吴 勇 李 攀 李自然 汤薇雯

（1.江苏省送变电有限公司 2.北京洛斯达科技发展有限公司）

0 引言

为实现特高压换流站工程建设动态监测与可视化管理，利用地理信息、三维可视化、互联网等信息技术构建特高压换流站智慧管控大场景基础平台，直观展示特高压换流站数字化施工场地、三维模型，提出将BIM 技术应用于特高压换流站施工中，建立基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统。该系统通过分析特高压换流站工程模型数据，形成一套特定的三维瓦片构建方案，优化Cesium 现有的数据调度算法，实现特高压换流站模型数据的快速可视化，并提高其渲染能力以达到很好的可视化效果[1]。通过三维瓦片的构建解决多源异构三维空间数据在Web GIS平台中的存储、传输、可视化以及分析等难题，形成可用于展示、查询、管理、分析的三维Web GIS 可视化平台。基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统，借助于物联网技术、人工智能和大数据分析技术，形成对基建过程的智慧化安全质量管理方案，降低了工程管理过程中的人力、物力投入，降低管理成本，更高效地实现安全质量的精准化管理。

1 系统设计思路

基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统主要是从安全风险识别和质量管理两方面来进行设计。

基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统中的安全风险识别，主要是通过梳理电网基建工程安全风险识别的主要内容，整理工程施工过程安全风险的类别、性质和其对应的施工内容[2]。基于换流站BIM 大场景，构建开放性的数据融合接口，支持对施工现场安全管控数据的实时对接和展示。利用物联网技术、智能监控分析技术、移动定位技术等，结合工程安全管控的基本要求，构建施工现场安全管控数据的自动化感知，实现数据的自动获取和传输，将数据与BIM 大场景进行对接，形成对施工场景安全数据的三维可视化再现，实现对现场安全的及时监督管控，从而构建成一套基于BIM 四维管理的施工安全智慧管理技术方案。

基于换流站BIM 大场景，构建开放性的数据融合接口，支持对施工现场质量管控数据的实时对接和展示[3]。利用物联网技术、激光扫描技术、定位技术、三维建模等，结合工程质量管控的标准要求，构建施工质量管控数据的电子化管理，将数据与换流站BIM 大场景进行融合，形成对施工场景质量数据的三维可视化再现，并与标准化的质量参数进行对比，实现对现场质量的无纸化监督分析，从而构建成一套基于BIM 四维管理的施工无纸化质量管理技术方案。

综上所述，基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统，在安全管理方面，研究利用智能识别、电子围栏、视频监控、智能穿戴等感知设备，加强对执行环节的有效监控，确保安全管理措施实际落地；在质量管理方面，通过智能传感、雷达扫描、AR 检查等技术实现施工过程的质量隐患实时监测，开展设计、施工情况的智能比对，及时发现施工质量和设计偏差等问题。

2 系统设计

2.1 系统开发工具

该系统主要为了实现在换流站BIM 大场景中开展工程施工现场全过程的安全、质量的智慧管控，将BIM 与物联网、业务管理过程进行结合，通过物联感知设备自动获取现场实施数据，通过BIM 场景进行安全、质量数据的综合展示和预警分析，开展工程现场施工区域电子围栏、人票、人域、环境、动态风险、质量监测等方面的四维动态管理[4]。通过BIM四维场景与业务管理的深化对接，构建换流站工程人员安全智能管控、作业违章智能管控、场地环境变量智能监测预警、施工器械安全智能监测、施工质量隐患智能监测的技术方案。该系统开发环境搭建所需要的开发工具情况如下表所示。

表 开发工具表

2.2 系统平台框架结构设计

基于BIM 的数字化管理创新深化研究，形成了基于数字模型和多施工维度管理的新模式，建立了电网工程建设智慧工地全过程管理体系，深化了以三维数字化为抓手、精益化管理为手段的集约化管理模式。将数据驱动思想深入人心，提升了管理人员、施工方、监理方等基建项目干系人员的数字化认知水平，简化了原有施工管理流程，强化了过程管理的规范性和一致性，将特高压换流站工程数字化建设深入人心[5]。通过研究现场工程质量数据的自动化感知和无纸化管理技术，基于BIM 数据进行质量数据的可视化管理和动态验证对比分析方案研究，构建BIM支撑下的换流站安全、质量智慧化管理技术框架。通过以上理念，建立基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统平台框架结构，如图1 所示。

