BIM技术在牵引变电所项目管理中的应用研究

BIM技术在牵引变电所项目管理中的应用研究
摘要：近年来，我国电气化高速铁路已越来越普及，对于高速铁路供电系统运
行可靠性的要求逐步提高，对电气化牵引供电系统的项目施工精细度要求也越来
越高，为保证电气化铁路的安全性和稳定性，必须在牵引变电所施工阶段中进行
精细的项目管理。

作为建筑行业信息化和工业化的发展方向，BIM技术已经成为
建设行业项目管理中应用的一种工具，BIM技术的核心是利用数字化技术建立虚
拟的工程三维模型，同时匹配完整的工程信息，从而对工程项目进行精细化管理。

但由于我国BIM技术的应用起步较晚，目前还存在很多不足。

本文从施工企业角
度出发，通过分析传统项目管理过程的缺陷，探讨BIM技术在项目管理中应用的
优势和必要性；并分析现行牵引变电所行业BIM应用的实际情况，讨论目前BIM
应用存在的不足和障碍，进而研究BIM在项目管理中的应用方式和改进措施，以
达到提升施工质量，提高工作效率，减少错误和返工的目的。

关键词：BIM技术；项目管理；牵引变电所；应用研究
1 BIM技术的优势和发展趋势
1.1 BIM技术的特点和优势
BIM即建筑信息模型（Building Information Modeling），顾名思义BIM技术通过将项目全生命期有用的工程信息融合进为三维建筑模型，施工人员通过三维信
息模型能够直观地获取有效数据，实现施工的综合管理。

BIM技术具有以下特点： 1、可视化
BIM 技术将传统的二维图纸转化为三维模型，能够在模拟的模型中充分反映
电缆、设备、支架、接口等，并且通过颜色进行区别，施工人员通过观看模型，
能够获取直观的信息，对施工中的复杂节点和接口以及可能出现的碰撞和冲突问
题进行直观的显示，以便技术人员和施工现场人员更好的沟通和。

2、一体化
BIM 技术可以贯穿整个工程项目的全部过程，以施工阶段为例，BIM可以同
步提供有关建筑质量，进度和成本的信息。

利用BIM可以实现整个施工周期的可
视化模拟与管理。

帮助施工人员促进建筑的量化，迅速为业主制定展示场地使用
情况或更新调整情况的规划。

3、参数化和优化性
BIM 技术的参数化特性是指模型的变量和参数做任何改变时，可以同时使与
之相关联的所有工程信息和辅助深化设计的工程量等参数自动反映出来。

这就使
得参数化模型可以大大提高模型的生成和修改速度。

BIM与之配套参数变量提供
了岁复杂项目进行优化的可能性，利用模型提供几何信息，物理信息，规则信息等，对施工进行详细优化从而进行精细化管理。

1.2 施工企业发展BIM技术的必要性
施工企业应用BIM技术进行辅助施工和深化设计的过程相比于传统的CAD图
纸复核，可以针对设计院初设图纸中土建模型信息、电缆路线等基本信息进行复核，因此便可以发现可能存在的各专业冲突等施工不利点。

由具备现场安装设备
施工经验的施工技术人员来绘制模型，可以充分利用这一过程提前发现更多潜在
问题。

施工企业应用BIM技术的三维模型可以在现场情况发生改变的第一时间运
用模型完成辅助工作，充分发挥BIM模型在信息提取、协同工作和碰撞检测等方
面的优势。

节约变更和协调的大量时间，进而缩短工期。

BIM技术在具有的动态查看等方面的许多功能，能够普遍做到性能仿真以及
模拟，施工前期准备阶段模拟好各个电气设备的预安装、所有铁备件的数字化预
装配加工和生产，能够大大地降低变更、错误以及返工的几率。

2 牵引变电所BIM应用现状
2.1 国内外应用现状
近年来，建筑信息化的发展趋势已形成蓬勃式发展，BIM技术受到全球各界
的广泛关注。

各国政府、企业、行业组织与研究机构都把BIM技术作为核心竞争
力的重要组成部分予以深入研究。

在我国近几年的高速铁路建设中，已有渝（重庆）黔（贵州）铁路、西（安）成（都）客运专线、石（家庄）济（南）客运专线、沪（上海）通（南通）铁路、连（云港）镇（江）铁路以及郑（州）万（州）等工程项目开展BIM试点应用，对重、难点工程采用 BIM 技术进行设计和施工。

