BIM在电力工程中的管理应用

如果你跟别人提起BIM，他们脑袋里跳出来的可能是房屋的3D电脑模型和藏在墙内复杂的机电管线。但在改建项目中，BIM的使用带来了一个全新的视角：用于计划各种改建、翻新和保护项目，或者计划与既有建筑关联的新建项目。

长期以来，变电站工程的电光缆从设计、施工、运行直到改建和扩建的管理一直存在着相关信息不完备和不正确的问题。用BIM实现变电站工程电光缆全寿命管理——以国家电网上海电力公司青浦平朝楼110KV智能变电站的电光缆管理模型为原型。

设计阶段由于电气和土建专业分别出图，造成了图纸不具备缆线走向信息和正确敷设的要求。而施工单位在安装时的安装信息在交接时由于没有相关记录又被流失。运行期间这些线缆由于种种原因不可避免地会发生变动，且大部分没有记录，即使有也很难被找到和相信。以致于在变电站扩建或者改造时不论是设计还是施工人员都为此而困扰，造成了不少停电事故。

「概述」

用BIM管理变电站电光缆的优势在于为设计提供一个平台，可以方便地将变电站的建筑设计和电气控制设备的电光缆布线方案在这个平台上对接。预先发现可能会发生的碰撞，等于在虚拟空间模拟预安装，就可以避免变电站电光缆在现实安装时经常出现的边施工边修改设计的状况。

在施工阶段，施工单位根据从BIM获取的安装信息，对电光缆材料从采购到施工实施精确的管理和控制。应用RFID技术将电光缆吊牌数字化，可以就地将安装信息记录在吊牌内，数字化后的吊牌不但记录了线缆自身的信息，而且BIM还预置了吊牌与吊牌相互之间的关联信息。在验收阶段，可以通过群读吊牌，检查关联信息，发现安装错误。

同样，在变电站投运后，如果发生隨意改变吊牌位置的情况，关联信息就会发生冲突，从而被发现。这就是BlM定义的动态全寿命管理的技术保证。实现了对线缆投运后信息变化的控制。

BIM还可以通过RFID技术将触角延伸到现场的每个角落，变电站电光缆工程的所有利益相关方可以每时每刻依靠和相信它。可以说这是个完整的符合BIM标准的解决方案。它最终克服了开篇所提的所有问题。

[如何用BIM的概念和方法建模]

「开始设计阶段」

要解决问题，第一歩是设计模型，模型反映的信息包括：线缆的起始和终点、长度、规格、走向和接入信息。而这些信息分别由电气和土建设计者输入。从一开始设计就遵循智能化中信息数字化的原则。将它的雏型用Revit建成一个3D数字数据库模型。它的载体叫BIM数据库。

「设计线缆数字模型」

新的软件摒弃了传统CAD用点、线、符号等简单元素表示某元件的理念，而采用面向对象的数据表达形式来描述变电站的每一个组成部分。例如，不再用平行的线段表示电缆，而是在设计工具中创建一个电缆类的实例，每个实例都有它的属性，包括位置、尺寸、组成和型号等。

这样的模型承载的信息比平面图加电缆清册要丰富得多得多，更适合用类似像RFID技术将模型向外延伸到现场使其更方便被识别与处理。同样建筑内的电气设备、桥架沟槽和电缆竖井不同软件处理的信息都可以按IFC标准在BIM服务器中整合。

线缆的物理信息模型一旦创建完成，其数据不但可以得到重复利用和更新，而且在变电站生命周期内工程建设参与者不但可以方便快捷地读取需要的信息，而且当任何一方将部分信息修改后，其他各方将自动更新修改内容。

「碰撞检查」

由于用了BIM就可以将电气安装和土建图纸在服务器中进行预装，从而通过模型预安装获取电光缆敷设的碰撞报告，主要消除线缆之间交叉敷设的问题。接着，优化线缆走向和路径。以避免井口拥堵。这两种碰撞都属于间隙碰撞。再与电缆桥架整合，消除桥架标高不准引起的硬碰撞。这里就不赘述。

「定义路径」

当我们用3D模型优化完了电光缆设计后，接下来就要对优化好的路径来命名。所谓路径它包括：起点、终点、桥架、竖井和地沟。其中起点和终点可以直接用所在的电气设备来命名，比如：1＃电容器柜等。但是，对于桥架这样有跨度的走廊设备，我们需要分段命名，它同房屋的命名原则是相似的，除了路名还得有门牌。一个门牌这里叫一个位置。那么怎样的一段路径算一个位置呢？

一个位置要俱备两个要素：首先它那里要有电光缆经过；其次经过的电缆从头到尾是一样的。因为“位置”是为了用电光缆信息建模而定义的。电光缆路径中的位置属性是按照其所通过的电缆信息的捆绑方式来的。换句话说，电光缆路径是指电光缆的通道及其支撑物包括起点和终点。

然而，对于电光缆模型而言，必需要区分出同一个桥架上其中某两段上面承载的电光缆在数量和电光缆便号不同。数量或者编号不同对我们来说它们的属性就不同，所以就需要分别命名。事实上，这个名称的地理义意就是变电站内的不同的位置。如果我们将位置信息和它对应的电光缆信息建立一个固定关联，就叫做信息捆绑。就好比我们用带子将这一组电光缆在这个位置捆绑起来一样。

