杨瑞睿，滕 彦

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335)

基于BIM的海上风电全生命周期建设管理平台的建设目标在于通过设计、施工和运维期三维BIM信息模型以及物联网大数据的整合，构建一个面向场区提供集多元化服务渠道：设计施工、资产管理、风场监控管理、运维综合服务、决策支持中心等多种服务为一体的“智慧服务运营管理平台”。

一是利用前期在设计施工竣工阶段的模型及信息在隐蔽工程及重要设施方面进行有效维护和精益管理；二是充分利用三维直观的表现方式在进行应急预案的规划及处理时进行有效的科学管理；三是经过运维阶段各种数据的不断积累，在BIM运维管理系统的基础上建立云端专家库，充分利用知识系统的力量进行高效决策，同时也节约了人力成本[1]。以互联互通和信息共享为目的，以各类智慧化技术为基础支撑，关联相关业务应用和功能，实现贯穿海上风电项目全生命周期的资产和数据信息管理，为智慧化服务决策提供指导和参考依据[2]。

1 勘测设计阶段建设管理平台

1.1 风场BIM模型管理

根据场区风机规划布置及分组情况，建立海上风电场整体规划模型，包括风机基础模型、风机机组模型、海上升压站模型、地形地质模型，模型深度同施工图出图深度。

1.2 海上升压站模型管理

完成海上升压站下部导管架和上部平台整体的三维建模。包括结构(含钢结构)、电气、舾装、暖通、消防等专业的建模，模型深度同施工图出图深度。

1)保证结构、电气、舾装、暖通、消防等各专业模型的参考轴网和原点统一一致；电气、暖通所有管线通过不同颜色将各专业管线进行区分；BIM模型各专业精准定位，具有专业规范的构件(如弯头、三通、阀门等)数据库，设计要求更加严格。

2)通过参数化的设计方式对梁节点、异形构件或可复用性高的构件进行快速模型建立及参数化调整。

3)根据各专业建立的三维BIM模型，对其对应二维图纸的正确性和准确性进行校核审查。

4)总装后的电气、暖通、消防和建筑结构模型，根据重点区域的净高要求和复杂区域的管线排布模型和管线综合布置原则，对其空间定位和排列方式进行优化调整。

1.3 冲突检测及三维管线综合优化

根据各专业的总装模型，应用BIM软件冲突检测功能校核各专业设计间的碰撞和冲突，进行项目设计图纸范围内管线布置与结构、电气设备平面布置和竖向高程相协调的三维协同优化设计工作，最大程度避免不同专业设计模型的空间冲突，减少碰撞，防止设计缺陷遗留到施工阶段[3]，如图1所示。

图1 升压站平台碰撞检测及模型优化

整合汇总结构、舾装、电气、暖通、消防等各专业的BIM模型，生成总装后的建筑信息模型。设置冲突检测及管线综合优化应用模块的相关参数和检测原则，对总装模型中各专业间或专业内的冲突和碰撞进行查找检测并生成冲突检测及管线综合优化报告，报告内容包括冲突检测及管线综合优化应用模块的相关参数和检测原则、识别出的冲突和碰撞的空间位置及详细记录、针对冲突和碰撞的调整优化方案，以及调整优化后的修改对比说明。

1.4 三维图册

三维图册包括管综出图、三维模型视图和渲染图(如图2)。根据优化后的BIM模型，在管线复杂区域给出管线综合剖面图及轴测视图，并标注相关尺寸反映精确竖向标高，改变了以往传统的单专业二维出图方式，以多专业整合的出图方式来表现空间之间的位置，以便于配合施工。

图2 三维模型渲染图册

三维模型视图是在三维模型中直接选取一定范围、任意视角的未经贴图或渲染而直接输出成图片，渲染图是三维模型经过专业渲染软件贴图及光线设置等操作输出成接近现实的照片级图片[4]。

