基于BIM技术的特高压数字...控系统在变电站工程中的应用_崔艳军.pdf

49基于BIM技术的特高压数字化管控系统在变电站工程中的应用http:/ 企业数字化转型与工程数字化创新 第1期 DOI：10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.01.009基于 BIM 技术的特高压数字化管控系统在变电站工程中的应用崔艳军1，陶 刚1，丁伟翠2(1.北京洛斯达科技发展有限公司，北京 100120；2.中国地质科学院，北京 100037)摘要：针对特高压变电站工程建设过程中的实际情况，提出一种基于 BIM 技术的特高压数字化管控系统的设计思路及各主要功能的实现方案。该系统利用各类物联网传感设备采集工程建设中的实时信息，以 BIM模型构建变电站三维场景作为载体进行信息承载，并通过各传感器和模型信息进行耦合、计算、分析，实现各级管理功能及信息收录，将各类辅助信息反馈到三维模型上实现智慧化、精细化、数字化管理。在南昌1 000 kV 特高压变电工程中充分应用了该系统，有效节约了信息查询统计的沟通成本和过程管控成本，支撑了工程高效高质量的建设，达到了项目的建设预期效果。关键词：BIM 技术；特高压；数字化管控系统；变电站中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1671-9913(2023)01-49-07UHV Field Management and Control System Based on BIM Technology in Substation EngineeringCUI Yanjun1,TAO Gang1,DING Weicui2(1.Beijing North-Star Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100120,China;2.Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China)Abstract:According to the actual situation in the construction of UHV substation,a design idea of UHV digital management and control system based on BIM technology and the realization scheme of each main function are proposed.The system uses various IoT sensing devices to collect real-time information in engineering construction,uses BIM model to build a three-dimensional substation scene as a carrier to carry information,and couples,calculates,and analyzes sensor and model information to achieve management functions at all levels And information collection,all kinds of auxiliary information are fed back to the 3D model to achieve intelligent,refined and digital management.The system is fully applied in the Nanchang 1000kV UHV substation project,which effectively saves the communication cost and process control cost of information query and statistics,supports the high-efficiency and high-quality construction of the project,and achieves the expected construction effect of the project.Keywords:BIM technology;UHV;digital control;substation*收稿日期：2022-10-30 第一作者简介：崔艳军(1981)，男，硕士，高级工程师，从事输变电工程技术的应用研究。50http:/电 力 勘 测 设 计第1期0引言近年来，物联网、大数据、云计算、移动互联网和人工智能等新一代信息技术的发展与革新，对我国变电工程的施工和可视化管理提出了更高的要求1-2。特高压变电站“智慧建设”是建立在高度的信息化基础上，闫晗3等将“物联网+”应用于施工建设的安全性和质量等方面的研究；李云涛4等结合建筑工程实际案例阐述了物联网技术在智慧工地建设中的应用；李建伟，李喻蒙5等研究数字孪生变电站利用专家知识、人工智能分析等技术,研判分析传感器采集的动态数据，实时诊断设备的健康状态及异常发展趋势，李伟6等通过精准剖析输变电工程安全管理存在的问题，构建人员定位系统、现场管理制度机制和现场管理组织机构三大部分的输变电建设工程安全管理系统；姜英伟7等借助人工智能、BIM、RFID 定位等前瞻性技术为智慧工地建设的安全管理提供了新的思路与方向；吕俞8等智慧建造及换流站智慧建设角度来分析某个过程的建设及应用情况。而 BIM 技术在特高压直流输变电工程中逐步得到应用，如昌吉.古泉 1 000 kV 特高压直流输电工程和同里 800 kV 特高压换流站输变电工程，但在特高压变电工程整个施工的全过程管理方面，尚缺少被用户普遍认可的管理平台和经典案例。很多工程的实际应用仅停留在质量、安全或成本等方向辅助管理层面，不能有效指导全维度的施工，无法真正为管理者所应用。因此一些工程中数字化平台并未发挥出预想的效果，导致相关技术及研究的热度在近几年有所下降。