一、单位简介

国网河北省电力有限公司衡水供电分公司担负着衡水市11个县（市、区）的供电任务，初步形成以500千伏“两站两通道”为支撑、220千伏为主网架的坚强电网。公司先后获 “全国厂务公开民主管理先进单位” “全国五四红旗团支部”“全国电力行业文化品牌影响力企业”“河北省五一劳动奖状”等荣誉称号，并继续保持“全国文明单位”。电网建设领域220千伏故城二变电工程获国网公司输变电工程优质银奖，220千伏台城变电工程获河北省“安济杯”奖，BIM技术应用先后获中施企协第一届全国BIM大赛一等奖、河北省第三届“燕赵杯”BIM大赛一等奖。

二、具体问题描述

当前，衡水公司紧扣“一体四翼”发展布局，积极谋划“五大提升”工程，全力以赴实现“三强三优”发展目标。然而，构建新型电力系统、服务“双碳”目标对电网建设的数字孪生、智能感知、数据复用等应用提出了更高的要求。衡水公司在建工程所需物资、材料中标厂家约300余家，分布于全国20余个省市，当前全国各地疫情此起彼伏，严重影响工程所需物资到货时间，成为制约工程整体进度的重要因素，“四不两直”现场检查时断时续，远程视频抽查存在现场安全管控“盲区”。新增出线间隔等扩建工程作业面与带电体安全距离小，施工安全隐患显著，作业前必需验证施工机械与带电设备的安全距离是否满足规程要求，常规技术难以实现安全空间校核。衡水青罕变电工程位于河北平原东南部，属于河流冲积平原，岩性以粉土、淤泥、和粉砂为主，地基承载力天然不足，该工程施工期间多雨，土层易受上层滞水影响，施工难度巨大。工程钢结构建筑物设计复杂，组件众多，内墙板内电气走线及管路、孔洞预留复杂，常规设计图纸难以将设计信息表达，为现场吊装带来诸多困难，因此，需要开拓新手段，提升输变电工程建设安全、质量、进度等专业管理水平。

三、主要思路和做法

（一）谋划解决良策，制定实施路径

2020年9月，全球著名咨询公司Research and Market发布的《建筑信息模型（BIM）全球市场轨迹与分析》报告表明，2027年BIM技术在商业和基础设施建设领域市场规模将达到136亿美元，BIM技术与项目管理集成应用将成为建筑业实现项目精细化管理发展的新趋势，建筑行业BIM技术在减少返工、提升施工安全协调性、加快项目进程等方面存在巨大效益和应用价值，图1为建筑行业BIM应用统计。

图1建筑行业BIM应用统计

电网建设领域对BIM技术的应用起步较晚，仍处于学习借鉴吸收阶段，衡水公司在数字化变革浪潮中探索适于电力建设特点的发展道路，针对输变电工程建设存在的痛点与需求，果断引入BIM技术，出台《输变电工程BIM深化应用工作方案》，在工程合同中加入BIM应用相关条款，规范建设过程各阶段BIM应用深度，为输变电工程BIM技术应用落地实施建立制度保障。

（二）成立柔性团队，培育自有人才

衡水公司成立公司级BIM应用领导小组和工程级BIM应用柔性团队，柔性团队由业主主导，成员包括工程设计、监理、施工人员，涵盖安全、质量、造价、进度、技术等五大专业管理，满足输变电工程BIM深化应用需求，如图2所示。

图2 BIM应用柔性团队结构

根据团队自身能力情况，制定培训方案，一人一策，定制专属学习计划，聘请外部专家开展组织协调、施工策划、建模、深化设计、模型优化等方面的教学，如图3所示，加强团队成员软件操作、模型导入、吊车参数及轨迹设置、模型多点测距、安全空间设置等内容实践，开展建模设计竞赛，提炼竞赛亮点汇编，致力于输变电工程BIM应用人才培养和技术沉淀，目前，衡水公司已经培养出专业BIM建模师4名、施工深化师3名的自有队伍，为工程实际BIM应用打下高质量人材基础，初步形成不依赖于外部厂家的BIM应用格局。

图3 BIM技术培训流程及培训现场场景

图4 Bentley系列软硬件配置情况

为强化模型版本及兼容性管理，项目团队统一进行了软硬件配置，如图4所示。土建设计配置Bentley AECOsim Building Designer V8i（现名为OpenBuildings Designer）软件，完成了输变电工程土建部分建模，电气设计配置Bentley Substation V8i软件，完成了全部的电气模型建立，施工及业主监理单位配置Bentley SYNCHRO 2020 Pro软件，完成了进度控制和模型对应资源数据的关联匹配管理，通过土建、电气、施工各专业软件软件密切配合，共同完成了本项目所有的三维建模和施工深化设计。

（三）分类建模立库，构建实施链条

在设备厂家提供了主要设备模型基础上，衡水公司建立了110千伏、220千伏输变电工程A1-1典设方案模型库，BIM应用柔性团队从场景策划、建模分类、施工建模实施三部分发力，分类创建了新建类、细化类、非几何模型类新模型共计358个，完成24个典型场景应用策划，制定了8种施工机械模型编辑方案，实现6个资源表优化，有效保障了各应用策划场景顺利实施，如图5所示。

图5 分类建模立库及施工机械模型编辑方案

衡水公司构建了完整的输变电工程BIM技术应用实施链条，如图6所示，工程前期阶段，柔性团队充分研读工程初步设计方案、地基勘察报告，开展站址现场施工条件确认，编制工程施工痛点分析报告，确定BIM技术应用条件，为工程配置BIM应用团队，组织开展技术分析例会，确定人员分工，形成了应用场景策划、设计建模、模型审核及优化、模型交付施工、施工深化设计、模型效益分析等BIM技术应用实施链条，确保电网基建工程完成高质量建设目标。