1.5 工程量计算

通过对钢结构厂房的详细建模，可根据实际需求定制出多种工程量报表形式，供后续施工深化及下料指导。

1.6 移动端施工交底

通过将BIM模型进行轻量化后导入移动端应用，可配合现场进行施工交底。工程人员可不用携带手提电脑，随时随地链接到设计环境，查看设计的细节及项目进程，使用“类似游戏”的触摸手势在三维环境中浏览，通过审查选定对象的属性、筛选以查找类似对象或仅显示匹配特定，来缩放分析模型中的对象以及实现行走和飞行效果。通过交互式功能，现场人员可直观浏览三维建筑模型和相关工程文档。利用iPad的运动传感器和触摸屏，不但可获得全景视图，还能获知对象属性。例如，可以通过点选来获得确定管道的壁厚、其喷漆颜色或额定压力。检查设计、标注以及安全检查等。

2 施工建设阶段建设管理平台

2.1 施工深化建模

完成风场场区和海上升压站施工深化三维建模。根据自身施工特点及现场情况，进行施工面的划分，风场部分包括风机基础、风机机组、地形地质的模型深化，海上升压站包括结构(含钢结构)、电气、舾装、暖通、消防等专业的模型深化，模型深度同施工深化图出图深度。

1)深化模型需建立各系统支管且需建立安装支吊架；设备构件(如弯头、三通、阀门等)数据库同时需附加厂商信息及相关安装制造信息；钢结构模型需建立钢结构详细节点，按照厂家产品要求进行分段处理，复核与现场情况是否一致。

2)根据各专业建立的三维BIM模型，对其对应二维图纸的正确性和准确性进行校核审查。

2.2 冲突检测及三维管线综合优化

冲突检测及三维管线综合优化操作流程同施工图设计阶段，此处不再赘述。

2.3 三维图册

施工图深化后的三维图册相对施工图阶段更加深入和详细，根据优化后的BIM模型，在管线复杂区域给出管线综合剖面图、局部3D图、节点大样图等，并标注相关尺寸反映精确竖向标高(如图3)。

图3 施工深化后三维渲染图册

2.4 工程量计算

通过BIM建模将工程设计以空间实现的方式进行表达、验证和优化，因此，BIM模型具有二维图纸设计不可比拟的准确度，从BIM模型导出的工程量和材料统计数据具备较高的可信度和实用性，软件算法也可大大提高统计工程量统计的精度和效率。导出的工程量和材料统计结果可直接应用于工程预算分析，为工程的投资分析、造价控制和竣工决算提供可靠的依据[5]。

1)钢结构详图工程量：钢结构深化BIM模型可导出钢构件预装配模型及其相关参数，通过编码和标注示意形成钢结构加工示意图和工程材料统计表，导出的图纸和材料统计表经施工单位确认审核后即可直接报送厂家下料生产。

2)管道设备工程量：针对深化后的机电管道，可统计相关管道用量、管件、设备工程量及支吊架工程量。

2.5 虚拟施工模拟

1)4D施工组织方案模拟：根据工程分部分项划分情况、施工节点进度、工程施工特点及现场实际情况，对三维模型进行实体切割，形成可以反映施工作业对象和结果的施工作业单元实体模型[6]。以可视化的形式对施工建造的现场环境条件、工序和步骤以及资源消耗情况进行模拟和仿真，更全面、综合的分析施工组织设计的可行性和优劣。将三维模型、施工设备、施工临建设施与周边环境和建筑物进行动态碰撞检查形成碰撞检测报告，从而对施工方案进行优化调整和查漏补缺，同时能够更直观反映出施工总布置设计的合理性，从而优化施工规划布局。采用BIM进行虚拟施工模拟，需将施工总布置的BIM空间模型与施工进度的时间计划互相关联，形成含义空间和时间信息的4D施工资源信息模型，通过动画预演进度对整体施工方案进行优化及调整(如图4)。

图4 虚拟施工模拟

2)专项BIM施工方案：针对施工过程中的重要环节和关键工序，利用BIM模型进行施工工序和步骤的动态模拟，分析施工方案中存在的不足和需要重点关注的步骤，提前采取针对性的措施和手段，从而提高施工方案的可行性，模拟海上风电工程实际施工环境进行可视化预演模拟，加强对复杂工序的可控性，此外，专项BIM施工方案模拟也可用于施工交底和培训。