美国最先提出BIM的相关概念，统计数据表明，早在2009年美国建筑业前300强企业中，80%以上应用了 BIM 技术。

2012年，美国整个工程建设行业采用BIM的比例达到71%，其中74%的施工企业已经正式实施BIM，超过了建筑师（70%）和机电工程师（67%）。

而在海外其他国家也已有的应用BIM技术进行
机电及牵引变电辅助深化设计的成功案例。

例如非洲北部沿海城市的福朋酒店，
精准的提高了安装效率。

2.2 BIM技术应用的障碍因素研究
针对施工企业应用BIM技术的障碍因素这一课题，国内外有许多学者对其进
行了详细的研究，本文结合施工企业运作的特点和BIM研究经验，总结专家的学
术研究，得出以下障碍因素：1、业主及政府未对施工单位提出明确的使用BIM
的要求，推行力度不够，即缺乏明确的客户需求，导致施工企业BIM应用的方向
不明；2、BIM实施并未贯穿整个施工工期，施工前未及时收集资料提前建模，施工后缺乏足够的时间来评价BIM的应用效果；3、BIM软件本身存在局限，BIM
软件对于各专业的针对性，可操作性与易操作性差，有意义的数据互操作性，与
传统CAD比较相对复杂施工技术人员可接受度低；4、实施BIM的成本太高，软
件硬件成本高昂，成果回收期长，没有明确的投资回报率；5、与BIM相关的行
业规程及法律责任界限不明，不能明确BIM数据的所有权及如何通过版权和法律
保护这种所有权，缺乏相应的法律和保险框架，当前的职业责任保险条款不完善，对数据所有权和责任存在不确定性；6、建筑行业缺乏针对BIM应用的标准合同
语言，缺乏BIM过程的标准性和BIM实施的指南方针。

3 施工企业基于BIM技术的牵引变电所项目管理
3.1 应用BIM技术的项目管理流程
对于施工企业来说，上述部分障碍因素是施工企业本身不能控制的因素，但
部分障碍因素是施工企业通过管理流程的优化进行改进和克服的，调整合适的管
理流程和模式，充分利用BIM的优势和特点，以使BIM达到最大的价值。

施工企业首先应尽可能详细和具体的理解业主对BIM的要求并在最大程度上
收集到其他专业相关图纸，因为牵引变电所的变电施工需要和土建相配合，土建
模型的准确实牵引变电精准施工的基础，初步制定3D施工方案并实现可视化，
不断对模型进行细化，通过不断改变不确定因素，采用BIM的三维立体模型进行
施工方案模拟，对复杂节点进行精细化建模，丰富复杂节点的模型精细度，对复
杂铁配件制作预配安装的加工详图利用模型提供的明细表信息进行准确的施工提料。

在辅助施工解决问题的基础上进行深化设计，进一步指导施工。

在项目竣工
后将完整的BIM模型移交给业主。

在牵引供电施工前要等待土建施工图纸的最终确定，还要进行变电专业的设
备和电缆支架以及电缆敷设的虚拟建模和方案的反复调整以及三维和二维加工图
纸的出图，而这些工作同时又需要相应的人力、物力和时间的投入，就可能导致
了实际开始施工时间节点有所延后。

因此也就出现了BIM在实际应用中的一些障
碍因素，所以在牵引变电所应用BIM技术进行建模时就需要在正式施工前提前和
业主明确需求，提前收集相关图纸资料，在整体工程全部动工和全面进入施工状
态之前，为建立模型预留足够的时间，并和施工一线人员进行及时沟通和技术预
交底，了解现场实际施工条件，首先做到辅助施工，其次才是指导施工。

这样有
效克服第一和第二个障碍因素。

对于BIM软件的选择和BIM技术的各方面相关标准，施工企业首先应该在行业大背景下，根据BIM技术的发展形势，建立自己内
部的企业级标准，包括不同施工阶段的模型精细度，施工过程中模型应用的不同
阶段的需求，要根据自己企业的特点和需求，确定标准的应用流程。

站在企业本
身的角度，克服没有BIM缺乏标准性和方针的障碍因素，进而促进行业的标准性
和指南方针的发展。

在进行具体的牵引变电工程实践中，经常会出现突发情况，需要重新调整电
缆走向或重新安装支架等问题。

一旦出现此类问题，就需要施工企业进行施工深
化设计，那么就会出现与之相关的其他问题：1、支架的重新安装，电缆重新敷设，变换高程；2、施工材料的再补充；3、与协作单位、材料厂家等产生的争端
的解决；4、确保施工进度和施工质量。

通过BIM技术深化，建立相关数据模型，利用直观的模型能够在纷乱的问题中进行分析，寻找到各方能够协调的意见，促
使建设工程的顺利进行，保证工程质量。

在施工出现问题，各方意见不一致之时，如何使各方和平协商，找出适合的
解决方法一直是非常困难的问题。

因为在产生争议时，在没有任何佐证的前提下，各方为了自己本身的利益，本着趋利避害的原则，必然会在争端中主动出击，将
责任推诿，这样做会严重影响建筑施工进度，而且还对机电深化工作的开展产生
不利影响。

通过BIM技术建立模型，能够非常直观地进行建设施工的流程分析，
能够根据这些信息做出理智的选择，进而进行洽谈，商议解决办法，提出新的方
案流程，这样做的好处就是各方意见能够使各方能够实现兼容并包，促进施工深
化设计的顺利进行。

