0  引言

    建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是在計算機輔助設(shè)計等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，其以工程的相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)建立模型，并利用數(shù)字模型對項目的規(guī)劃、設(shè)計、施工及運維的全生命周期進行管理。BIM技術(shù)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(shù)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(shù)人員能更好地對各種信息做出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計單位及運維單位提供了協(xié)同工作的基礎(chǔ)，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了成本。

1  BIM技術(shù)在全壽命周期的應(yīng)用

    項目的全生命周期通常分為4個階段，包括規(guī)劃、設(shè)計、施工和運維階段。BIM技術(shù)發(fā)源于建筑設(shè)計，但不局限于建筑行業(yè)。目前，BIM技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域的不同階段中得到應(yīng)用，主要集中在規(guī)劃、設(shè)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(yīng)用仍處在剛起步狀態(tài)。

1.1  BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

    BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)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(shè)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(shù)通過建立建筑物的模型、模擬真實環(huán)境下的關(guān)鍵信息，可以幫助業(yè)主及設(shè)計人員更好地規(guī)劃設(shè)計方案，從而降低能耗及成本。

    （2）設(shè)計階段

    在項目設(shè)計階段，BIM技術(shù)使建筑設(shè)計從傳統(tǒng)的二維模式轉(zhuǎn)換為三維模式，使設(shè)計人員不再受限于二維圖紙。BIM模型的建立，可以使設(shè)計方案更加完善、設(shè)計內(nèi)容易修改，避免設(shè)計過程中盲區(qū)，降低損失，更好地滿足設(shè)計需求，提高工作質(zhì)量。同時，BIM技術(shù)的應(yīng)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(fù)工作，同時降低錯漏碰缺問題的發(fā)生概率；利用BIM技術(shù)的可視化特點進行碰撞檢查、優(yōu)化工程設(shè)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(guān)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(yīng)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(guān)鍵點，及時調(diào)整施工方案；利用BIM技術(shù)可以方便提供施工過程中所需要的信息，更加直觀地指導(dǎo)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(guān)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(shè)備的參數(shù)使其達到更好的性能。BIM技術(shù)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(wù)，并積累了大量運營維護過程中的數(shù)據(jù)，為未來建筑領(lǐng)域的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

1.2  BIM技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用

    隨著城市化進程的加快，交通領(lǐng)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(shè)周期長、參與方多的特點。BIM技術(shù)的應(yīng)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(shè)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(shè)管理，為后期運維及資產(chǎn)管理提供服務(wù)。

    （1）規(guī)劃階段

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

    （2）設(shè)計階段

    充分發(fā)揮BIM技術(shù)在協(xié)同設(shè)計方面的優(yōu)勢，使不同地理位置、不同專業(yè)的設(shè)計人員開展協(xié)同設(shè)計，提高設(shè)計效率；同時，利用BIM技術(shù)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(shè)計，減少施工階段的錯誤損失和返工，提高設(shè)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(shù)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(shù)建立交通領(lǐng)域的設(shè)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(shè)施設(shè)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(shè)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(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用

    BIM技術(shù)在電力中的應(yīng)用可以實現(xiàn)項目需求與BIM特點的結(jié)合，BIM技術(shù)的可視化及協(xié)調(diào)性等特點，能夠讓圖形從二維轉(zhuǎn)化為三維立體，使設(shè)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(shù)、GIS技術(shù)及BIM技術(shù)，通過勘察、測量等手段獲取工程設(shè)計相關(guān)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(shè)計階段

    利用BIM技術(shù)實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計、碰撞檢查。通過采用BIM技術(shù)，在設(shè)計階段提前發(fā)現(xiàn)設(shè)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(shù)進行建模。通過將BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)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(shù)對重要的施工環(huán)節(jié)或采用新施工工藝的關(guān)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(shù)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(shè)計、施工和運維的科學(xué)技術(shù)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(shè)備進行實時監(jiān)控，并提供預(yù)警信息，保障各設(shè)備處于正常運行狀態(tài)，促進電網(wǎng)建設(shè)全面信息化和現(xiàn)代化^[2]。

1.4  BIM技術(shù)在水利領(lǐng)域的應(yīng)用

    水利工程具有地形條件復(fù)雜、設(shè)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(fù)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(shù)，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(shù)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(chǔ)。同時，基于BIM技術(shù)構(gòu)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(guān)系，比選方案，從而節(jié)省工程量、方便施工、縮短工期。

    （2）設(shè)計階段

    基于BIM技術(shù)建立能夠真實描述工程設(shè)計的數(shù)字信息模型，完成水利工程設(shè)計地形、建筑工程的建模，實現(xiàn)可視化仿真，為設(shè)計碰撞、進度管理、技術(shù)交底等提供參考。水工建筑物的型式、構(gòu)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(guān)，設(shè)計選型獨特，各構(gòu)件不具有通用性，在設(shè)計過程中，水利工程的BIM建模應(yīng)以構(gòu)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(yù)算、施工的設(shè)計組織和現(xiàn)場安排提供了重要參考。水利工程地形復(fù)雜，挖填土方量大，利用BIM技術(shù)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(shù)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(dǎo)現(xiàn)場施工。