2.6 施工BIM管理平台

1)结合Project等施工进度计划软件，基于BIM模型在BIM施工管理平台上实现计划时间与实际施工时间对比，及时发现施工进度偏差，提供施工效率，调整工程进度计划。并结合进度计划，对比计划完成与实际完成工程量。

2)在施工阶段模型中添加或完善楼层空间位置信息、设备与材料信息。基于BIM信息模型，利用编码的方式在BIM施工管理平台上建立设备与材料管理和施工进度关联关系，实现通过设备或构件的三维BIM模型追溯其生产、运输和施工中的相关信息。

3)利用ipad、手机等移动设备辅助施工单位和监理单位进行施工过程管控，将施工现场拍摄工程实体或设备构件照片、施工质量问题、安全问题、批注等信息添加到模型构件中，返回到管理平台服务器中，供项目团队中的其他人员及时了解相关内容。从而使整个协同工作流程延伸到工程的现场,更加细节的并行工作。

4)利用BIM协同管理平台，收集整合工程建设不同阶段的现场施工相关资料和信息，包括材料构件检验报告、设计变更记录、验收记录等，可实现项目不同参与单位的查询、调去和协同管理。

3 运营维护阶段建设管理平台

3.1 资产管理系统

“资产管理系统”模块以对风场风机机组及海上升压站主要设备进行有效管控为目的。包括设备资产管理、零部件库存管理、合同管理、生产成本管理四个部分。

3.2 风场监控管理系统

风场监控管理系统提供了人/机交互接口、监测系统的数据接口，支持获取各类动态数据，并存入数据库进行管理。通过对监测系统数据的监测分析，用户可以及时获取设备的各类动态数据，并存入数据库进行管理。同时提取设备模型的空间位置和BAS系统设备一一对应，通过对数据的监测分析，用户可以在三维模型中及时获取设备的运行状态，故障报警，实现安全监管。监测的内容主要有：设施(备)运行状态监测、报警响应。

3.3 运维综合服务系统

运维综合服务系统包括：基于BIM的维护流程、任务中心、日常巡检管理、智能故障定位[7]。在设施(备)维修或抢修的故障定位过程中，将综合运用三维BIM模型，分析判断故障出现的环节或关键点，利用BIM模型快速地进行故障的空间位置定位，提高设施(备)维修和抢修的效率；如果需要查询设备资料、历史维护记录等，用智能手机扫描该设施(备)的二维码，即可获得该设施(备)的相关信息，将设备信息发到服务器后，即可获得由服务器从数据库中调出更多的关于该设施(备)的各种资料。运维综合服务系统界面如图5所示。

图5 基于BIM的运维综合服务系统界面

3.4 决策支持中心

决策支持中心针对包括规划设计、施工建设和运维管理在内的全生命周期智慧风场数据通过建立算法库，针对海上风电场实际需求，进行分析预测、模型仿真、指标评价和智能调度。主要功能包括：实时调度控制、发电计划优化、调度端功能预测。

4 结 语

基于BIM的海上风电全生命周期建设管理平台具有诸多无法比拟的优势：直观的三维信息模型在进行建筑单体建设时，可以进行碰撞检查、精确算量以及虚拟施工等一系列应用，实现了优化设计、精益管理的目的；集成设计、施工阶段的数据、信息，为运营阶段提供决策支持。

面向场区全生命周期，建立“规划设计-施工建设-运维管理”平台开发、标准化和推广，提供一个贯穿项目生命周期的协同工作环境渠道，实现项目各参与方的实时沟通和协同管理，共享项目信息，提高管理效率，是加强对建设工作管理和提高建筑效能的关键性抓手；以“数字-数据-资源-要素-效益”等为关键内容，数据信息移动交付可以提高对整个建筑群中工程数据信息的利用，针对最终管控的目的进行有效的分类统计及数据挖掘，实现场区运营主体的高效决策以及规模效应中体现的高盈利。