3.2 牵引变电所项目BIM技术案例分析
本文以某铁路电气化改造工程的牵引变电所施工项目为案例，分析施工过程
中的BIM技术应用。

3.2.1 项目概况
项目建筑面积495.60m2，建筑层数1层，层高5.7m，建筑总长度44.05m，
建筑总宽度11.25m，建筑总高度6.6m。

建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构，
使用年限50年，抗震设防烈度7度(0.10g)。

房屋布置主要有，主控室、通信室、27.5kV高压室、工具检修室、值班休息室。

3.2.2 应用BIM核心技术建模
Revit软件是Autodesk公司为BIM体系开发的一套使用最广泛的软件之一。

牵引变电所的房屋结构往往相对简单，主要分布着大量的高压设备和相关的预埋件、架构等辅助设施。

目前，在Revit平台下开发了许多辅助设计功能用于机电
系统的设计，预设了各种管道、桥架族，但是对于牵引变电所内的牵引变压器、
互感器、断路器等强电设备，没有相关的预设族，需要建立族库，因此这些族库
就应该是施工企业本身就具备的，施工企业本身要建立具有自身特点和标准的族库，以方便施工前期、施工中期建模时不同的需要，利用具有不同信息的族建立
相应的模型。

3.2.3 应用BIM技术取得的成果
1、提供多剖面视图，在该牵引变电所施工过程中，对于高压室所用变，控制盘二次线等这些复杂空间，缺乏详细的剖面图，造成施工难度增大。

而设计院所
提供的二维图纸缺乏直观效果，利用三维模型的二维图纸功能出具多角度的剖面
视图，增加施工清晰度，提高了施工的效率。

2、精细化电缆敷设，通过拓扑关
系图可准确查看电缆走向状况，方便快捷地查看任意截面，任意高度的电缆信息，并提前发现和解决电缆敷设过程中可能会遇到的问题，杜绝以往工程中常出现的
二次设计。

施工现场可精准定位设备的尺寸位置，根据实际施工中核对的结构模
型进行设备吊装，然后精确地的定位最大化地减少误差。

3、专业协同，利用BIM 技术可以建立一个完整的牵引变电所三维模型，通过对三维模型的浏览，消灭了
设计过程中“错、漏、碰、缺”等问题，并充分利用三维模型可视化、实时共享的
优势，实现变电所内各专业间的协同问题，例如，电缆沟与设备支架的碰撞，返
回电气专业修改电缆走向；基础与接地网之间的碰撞，记录碰撞位置，在施工时
采取避让措施，避免了返工，节约了工期。

4、工程进度管理，建设阶段信息系
统中，将进度管理系统作为主线，本项目通过工程进度管理软件Microsoft project 与Navisworks软件结合实现变电所建设工程的进度管理。

精细化施工本身就是加
快施工进度的体现。

本项目利用BIM技术提高了施工效率，降低了施工成本。

缩短了工期，比预
期工期提前了40d，节约费用约24万元。

采用该技术施工有效的解决了牵引变电所施工人员作业效率低的问题，降低了工人的施工难度和劳动强度，确保了施工
安全，施工进度较预期大幅提前。

该技术确保了施工质量，满足现行验收标准，
工程完工后各项指标经检测达标，顺利通过验收，投入运行后，设备运行平稳，
性能满足设计要求。

3.2.4 应用BIM技术的突破和创新
首先，该项目利用Navisworks不仅用来进度管理，还通过进度的模拟进行工
序的排序，找到关键路径，确定最快的施工方案，指导施工过程中重要的工序；
其次，通过建模，统计工程量，指导加工订货，对于施工中的复杂铁配件和工艺
工法技巧、接头、连接件，进行直观的三维表示，出具详细的加工和制作图纸，
以及操作要求，并提前预制，节约了大量的工期。

4 结语
BIM技术可以为建筑业带来全新的发展，但是它的效用在现阶段尚未有效地
发挥出来。

施工企业作为工程项目中重要的参与者，应该积极探索创新BIM技术
的应用，充分利用好BIM技术的特点和优势，根据自身的组织架构，合理安排资
源进行BIM技术创新，优化BIM技术的项目管理流程，使得BIM技术的作用发
挥到最大化。

对待BIM技术的应用还应该理性看待其价值和实施效果，对于阻碍BIM技术发展的因素更应该积极思考解决办法。

BIM技术未来的发展方向还可以在模型中附带全面的建筑信息，包括造价、
定额、维修等综合信息，在招投标过程中，增加投标的中标率，提高投标效率。

其次，施工企业和设计及监理等单位控制项目整体的施工进度管理，协调工程项
目的顺利进行。

施工企业也可以和BIM软件企业合作，对特殊专业的建模和标准，对BIM软件进行拓展，以便更适应企业的专业和施工特点，更好地进行项目管理，通过合作共赢实现BIM在国内建筑和土木工程施工领域的应用价值。

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