揮BIM技術在協(xié)同設計方面的優(yōu)勢，使不同地理位置、不同專業(yè)的設計人員開展協(xié)同設計，提高設計效率；同時，利用BIM技術對周圍環(huán)境內(nèi)的管線等進行碰撞檢查以及交通模擬，優(yōu)化工程設計，減少施工階段的錯誤損失和返工，提高設計質(zhì)量。

    （3）施工階段

    利用BIM模型以及其他要素進行交通施工模擬，尤其是施工過程中的重點及難點，優(yōu)化施工方案。同時利用BIM技術實時監(jiān)控施工質(zhì)量及施工進度，及時調(diào)整施工方案。

    （4）運維階段

    在交通項目的運維階段，利用BIM技術建立交通領域的設施資產(chǎn)及運營維護管理系統(tǒng)，通過竣工得到的BIM模型將設施設備、安全檢測、日常養(yǎng)護、運維管理等集成到三維可視化平臺上，并通過物聯(lián)網(wǎng)，使得各個設備的使用情況都包含在系統(tǒng)的管理范疇內(nèi)，以此進行現(xiàn)場管理。

1.3  BIM技術在電力領域的應用

    BIM技術在電力中的應用可以實現(xiàn)項目需求與BIM特點的結合，BIM技術的可視化及協(xié)調(diào)性等特點，能夠讓圖形從二維轉化為三維立體，使設計人員在工程的各個階段都在可視化的狀態(tài)下工作，有效避免碰撞情況^[1]。

    （1）規(guī)劃階段

    利用三維建模技術、GIS技術及BIM技術，通過勘察、測量等手段獲取工程設計相關的地質(zhì)、空間等信息，對線路路徑進行大范圍選擇、區(qū)域避讓、方案比選，完成輸電線路的路徑選擇及路徑優(yōu)化。

    （2）設計階段

    利用BIM技術實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設計、碰撞檢查。通過采用BIM技術，在設計階段提前發(fā)現(xiàn)設備、管線的碰撞沖突情況，并在施工前解決，從而提高施工效率，減少返工，節(jié)省施工成本。

    （3）施工階段

    利用BIM技術進行建模。通過將BIM技術與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結合，對場地及擬建的建筑物空間數(shù)據(jù)進行建模，并通過BIM技術對重要的施工環(huán)節(jié)或采用新施工工藝的關鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等進行模擬和分析，提高施工計劃的可行性。

    （4）運維階段

    基于BIM技術的運維管理軟件，實現(xiàn)變電站全壽命周期管理，提高工程設計、施工和運維的科學技術水平，方便工程后期運營維護管理，輔助日常運營管理，對重要設備進行實時監(jiān)控，并提供預警信息，保障各設備處于正常運行狀態(tài)，促進電網(wǎng)建設全面信息化和現(xiàn)代化^[2]。

1.4  BIM技術在水利領域的應用

    水利工程具有地形條件復雜、設計選型獨特、涉及專業(yè)廣等特點，存在圖紙信息繁冗、工程樞紐布置復雜、土方計算不精確的問題。針對這些問題，在水利工程中引入BIM技術，實現(xiàn)工程信息的數(shù)字化查詢、模型建立、樞紐布置及土方量計算等功能。

    （1）規(guī)劃階段

    利用BIM技術對工程的地形進行建模，規(guī)劃建筑物和施工活動的場所，并作為工程施工總布置的基礎。同時，基于BIM技術構造建筑物模型進行樞紐布置，確定樞紐中各組成建筑物之間的相互位置、制約關系，比選方案，從而節(jié)省工程量、方便施工、縮短工期。

    （2）設計階段

    基于BIM技術建立能夠真實描述工程設計的數(shù)字信息模型，完成水利工程設計地形、建筑工程的建模，實現(xiàn)可視化仿真，為設計碰撞、進度管理、技術交底等提供參考。水工建筑物的型式、構造和尺寸，與建筑物所在地的地形、地質(zhì)、水文等條件密切相關，設計選型獨特，各構件不具有通用性，在設計過程中，水利工程的BIM建模應以構件為單位建立，最后進行拼裝，形成完整的水工建筑物模型。

    （3）施工階段

    水利工程中的土方量計算是工程施工各個環(huán)節(jié)的重要依據(jù)，為施工過程中工程量的預算、施工的設計組織和現(xiàn)場安排提供了重要參考。水利工程地形復雜，挖填土方量大，利用BIM技術計算土方量能夠保證計算精度，快速進行土方的開挖和填筑實驗，準確計算土方的開挖和填筑量，選出最佳土方開挖方案。同時，利用BIM技術可以在施工階段對施工進度進行模擬，保障重要時間節(jié)點，完善模型，指導現(xiàn)場施工。

