摘要：随着输变电工程标准化设计的深入，BIM技术得到了进一步推广，本文结合输电线路设计实例，分析输变电工程BIM应用存在的一些问题，为BIM技术在输变电工程设计领域的优化应用提供思路和方法。
关键词：BIM技术；输变电工程；勘察设计
一、BIM技术在南方电网输变电工程设计的应用要求
BIM 是Building Information Modeling的简称，中文直译为“建筑信息模型”，是指以建设工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，它是一种数字信息的多维集成和应用，可以用于建设项目的设计、建造、运营管理等全过程的数字化管理方法。
BIM技术支持建设项目工程通过软件平台形成集成的管理环境，使得项目效率、项目风险都能在该集成管理环境进程中得到有效的改进，并能针对性解决输变电工程项目管控中存在的一些共性问题：1、设计错误和漏项、专业间不协调及设计不合理；2、施工的工艺管理控制不足，信息不能有效沟通，工期计划制定不科学；3、项目管理粗放、缺乏有效的造价全过程管控和风险辨识等。在中国南方电网有限责任公司2018年110kV及以上输变电工程勘察设计招标文件中明确表示，将BIM技术在变电站工程的应用作为技术考评要点，并对部分项目采用试点模式，在勘察设计、施工实施、竣工移交、运营管理等全过程采用BIM技术应用。
二、BIM技术在输变电工程地质勘察和选址选线中的应用
随着航拍数据技术在输变电工程中的应用，我公司积极推进三维设计、施工、运行和管理系统的开发，在输电线路三维GIS系统的选线、展示、档案管理和生产运行管理等功能上进行集成，将分布于大量独立的计算机中的各类专业和项目数据形成有效循环利用，做到线路路径优化、设计创新，提高了服务质量。
1、BIM+勘察
在输变电工程线路中我公司试点采用BIM+勘察模式，技术支撑采用开放数据结构，结合工业标准的基础GIS软件，开发各种高级应用，提高系统对公用数据库和基础地理数据的利用率。在此基础上采用BIM应用，可以实现输电线路三维可视化辅助设计，实现对三维地形、立体地物和地质构造等对象文件数据，对空间属性的关系型数据，对分类转换数据等进行融合共享。比如在110kV宾至输变电工程勘察设计中，BIM+勘察模式根据项目实际情况建立了相应的专业应用层次，如钻孔查勘、岩土参数、快速定位、定点剖析、地层剖察、显示/隐藏剖面、平面图等，进而构成了辅助设计系统与用户交互的界面，采用各种可视化的手段实现输电线路及变电站位置地质情况的显示、查询、设计、数据管理和图样输出功能。
2、BIM+测量
根据目前公司购买的地形图和基础地理数据中，表面的自然地物和人文数据状态各异、错综复杂、关系密切，但是不是都对输变电线路选线和测量有关系，因此针对GIS的数据进行梳理和优化，择优建立BIM对象和数据录入成为应用关键。根据多年的输变电工程数据应用分析，数字线路划数据、影像（航拍遥感）数据、高程数据、空间属性数据这四类数据是输变电工程的测量选址的核心数据，可以通过野外数据采集、底图数字化、航拍摄影测量、遥感图像处理等多种方式获得，在这些数据基础上组建BIM技术的平台应用，才能实现项目多层次量化输出。在测量选线的BIM技术应用中，主要解决以下几个难点：
1）如何确立最高效的BIM模型对象，才能将多数据源的地理数据转化为单一的、综合的基于数据模型的对象，从而有效的解决GIS中多数据源多数据类型的问题。以110kV宾至输变电线路设计为例，模型对象选择中，设置了4个对象，第一是代表三维场景的地形；第二是诸如公路、边界和河流等覆盖在地形上的矢量对象；第三是立体建模的地物对象，比如主要的居民地点、重要的河流、道路、桥梁和输电线路主要的跨越和标注等；第四是输电线路上的电力器件对象，比如输电线、避雷线、杆塔和绝缘子等，这四类数据对象已经基本上能够满足输变电线路选线的需要，成为BIM数据层应用的基础要素。
2）数据录入和属性控制如何才能满足状态更新和变更的需要。在输变电工程设计中，部分项目由于负荷变更和投资重点等原因，建设周期加长，甚至出现缓建情况，设计过程中出现数据变动和更新情况较大，原有采样数据已经无法满足设计需要，使用BIM技术的数据录入和属性控制就可以较好的解决这一数据时限问题。在BIM数据层中，采用文件系统加关系数据库来构成系统的基础数据库，用关系数据库来关系系统的属性数据，并进行阶段更新和再次录入，进行阶段设计时，对数据进行再次校核录入，比如110kV宾至输变电工程，该项目勘察设计启动时间为2009年，但2018年仍在进行线路施工图设计变更，初步设计和施工图设计时限跨度长达9年，考虑到三维GIS中对空间数据查询、显示及分析的特殊要求，使用BIM关系数据库对测量数据进行阶段更新，但又不影响整体选线，也不会对工程造价造成颠覆性影响，进而实现线路塔基微调变更，更使三维可视化位移成为可能，从而实现输变电线路与在建高速铁路及待建高速公路的交叉跨越的三维模拟。
3）如何实现高速的转换融合和数据共享。在对客户进行三维模拟运算和展示时，由于BIM系统和数据的存储和使用无法迁移，在一定程度上很难实现异地转换融合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本公司则另辟蹊径，采用双转换的数据共享方式，设置转换通信层，包含数据转换和链接通讯两个子层，屏蔽了各种无理通信介质和网络通信协议的差别，为数据转换子层提供统一格式的数据。数据转换子层负责将不同的分专业和分系统之间的数据进行分类、转换、融合后上传到数据层。而在通信层则使用通信协议实现与国家地理信息测绘数据GIS及其他数据库的数据共享。比如在110kV宾至输变电工程的数字化试点现场演示中，采用BIM技术的通信信道，在演示现场直接采用3Dmax进行输变电线路选线及跨越演示，但是既没有占用大带宽的通讯通道，也不需要高等级硬件电脑支撑运行，取得了很好的解说演示效果。