我们籍着设计模型用位置信息描述电缆的走向信息和敷设要求，即清晰又简单。对于一条电缆而言可以用RFID信息吊牌记录电缆经过的所有位置信息，其在关键位置上的吊牌不但记录了本位置信息而还有前后两个位置的指向。一则提高了信息的雍余度，再则又起到了敷设或拆除电缆时的引导作用。这个位置的概念对进一步用RFID技术现场建模非常重要。它不但是规定敷设要求的重要信息。而且是反映电缆走向发生变化的重要手段。在设计阶段通过用BIM就可以获取或生成位置信息了。

「获得《电光缆清册》」

现在BIM服务器通过数字物理模型可以向RFID现场数据库提供《电光缆清册》了。这里把这个叫BIM《清册》，与传统《清册》形式相同也是一个EXCEL文件，而不同的是其中的内容，比如电光缆长度，传统《清册》中是估算值，与实际发生值的误差在30％到50％。而BIM《清册》可以精确到5％到10％。再有，传统《清册》中bu加入了诸如位置这样的走向信息。这些信息对安装施工是很有帮助的，可以大量节省电缆和人工，使得整个釆购和敷设过程更加精细可控。

获得由BIM服务器提供的《电光缆清册》是一个重要的理程碑。它是BIM在现场建模的最重要的依据。首先，相对传统的《电光缆清册》它提供的信息相当丰富。RFID现场数据库就是根据《清册》计算出线缆吊牌和位置标签数量和相互间的信息关联。再生成《吊牌信息清单》和制作吊牌的任务单。

「进入施工阶段」

现场的电光缆信息模型的核心是建立在《电光缆清册》基础上的。线缆吊牌和位置标签管理数据库是根据《吊牌信息清单》来驱动写卡器和打印机生成吊牌和标签的。为了现场挂装方便，要按照位置标签和对应的线缆吊牌来分别包装。施工现场数量最多的东西可能就是是RFID标签和吊牌了（一个高压变电站数量大约在3~5千枚。如果用普通标签大约2~3千枚。但现场损耗大约50%，所以加起来差不多也是这个数）。

当第一批卡开始制作前，服务器上的Web页面就要可供访问！它会定期发布任务布置和完成的情况，同时开放的可视论坛让施工人员可以实时地与相关各方沟通（移动客户端软件）。可想而知，这种沟通是全方位的。

「RFID吊牌标签系统」

RFID是一种将电光缆吊牌信息数字化的方法，从外表看和传统吊牌是一模一样的。但是它是带芯片的，芯片中除了原来的信息外还写入了位置、路径和排列信息。位置是该标签的安装地点，路径是指线缆途经的位置的集合，而排列信息是安装时该电缆与其它电缆的相对位置（注意，排列信息只能由安装人员写入）。

安装人员被要求带着读写系统作业，当一个位置相应的吊牌安装完后，系统提示作业者用读卡器自检，并录入排列信息，同时自动地记录了作业者的ID。这些将在收工时上载到现场服务嚣。可供日后使用，比如改建设计者可以不到现场就了解某根线缆在某屏柜的情况，又比如发现安装质量问题时可以追溯到俱体的安装人员和时间。

RFID标签与传统吊牌相比最大的优点就在于可以不接触地群识别（读、写），这不单单是一个效率问题，更重要的是可以立刻读到这群吊牌它们相互之间的关系，而这些关系的正当性可以用移动终端软件来判别。还有它承载的信息可以反复修改和更新，也就是它可以隨它的主人变化而变化。

最常见的比如，移动网线改变IP地址，如果改动是合法的就可以用读卡器先照一下原来的位置，再照一下当前的位置（群读）。最后上载到服务器就完成了。如果有非法改变，无论何时何地只要照一下就被发现了。

请注意，BlM用RFID在现场建模正是缘于它的上述功能，这样的功能让我们轻而易举地实现了对电光缆在全寿命周期内的管理。因为变电站投运后的电光缆管理，最主要的也是最难的就是对变更的管理。对变更的管理就是风险管理。不多说了。RFID还有很多优势，像简单易行的加密方案和循环利用等。

「现场信息数据库」

BIM通过现场信息数据库与RFID标签信息建立了一个镜像关系。而现场数据库则通过RFID系统来实现BIM在现场的延伸。

现场根据设计的电光缆清册建立的数据库是一个关系型管理数据库，它很好地按照线缆和位置这两个维度将相关信息关联起来了。而工作流程則根据从施工运行一直到退役等不同阶段内各参与方可能对线缆信息的影响，变更或者控制来设计的。它除了向所有人开放，可以从十几个维度定位搜索吊牌信息，还俱备很多功能，这里我从变电站投运后举几个主要功能加以介绍，希望你能在此对它有个初步了解。

前面讲的大多是对于信息的管理，这里特别介绍一下现场数据库参与变电站运行和检修管理的过程。

首先它可以用于巡更。电业术语叫设备巡视管理，读卡器可以兼作巡更掣。不言而喻，没有增加工作量顺巡视过程便已经将电光缆是否发生异常检查了一遍。真是一箭双雕。这里再强调一下，这种周期性滚动式的检查对BIM来讲是一种非常难得和有效的信息维护手段。BIM在全部寿命周期的可信度远远胜过它的可用度！

其次，变电站设备检修时，运行人员可以从数据库下载相应设备的线缆向其它设备的延伸情况，比如和母差保护或自切装置是否有联系，从而许可作业范围，做好安全措施。