图1 基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统平台架构图

2.3 系统的可视化设计

基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统设计，需要考虑基于IoT+BIM+GIS 的施工全过程监控与预警技术[7]。施工过程的安全、质量方面的物联感知数据、业务管理数据与BIM+GIS 施工大场景的关联，在IoT+BIM+GIS 技术支持下依据标准化接口接入现场安全、质量业务数据，与标准化参数、施工阈值匹配，监测现场异常情况并及时预警，实现工程模型与业务数据的四维场景下动态关联可视化管控。为实现项目辅助决策管理，依据资源数据构建BIM 模型后，需实现模型的可视化动态渲染，为实际特高压换流站施工建设提供逼真的三维场景。本文采用基于WebGL（Web 图形库，Web Graphics Library）的云GIS 平台完成，可视化动态渲染结构如图2 所示。

图2 特高压换流站工程的可视化动态渲染结构

通过将BIM 在智慧工地管理过程中的可视化应用，节省施工建模工作，实现安全质量问题的持续自动化采集，降低安全质量隐患，提升电网工程的安全和质量，围绕工程建设现场管控开展数字化建设过程管理的应用工作，在经济层面和管理层面均会带来巨大的经济效益。

该基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统以BIM 大场景为依托结合物联感知技术、智能分析技术构建换流站工程安全、质量的智能管理体系架构，利用先进的信息化技术手段，通过综合使用物联网、移动应用、大数据、云计算等新技术，围绕电网工程现场安全、质量管理，建立智能感知、互联协同、科学管理的电网工程现场管理生态圈。研究安全、质量等现场管理智能应用，实现电网工地可视、精细、智能管理，有效提升工程现场管理水平。

3 系统应用评价

BIM 技术在安全施工智慧管控系统中应用以来，基本上形成以工程建设标准化管理为基础，以工程建设进度管理为主的结构体系。通过该系统能够有效管控工程建设的各个环节，在一定程度上实现对各个环节的专业化管理，为特高压直流换流站工程建设工作的开展奠定了良好的基础。在对基于BIM 的特高压直流换流站安全施工智慧管控系统的应用评价中，主要涉及硬件能力、软件能力、领导力、政策、网络能力及后备支持等，同时也会涉及其他一些方面的内容。

3.1 硬件能力

目前，在进行换流站工程建设过程中，并未对BIM 技术给予广泛的应用。因此，通过对其硬件能力进行分析可以评1 分；通过对其潜在能力进行分析可以发现，换流站工程建设的执行力度比较大，具有非常好的发展潜力，评5 分。

3.2 软件能力

在特高压直流换流站工程施工过程中，安全施工智慧管控系统发挥了重要作用，评1 分；在换流站工程施工的各个环节中，均出现数据信息，但是其并不能很好地满足系统使用的需求，致使信息的可利用性不高，评2 分。和以往相比较可以发现，近些年来换流站工程建设在我国呈现出明显增多的趋势，具有非常大的发展潜力，评5 分。

3.3 领导力

目前，我国电力行业所开展的换流站工程建设具备了一套系统、完善的制度体系，执行力比较大，尤其是监理、业主及施工项目等内容具有非常大的影响力。但是在设计单位及运营部门等方面还有一些地方需要给予改进和完善，评4 分。

3.4 政策

目前，我国在政策上对BIM 模型的发展给予了大力的支持，例如，某地政府制定了相关文件，明确提出要对BIM 模型进行全面推广运用，这可以更好地反映出政府在政策方面的导向性，但是一些相关的技术标准和行业并未得到有效制定，评4 分。

3.5 网络能力

在对网络能力进行评估过程中，需要从信息安全及信息获取两个方面对其进行评估，但是目前上述两个方面还处于起步阶段，评1 分。

3.6 后备支持

目前，在学术研究方面BIM 技术已经取得一定的成果，并且在实践中得到广泛的应用，培养一批非常优秀的技术人员，但是还无法更好地满足BIM 技术在特高压换流站安全施工智慧管控系统中的发展需求，评4 分。

通过上述评价分析后可以发现，目前BIM 技术在特高压换流站工程建设过程中虽然得到了应用，但是还不够成熟。特别BIM 技术在特高压换流站安全施工智慧管控系统中的应用，还需要相关部门在该方面给予重视，并给予相关政策扶持。

4 结束语

通过研究基于BIM 的特高压换流站安全施工智慧管控系统，以三维数字化模型为载体，围绕进度、质量、安全等维度，对施工现场进行管控，实现“三通一标”（通用设计、通用设备、通用造价、标准工艺）的数字化应用，形成基于数字模型和多施工维度管理的新模式，建立了电网工程建设智慧工地全过程管理体系。该系统构建的安全质量智慧管理框架能够很好地应用于施工现场的安全、质量管理领域中，是未来电网工程智慧化管理平台的重要指导依据，是三维数字化成果应用于施工阶段的重要解读，后续可以指导施工管理类信息化项目、科技项目工作的开展。