4）如何对GIS数据进行优化利用。在GIS数据中如数字线数据（DLE）、影像航拍数据、数字高程模型（DEM）、属性数据等都拥有独立的广泛应用，各行业设计院也在该数据系统建立了自己的应用系。GIS数据可以通过野外数据采集、购买数字化地图、航拍摄影测量、遥感测控处理等方式获得，在构建输变电工程BIM数据系统时，可以利用以上手段获取，依据所需要解决的问题来选择数据获取手段。比如对于输电线路核心区域有交叉跨越等可以利用航拍影像数据经处理生成DEM及DOM等基础地理数据，对于线路走廊规划等可以通过购买相关区域高分辨率地形图或者遥感卫星影像经过遥感软件处理获得BIM所需要的基础地理数据。此外，还可以通过对GIS数据加载输电线路名称、编号、回路数、气象条件资料、水文地质情况等线路属性，进而形成所有输电杆塔的三维实体模型，并标注具体塔位定位坐标和高程、绝缘子金具串三维实体和各种属性信息，并能直观导（地）线类型、结构、安全系数和控制导（地）线架线的各种属性信息，进而直接输出三维演示和二维施工图成果。
3、BIM+技改
对于已经竣工的输变电线路，可以结合杆塔明细表中的杆塔、呼高、转角度数、档距、绝缘串型等信息，并通设定线路起止端的塔位坐标将线路一次性导入BIM系统。对于竣工图资料不全的线路，可通过外业数据采集，用手持GPS采集构架、杆塔等坐标，补充录入BIM系统。在进行线路技术改造时，可以针对线路走廊情况进行规划调整，针对某区段的厂房扩建、道路建设等事先进行三维模拟规划，结合国土、林地等数据进行规划调整。对于存在地质灾害隐患或危险点区域内的塔基位置，则可以将历年滑坡数据进行三维预设，将风险塔基列入集中控制管理，减少日常巡检的工作量，并加快紧急设计处置的反应速度。
4、BIM+选线
采用输电线路三维可视化辅助设计可以实现模型展示、场景定位、量测估算、图层管理、信息查询、专题展示场景浏览、区域框选、图形导出、图标注记、专题信息的分类、共享线路成品等功能。其中最重要的是实现排杆定位和平断面图的辅助设计，包含估算工程量、交跨物统计、各种电气计算校验、明细表生成、统计材料量、线路标准化设计模块辅助制作、影像、DEM 辅助加工数据更新维护、网络资源地理数据的导出、线路数据修改及历史查询、基础数据更新及历史查询等等。以110kV宾至输变电工程为例，通过智能规划、选线通过建立矢量地理信息、设置障碍物缓冲半径，BIM系统可自动优选出若干条线路路径，分析输电线路对耕地、村镇和厂矿影响，且在交互设计过程中对控制线路走向的不良地质、特殊地质等灾害性地质或重点设施等必须绕避的控制点发出警告信息等。三维联动设计可以在三维场景、二维平面和排塔定位模块等3个窗口上联动操作，在给定导、地线型号及安全系数、电压等级后，通过一定的人工干预如设定经济档距范围、增加跨越点、特殊地形强制立塔等，系统可根据杆塔使用条件、地形特征进行智能排塔定位。输变电线路走廊范围内三维场景快速建模排塔定位模块的平断面地物与三维场景相关联，通过现场调绘和终勘定位后，线路走廊范围内的房屋、桥梁等可以作为矢量立方体直接读取到三维场景，以便进行空间测量。三维金具组装设计可以在三维实体中对各种金具串进行组装、拆分等逼真模拟，可以进行绝缘子串材料的耗量统计及金具零件查看、编辑功能，能完成材料统计、重量计算、尺寸计算、三维标注及任意角度显示及三维打印出图等项工作，同时也可以输出二维金具组装施工图。
三、BIM技术在全过程造价管理中的应用
通过软件运用BIM技术建立的模型，能够实现项目成本的精细分析，准确计算出每个工序、每个工区、每个时间节点段的工程量，并按照电力定额进行相关分析，可以及时计算出各个阶段每个构件的中标单价和施工成本的对应关系，实现了项目成本的精细化管理。同时根据施工进度进行及时统计分析，实现了成本的动态管理，并且能够及时准确的划分施工完成工程量及产值，为进度款支付提供了及时准确的依据。
四、结束语
BIM 技术作为一种应用于输变电工程设计管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、设计、施工和运营全周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种信息做出正确理解和高效应对，为建设单位、勘察设计、采购、施工、监理、运营等各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用，并取得良好的经济效益与社会效益。
参考文献：
[1]蔡钧.王垚.史健勇.BIM技术在输变电三维数字化管理中的应用研究[J].电网技术.2007（01）
[2]汪如松.三维数字化设计在输电线路工程中的应用研究[J].陕西电力.2015（08）
[3]景钦刚.基于GIS的三维输电线路规划设计系统的研究[J].电力建设.2008（14）
[4]阳贤仁.三维送电线路选线GIS系统建设与研究[J].电力勘测设计.2007（9）
[5]庄宿军.三维立体设计在电力线路选线和测量中的应用[J].电力勘测设计.2002（9）
论文作者:卢莲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
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