    （4）運維階段

    利用BIM技術(shù)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(shù)的應(yīng)急管理，實現(xiàn)預(yù)防、警報和準確定位，避免在事故發(fā)生時因查看繁多復(fù)雜的圖紙等而影響最佳救援時間。

2  BIM技術(shù)在運維階段的應(yīng)用

    運維管理是一種通過整合人員、設(shè)施、技術(shù)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(yīng)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(dǎo)致在運維階段信息遺漏和丟失、信息重復(fù)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(fù)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(yīng)項目需求。在運維管理階段中引入BIM技術(shù)，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(chǔ)上增加投資收益，同時實現(xiàn)設(shè)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(shè)計、施工、運維直至使用周期結(jié)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(guān)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(wù)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(guān)信息。而設(shè)備的定位工作是重復(fù)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(shù)，可以確定電氣、暖通、給排水等重要設(shè)施設(shè)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(shè)備設(shè)施的運維管理內(nèi)容。

    （3）應(yīng)急管理決策與模擬 

    通過調(diào)取BIM中存儲的應(yīng)急管理數(shù)據(jù)，在獲取信息不足的情況下，做出相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)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(yīng)急響應(yīng)，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(guān)系，從而降低制定應(yīng)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(yīng)急響應(yīng)能力，并評估突發(fā)事件導(dǎo)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(shù)對交通系統(tǒng)中的設(shè)備、設(shè)施進行資產(chǎn)管理，主要包括對設(shè)備型號、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(yīng)急預(yù)案管理 

    利用BIM存儲的設(shè)備保質(zhì)期數(shù)據(jù)，對設(shè)備臨近保質(zhì)期進行報警，或當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，利用BIM尋找適合的解決方案，形成應(yīng)急工單、人員、物資的聯(lián)動模式，增強應(yīng)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(shè)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(shè)備，并查找該設(shè)備的相關(guān)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(guān)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(shè)單位、主要設(shè)備材料等相關(guān)資料，以及監(jiān)測點的布置、傳感器類型、相關(guān)參數(shù)設(shè)定等內(nèi)容，利用網(wǎng)絡(luò)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(guān)數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以根據(jù)相關(guān)信息進行位置定位，并實時查詢，同時可以更新相關(guān)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(yù)先設(shè)置的閾值比較判斷，如果超過設(shè)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(yīng)的健康診斷和安全評估。

    （4）應(yīng)急預(yù)警管理 

    利用BIM制定生命線工程的管理維護方案、防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案等，同時提供相關(guān)數(shù)據(jù)，對城市防災(zāi)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(yīng)。

    綜合以上各領(lǐng)域運維階段的BIM技術(shù)應(yīng)用可以看出，BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用主要集中在規(guī)劃、設(shè)計及施工階段，針對運維階段的應(yīng)用較少，還處于起步階段，且主要集中在設(shè)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(yīng)用的軟件

    為了更加直觀地應(yīng)用BIM技術(shù)，為運維人員提供一個直觀的平臺，方便將運維階段的設(shè)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(shè)備及部件以指導(dǎo)運維人員工作，充分發(fā)揮BIM技術(shù)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(yīng)用；（2）在已有商業(yè)軟件基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)；（3）具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(yīng)用軟件，從中可以看出，BIM軟件的應(yīng)用目前主要集中在設(shè)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(yīng)用前景

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

    目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍不夠廣泛，在電力行業(yè)中，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要集中在前期的設(shè)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(yīng)用較少，后期的制定維修預(yù)設(shè)方案以及項目維修尚處于起步階段。 

    作為電力領(lǐng)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(dāng)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(guān)技術(shù)及管理人員的整理分析，對設(shè)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(guān)人員進行檢修及處理。但這種傳統(tǒng)的設(shè)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(shè)備運行狀態(tài)的判斷主觀性強，難以準確掌握設(shè)備缺陷及危險點位置，這也一定程度上會影響到設(shè)備檢修及故障處理的效率及質(zhì)量。傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式已無法適應(yīng)電力企業(yè)現(xiàn)代化、信息化、精細化的管理要求^[7]。

    BIM技術(shù)在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用將是未來電力行業(yè)的發(fā)展方向，通過采用BIM技術(shù)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(shù)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(zé)任；通過BIM技術(shù)在后期運營期間對電力設(shè)備進行實時監(jiān)測，并在一定指標(biāo)范圍內(nèi)進行不同預(yù)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(jié)論

    BIM技術(shù)在運維中的應(yīng)用仍處于起步階段，并且較多地停留在信息管理和應(yīng)急預(yù)警管理上。利用BIM技術(shù)在電力運檢領(lǐng)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(yù)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(xué)研究院有限公司，北京 100055)