本文以南昌站 1 000 kV 变电站为实例，通过建设基于BIM技术的特高压数字化管控系统，以 BIM 模型构建变电站三维场景作为载体，全面应用物联网、移动互联网、BIM 技术，以解决工程模型与应用功能的割裂问题，降低平台操作门槛，实现变电站施工过程的进度、安全、质量、人员和技术等要素的全生命周期管理，提出一种更符合实际便于特高压施工现场管理的思路，提升特高压工程现场信息化、智能化管理水平，有力支撑特高压管控系统的持续完善，夯实特高压工程管控模式，安全稳步推进特高压工程建设。1 系统架构依托基于 BIM 技术的特高压数字化管控系统的建设，打造工程建设全生命周期管理的智能“大脑”，实现对进度、安全、质量、设计、物资、环水保等多方面进行管控。对现场管控形成有利的支撑，持续提高特高压工程质量建设。其架构图如图 1 所示。用户层PC用户移动用户网页用户平台层通用基础服务服务基础设施地图应用服务三维模型服务智能分析服务预警提示服务角色权限服务流程配置服务.微服务架构网络层光纤专网有线专网无线基站北斗卫星远程监控闸机门禁智能穿戴无人机基坑检测仪环境一体机高支模监测仪感知层视频监控服务视频及物联平台三维GIS4G/5G通讯基站图1 平台架构图51基于BIM技术的特高压数字化管控系统在变电站工程中的应用http:/ 企业数字化转型与工程数字化创新 第1期 系统架构分为感知层、网络层、平台层、用户层四个层次。1)感知层：利用各类终端采集设备解决数据采集，实现工程建设过程中各类要素信息的自动采集，实现“人、机、料、法、环”的全方位、立体式监控。2)网络层：采用光纤、无线等多种通信技术，为基建现场视频监控、人车管理、安全监控、环境监测、现场填报数据等回传及分析提供安全可靠的网络。3)平台层：分通用基础服务和服务基础设施，基于微服务架构构建各服务单元，基于三维 GIS 构建数字化场景，基于视频及物联平台构建现场物联数据接入、边缘计算 AI 分析及视频接入转发等感知层数据获取。4)用户层：支持移动端、PC 端和网页多种应用形式相结合的应用体系。2 平台功能数字化管控系统功能如图 2 所示。基于BIM技术的特高压数字化管控系统设计成果管理设计成果检查设计成果在线浏览甲供物资计划乙供物资计划物资到货情况微气象监测环水保措施监测水土保持在线监测质量照片管理现场质量管控主设备安装关键环节管控质量工艺亮点展示人员管理工器具/机械管理风险作业监控违章行为分析危大部位监测进度计划管理进度模拟进度偏差分析进度计划看板设计数据导入三维工程地图二维工程地图三维数字化场景设计管理进度管理物资管理环水保管理安全管理质量管理图2 数字化管控系统功能1)数字化场景：根据设计院 GIM 格式的模型建立变电站三维数字化场景，通过现场侧各种感知设备的接入，实现变电站数字化场景与各个功能的联动和交互，便于变电站形象化展示和管理赋能。2)进度管理：通过进度计划、里程碑计划的管理和施工进度计划的在线填报，实现对项目进度的把控。通过时间轴模拟工程从开工至竣工的全过程建设场景实现施工进度可视化推演，根据报送的施工进度模拟当前进度下的工程三维场景，支持对进度进行偏差分析和告警。3)安全管理：实现对施工作业人员和工器具入场管理，通过现场视频监控设备，实现对现场作业违规行为的记录，借助现场施工作业票实现对作业风险的统计分析，便于业主对施工作业安全进行可视化把控。4)质量管理：采集现场质量检查信息，辅助开展质量验评、过程验收、实测实量等内容，对检查信息进行跟踪闭环。5)设计管理：设计单位对变电站设计图纸卷册进行上传发布，平台记录图纸的交底状态，对变电站的设计成果进行归档管理，支撑用户对三维场景进行浏览。6)物资管理：对变电站施工的所需甲供和乙供物资进行分析和预判，为工程施工所需物资的到货情况进行跟踪，协助管理人员开展物资维护的工作。7)环水保管理：通过环水保监测设备，实现对变电站施工作业环境的精确监控和分析，便于支持变电站进行环水保分析，满足对站端施工环境控制要求。3 关键技术1)BIM 技术BIM 技术9是一种多维(三维空间、四维时间、五维成本、N 维应用)模型信息集成技术，在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能在模型中操作信息和在信息中操作模型，52http:/电 力 勘 测 设 计第1期实现在建设项目全周期提高工作和质量以及减少错误和风险的目标。2)物联网技术“物联网”的概念是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。他是以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络10-11。物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网应用中有以下关键技术：传感器技术、RFID技术、嵌入式系统技术、智能技术和纳米技术。3)视频智能图像识别图像识别技术12是人工智能的一个重要领域，它是指对图像进行对象识别，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。它是立体视觉、运动分析、数据融合等实用技术的基础，在导航、地图与地形配准、自然资源分析、天气预报、环境监测、生理病变研究等许多领域重要的应用价值。4 实施案例4.1 数据采集为充分利用信息系统数据管理与 BIM 可视化优势，本平台集成视频监控、人员车辆管理、水土保持在线监测等系统，将工程现场监测设备采集到的数据实时传入系统后台中进行计算并供后台调用，促进施工管理数字化、智能化、可视化相关功能的实现。1)视频监控系统为支持现场数据采集的需求，视频监控系统目前在进出关键位置安装监控摄像头，利用BIM+GIS 技术，通过调用视频服务器，可将工程现场摄像头与平台的三维场景进行关联，对工程项目施工现场的工程质量、现场操作、施工安全、环境卫生、人员安全管理等方面进行监控，实现监控画面的实时播放和历史视频查阅。监控系统可以灵活 360 旋转观察工程各位置细节，处理随机事件，效果如图 3 所示，利用系统大屏可直接与各区域负责人进行实时通