图6输变电工程BIM技术应用实施链条

（四）基建数字赋能，攻克工程难点

1.设计方案优化

衡水公司建立了施工单位与设计单位全时段技术沟通服务体系，施工单位提前将BIM施工深化场景方案与设计单位充分沟通，根据场景目标，设计单位开展局部加深设计深度，满足施工深化场景模型精度要求。电缆敷设施工优化应用场景中，设计单位交付模型时即将电缆模型精度建成竣工级精度，施工单位开展电缆敷设方案施工模拟，优化电缆敷设路径指导现场高质量施工，节省电缆可达5.257km。

图7电缆敷设路径优化

利用BIM软件碰撞功能在设计阶段对全站模型进行碰撞检查，能够快速发现电缆沟、消防管道、雨水管道、地下出现排管之间的碰撞问题，设置设备模型的安全空间，完成对空间距离的“软校核”。衡水青罕110千伏变电工程模型碰撞检查，发现电缆沟与出线排管形成碰撞，根据碰撞报告制定电缆沟优化方案，将电缆沟向下加深80cm，出线排管下穿正对电缆沟，解决碰撞问题，直接节省费用20.8万元，有效解决了二维图纸审查难以发现的碰撞问题。

图8 设计阶段碰撞检查

2.施工组织提升

衡水公司将变电站GIS基础钢筋绑扎模型建为竣工级精度，按实际尺寸将钢筋分为6类，总计314件，施工前开展钢筋绑扎施工推演，优化施工方案实现“零偏差”，生成钢筋下料表，实现精准下料，钢筋加工 “零损耗”，节省钢筋598kg，有效指导现场GIS基础钢筋绑扎作业“无蓝图“施工。

图9钢筋“精准下料”施工模拟

开展110千伏变电工程全流程施工模拟推演，确定配电室电缆沟支模、绑筋，防火墙模板支护、浇筑，GIS基础开挖等工作交叉叠加施工用工高峰人数为44人，匹配双层结构临建项目部，设置8间宿舍、会议室、办公室、党建室、食堂、厨房、厕所、资料室、浴室等共计房间28间,建筑面积710平方米，节省临时占地528平米，如图9所示。

图10临建布置优化

变电站采用挡土墙围墙基础有效应对站内深回填土横向压力，设置绑筋、支模、浇筑班组分段流水作业，开展围墙机械化施工+流水式作业施工模拟，有效指导现场施工，比围墙常规流程作业缩短10天施工周期，作业效率提升40%。

图11 机械化+流水作业

3.安全质量高效管控

根据国网公司下发的电网安全生产违章条例，梳理基建施工阶段全过程可能存在的违章条例68条，完成违章条例与每项工序关联，施工作业前开展站班会对作业人员进行数字化安全交底，提升作业人员安全意识，有效避免施工违章风险和人身事故，有效解决了视频远程安全检查 “盲区”。

图12开展数字化安全交底

间隔扩建施工中，对110千伏带电母线预留5米施工安全空间，利用三维模型预演施工机械安全空间距离，确定泵车泵臂最高升至7.5米、仰角48.6度、右摆角37.3度时，预留空间安全距离出现告警，测算得出在距离带电设备3米位置增设一道高5米的绝缘隔板，实现近电作业安全施工，如图12所示。

图13扩建工程近电作业安全控制

4.绿色低碳施工

衡水公司在临建项目部装设30kW移动式可拆卸光伏储能系统，利用BIM技术模拟日负荷曲线控制分配电能路由，实现光伏发电与电网供电平衡，平均日节省电能138kW.h，工程建设周期内节省施工用能成本2.98万元，降低碳排放32.9吨二氧化碳，测算得出增设30kW光储系统，周转7次既可收回投资。

图14临建电能平衡分析

衡水公司梳理了283项施工工序，统计燃油机械、电动机械能耗数据及用能时间，利用BIM技术对施工过程进行工序用能及碳排放画像，实现碳排放数据与工序关联展示，对高耗能工序进行用能分析，制定降碳施工路径，实现电网基建工程施工全过程低碳施工，有效减少二氧化碳排放49.35吨。

图15施工过程碳排放分析

（五）总结优化提升，布局技术体系

衡水公司经过数年BIM探索，依托多项输变电工程BIM技术深化应用，形成了具有电力行业特色的BIM应用管理体系，先后编制了《输变电工程BIM深化应用工作方案》、《BIM+电网基建项目管理指导书》，牵头开展编制一项国网公司企标《输变电工程施工BIM应用导则》，一项中电联团体标准《电力工程信息模型施工应用标准 第1部分：变电站（换流站）》，编写工作，积极开展自主创新，在智慧工地能源利用方面先后取得两项发明专利授权，工程形成了具有自主知识产权的BIM应用技术成果体系。

图16衡水公司BIM应用技术成果体系

四、效果和经验

衡水公司基于BIM技术的电网建设数字赋能应用以来，在经济效益方面，设计优化节省投资36.25万，施工组织优化节省费用17.56万，低碳施工优化节省成本2.98万，BIM应用经济效益巨大。

在工程效益方面，有效解决了物资到货滞后进度问题、站址区地基承载力不足问题和GIS无尘安装环境控制问题，通过BIM施工组织优化缩短施工周期74天，工程进度得到保障。

在安全效益方面，开展高风险作业施工模拟，进行数字化安全交底，有效避免施工违章风险，校验施工机械运动轨迹安全空间裕度，大幅压降施工风险，有效提升施工安全。

在低碳效益方面，开展临建电能平衡分析和电网基建工序施工碳排画像，有效减碳82.25吨，减碳效益明显。