    （4）運維階段

    利用BIM技術建立運維信息平臺，提供工程運行維護階段的信息，同時提供基于BIM技術的應急管理，實現(xiàn)預防、警報和準確定位，避免在事故發(fā)生時因查看繁多復雜的圖紙等而影響最佳救援時間。

2  BIM技術在運維階段的應用

    運維管理是一種通過整合人員、設施、技術和管理流程進行管理的模式，主要包括對人員、工作和生活空間進行規(guī)劃、監(jiān)測、維護、應急等一系列管理。其目的是滿足工作人員在建筑空間中的基本使用需求，并保證其安全性及舒適度，同時能夠增加投資收益。運維階段在全生命周期中占絕大部分，從成本角度看，運維階段的成本約占總體的2/3左右。傳統(tǒng)的運維管理需要人工采集、記錄維修信息，查詢二維圖紙、維修手冊等其他紙質(zhì)材料，造成信息保存不完整、信息分散、信息溝通傳遞易出錯，導致在運維階段信息遺漏和丟失、信息重復修改，影響運維管理工作的效率和質(zhì)量，增加耗時^[3]。

    由于項目運維管理具有周期較長、時間跨度大、內(nèi)容略多、涉及人員復雜的特點，傳統(tǒng)的運維管理模式效率低下，無法繼續(xù)適應項目需求。在運維管理階段中引入BIM技術，可以為各專業(yè)工作人員提供一個高效便捷的管理平臺，在滿足用戶基本活動需求的基礎上增加投資收益，同時實現(xiàn)設計、施工和運維階段的信息共享。

2.1  基于BIM的建筑運維管理

    （1）數(shù)據(jù)集成與共享 

    BIM集成了從規(guī)劃、設計、施工、運維直至使用周期結束的全生命周期內(nèi)各種項目信息、模型信息以及部件參數(shù)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)全部集中于BIM 數(shù)據(jù)庫中，為項目的運維管理系統(tǒng)提供相關的信息、數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了信息相互獨立的系統(tǒng)之間的資源共享和業(yè)務協(xié)同。

    （2）可視化運維管理

    在監(jiān)測、調(diào)試和故障檢修時，運維管理人員通常需要定位部件在建筑物空間中的位置，并同時查詢其檢修所需要的相關信息。而設備的定位工作是重復的，不僅耗費工作人員的時間和勞動力，而且大大降低了工作效率。通過引入BIM技術，可以確定電氣、暖通、給排水等重要設施設備在建筑物中的具體位置，實現(xiàn)了運維現(xiàn)場的可視化定位管理，同時能夠同步顯示設備設施的運維管理內(nèi)容。

    （3）應急管理決策與模擬 

    通過調(diào)取BIM中存儲的應急管理數(shù)據(jù)，在獲取信息不足的情況下，做出相應的應急響應決策；利用BIM，識別系統(tǒng)中可能發(fā)生的突發(fā)事件并協(xié)助工作人員做出應急響應，確定危險發(fā)生的位置；并且BIM中存儲的空間信息可以判斷疏散線路和周圍危險環(huán)境之間潛在的關系，從而降低制定應急決策的不確定性。

    BIM也可以作為模擬工具培養(yǎng)運維管理人員在緊急情況下的應急響應能力，并評估突發(fā)事件導致的損失^[4]。

2.2  基于BIM的交通運維管理

    （1）資產(chǎn)管理 

    利用BIM技術對交通系統(tǒng)中的設備、設施進行資產(chǎn)管理，主要包括對設備型號、設備狀態(tài)、設備保質(zhì)期、維護方式、維護人員、維護內(nèi)容等進行管理，以及對上述信息的查詢、統(tǒng)計、更新等。

    （2）應急預案管理 

    利用BIM存儲的設備保質(zhì)期數(shù)據(jù)，對設備臨近保質(zhì)期進行報警，或當設備出現(xiàn)故障時，利用BIM尋找適合的解決方案，形成應急工單、人員、物資的聯(lián)動模式，增強應急處理能力，提高交通運營的可靠性。運維管理系統(tǒng)會保存設備的安裝、拆除視頻，供管理者查閱；同時，運維管理系統(tǒng)可以定位設備，并查找該設備的相關信息，進行維護。

    （3）數(shù)據(jù)管理 

    利用BIM存儲維修記錄、行車日志、客流信息等相關數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)信息計算交通路線的運行狀況、維護費用等信息，以此進行調(diào)度計劃決策^[5]。

2.3  基于BIM的城市生命線運維管理

    （1）工程信息共享 

    利用BIM存儲生命線工程的基本信息，包括工程項目名稱、項目規(guī)模、地理位置、建造日期、建設單位、主要設備材料等相關資料，以及監(jiān)測點的布置、傳感器類型、相關參數(shù)設定等內(nèi)容，利用網(wǎng)絡實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的交互及共享。

    （2）監(jiān)測數(shù)據(jù)管理 

    利用BIM，將傳感器實時采集到的工程相關數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以根據(jù)相關信息進行位置定位，并實時查詢，同時可以更新相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

    （3）健康診斷與安全評估 

    利用BIM判斷生命線工程的安全運行狀況，針對不同生命線工程的特點，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)預先設置的閾值比較判斷，如果超過設定的安全值，系統(tǒng)將會觸發(fā)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，并進行相應的健康診斷和安全評估。

    （4）應急預警管理 

    利用BIM制定生命線工程的管理維護方案、防災應急預案等，同時提供相關數(shù)據(jù)，對城市防災指揮給予支持，根據(jù)健康診斷與安全評估系統(tǒng)模塊的研判，做出響應。

    綜合以上各領域運維階段的BIM技術應用可以看出，BIM技術在工程中的應用主要集中在規(guī)劃、設計及施工階段，針對運維階段的應用較少，還處于起步階段，且主要集中在設備管理、能耗管理、物業(yè)管理、數(shù)據(jù)收集與定位及安全管理等方面。

3  BIM在運維階段應用的軟件

    為了更加直觀地應用BIM技術，為運維人員提供一個直觀的平臺，方便將運維階段的設備信息、安全信息、維修信息等各種數(shù)據(jù)錄入，以三維可視化的方式展示設備及部件以指導運維人員工作，充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢。目前，在運維階段使用的BIM平臺管理系統(tǒng)主要有三類：（1）已有商業(yè)軟件產(chǎn)品的直接應用；（2）在已有商業(yè)軟件基礎上進行二次開發(fā)；（3）具有自主知識產(chǎn)權的平臺系統(tǒng)研發(fā)。表1列出了國內(nèi)外在工程不同階段使用的BIM應用軟件，從中可以看出，BIM軟件的應用目前主要集中在設計階段和施工階段，運維階段的BIM軟件相對較少，而且國內(nèi)的BIM軟件相對于國外少。

4  BIM在電力運檢方面的應用前景

    基于以上研究，相比較于設計階段和施工階段，BIM技術的應用在運維管理中還處于初級階段，且BIM技術在各領域運維階段的應用主要集中在信息管理和應急預警管理兩個方面。BIM在運維階段的應用不足主要是由于數(shù)據(jù)基礎不足、相應標準不完善、應用需求不明確以及缺乏合適的技術平臺等原因?qū)е碌?sup>[6]。

    目前，BIM技術的應用范圍不夠廣泛，在電力行業(yè)中，BIM技術的應用主要集中在前期的設計布局以及協(xié)同工作、碰撞檢查，中期的進度控制、材料控制和成本控制的應用較少，后期的制定維修預設方案以及項目維修尚處于起步階段。 

    作為電力領域管理工作中的重要組成部分，輸電線路的運檢效果對電力系統(tǒng)運行的效率與質(zhì)量有著直接的影響，通過對輸電線路運檢管理工作的進一步探索與研究，能夠有效減少現(xiàn)    有問題帶來的負面影響，確保電力系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)、高效運行。

    當前多數(shù)供電企業(yè)仍沿用傳統(tǒng)輸電線路管理辦法，依靠線路運行人員的日常巡視及手工記錄獲取運行信息，通過相關技術及管理人員的整理分析，對設備運行狀態(tài)進行判斷，經(jīng)判斷確存在故障，則及時安排相關人員進行檢修及處理。但這種傳統(tǒng)的設備管理模式受運檢人員的主觀能動性影響大，所獲取信息的準確性與及時性難有保證，漏巡漏記等問題時有發(fā)生。同時設備運行狀態(tài)的判斷主觀性強，難以準確掌握設備缺陷及危險點位置，這也一定程度上會影響到設備檢修及故障處理的效率及質(zhì)量。傳統(tǒng)的設備管理模式已無法適應電力企業(yè)現(xiàn)代化、信息化、精細化的管理要求^[7]。

    BIM技術在輸電線路運維檢修中的應用將是未來電力行業(yè)的發(fā)展方向，通過采用BIM技術快速定位輸電線路故障的具體位置，并且準確查詢線路的信息記錄，模擬檢修方案，選擇合適方案進行線路檢修；同時利用BIM技術提供一種簡便有效的方式，記錄線路檢修人員對線路故障的檢修信息，高效地解決線路故障并落實責任；通過BIM技術在后期運營期間對電力設備進行實時監(jiān)測，并在一定指標范圍內(nèi)進行不同預警，避免各類事故的發(fā)生，確保輸電工程的正常穩(wěn)定運行。

5  結論

    BIM技術在運維中的應用仍處于起步階段，并且較多地停留在信息管理和應急預警管理上。利用BIM技術在電力運檢領域進行故障位置判斷、模擬檢修方案、管理檢修信息以及進行監(jiān)測預警是未來輸電線路運維檢修的發(fā)展方向。

參考文獻

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作者信息:

白  旭，費香澤，金  歡

（中國電力科學研究院有限公司，北京 100055)