國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市南供電公司 高億文 趙 煜

目前變電站運(yùn)維模式主要依賴于運(yùn)維人員自身技能水平以及紙質(zhì)數(shù)據(jù)，變電站建設(shè)、交付及前期運(yùn)維過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)處于沉睡狀態(tài)，數(shù)據(jù)價(jià)值尚未得到有效利用。變電運(yùn)維人員在運(yùn)維過程中，仍依賴于翻閱攜帶的運(yùn)行規(guī)程、整定書及接線圖開展運(yùn)維工作，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中缺少數(shù)據(jù)支持，工作質(zhì)量依賴運(yùn)維人員自身技能水平和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，缺乏智能輔助等技術(shù)手段[1]。通過全生命周期的變電站BIM模型，建立變電站的數(shù)字孿生，提升變電站運(yùn)維水平。

1 BIM技術(shù)在變電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM(建筑信息模型)是一種三維數(shù)字建筑模型，其打通了建筑物實(shí)體與虛擬世界的界限，將現(xiàn)實(shí)建筑的物理信息與功能特征進(jìn)行了數(shù)字化表達(dá)，為建筑及設(shè)備的建造管理提供了可視化、易交互的管理平臺(tái)，并可整合各參與方情況，讓項(xiàng)目各相關(guān)方加入建筑全生命周期運(yùn)維管理。通過將BIM應(yīng)用于變電站中，可以提升變電站管理信息化水平，提升變電站智能化水平。住建部“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃中指出，智能制造和新型建筑工業(yè)化為未來(lái)趨勢(shì)，加快推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在工程全壽命期的集成應(yīng)用為其中重要一環(huán)。BIM可以提升建筑數(shù)字化水平，有利于數(shù)字化成功的交付和應(yīng)用[2]，便于各參與方協(xié)同合作。

BIM技術(shù)在變電站的設(shè)計(jì)施工階段已得到了廣泛應(yīng)用，利用BIM可視化的特點(diǎn)，解決了不同專業(yè)間的碰撞沖突，實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)協(xié)同，提升了項(xiàng)目管理精細(xì)化程度，取得了良好的社會(huì)交易和經(jīng)濟(jì)效益。然而，現(xiàn)有研究大多停留在BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于變電站運(yùn)維過程中的研究較少，不利于實(shí)現(xiàn)變電站全生命周期支持，對(duì)變電站運(yùn)維水平提升尚存不足[3]。

變電站運(yùn)維過程中BIM應(yīng)用不足。目前運(yùn)行中的變電站信息化水平較低，建筑及設(shè)備信息以二維圖紙或說(shuō)明信息保存及使用，運(yùn)維人員需要預(yù)先查詢對(duì)應(yīng)圖紙及手冊(cè)才能了解設(shè)備數(shù)據(jù)信息，效率低下且存在數(shù)據(jù)缺失及更新不及時(shí)等問題，在工作任務(wù)繁雜的情況下，可能會(huì)引發(fā)工作出現(xiàn)錯(cuò)漏。因此，對(duì)于設(shè)備的運(yùn)維管理，很大程度依賴于師徒帶教，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)依賴于運(yùn)維人員水平，并且由于變電站涉及的各專業(yè)信息分散、設(shè)備臺(tái)賬眾多，協(xié)同管理困難。

變電站運(yùn)維過程中BIM應(yīng)用水平不高。在當(dāng)前階段，基于BIM技術(shù)的變電站全生命周期信息集成和管理平臺(tái)尚待完善，未有針對(duì)變電站運(yùn)維的BIM評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)應(yīng)用軟件不成熟，BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用存在一定的障礙?？傮w來(lái)說(shuō)，變電站具有系統(tǒng)性，且存在大量待激活狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，涉及的各專業(yè)之間缺少數(shù)字協(xié)同，信息集成和共享有待提升，不能充分發(fā)揮BIM在變電運(yùn)維領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

2 基于BIM技術(shù)的變電站運(yùn)維原則及內(nèi)容

2.1 基于BIM技術(shù)的變電站運(yùn)維原則

變電站主要涉及專業(yè)包括建設(shè)、變電、繼保、電纜、調(diào)度四個(gè)部門。各專業(yè)在變電站中既有一定獨(dú)立性，又共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。基于BIM技術(shù)的變電站運(yùn)維應(yīng)用的原則主要應(yīng)當(dāng)包括以下部分：

圖1 BIM總體架構(gòu)

信息完整一致。BIM模型應(yīng)當(dāng)可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并同步更新與之關(guān)聯(lián)的所有對(duì)象，確保模型的完整性和一致性[4]；模型參數(shù)化和可視化。通過參數(shù)化建模，將建筑及設(shè)備信息進(jìn)行展示，便于運(yùn)維過程中及時(shí)更新模型，并將設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性直觀展現(xiàn)出來(lái)，讓運(yùn)維過程中的溝通決策均在可視化狀態(tài)下進(jìn)行；現(xiàn)實(shí)模擬性。在運(yùn)維階段，可以通過BIM模擬事件達(dá)到訓(xùn)練運(yùn)維人員的目的，如模擬主變故障及全站失電恢復(fù)等。而當(dāng)運(yùn)維中，可以通過現(xiàn)實(shí)變電站的數(shù)字孿生模型實(shí)現(xiàn)操作預(yù)演以及事故預(yù)處理，減少現(xiàn)實(shí)中不當(dāng)操作造成不良后果的可能。

對(duì)于變電站，基于BIM技術(shù)的變電站運(yùn)維包含多專業(yè)的配合。在設(shè)計(jì)施工階段，各參建單位應(yīng)當(dāng)將初始建筑及設(shè)備信息導(dǎo)入BIM模型中，并完整移交運(yùn)維部門。而運(yùn)維階段作為變電站全生命周期中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的階段，期間積累的信息可以為變電站后續(xù)運(yùn)維工作提供數(shù)據(jù)支撐、降低運(yùn)維成本，提升經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2 變電站日常維護(hù)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有變電站大多為無(wú)人值守變電站，運(yùn)維人員負(fù)責(zé)的變電站數(shù)量不斷增加，對(duì)于運(yùn)維人員的要求越來(lái)越高。此外，不同變電站構(gòu)造及設(shè)備差異巨大，而傳統(tǒng)信息獲取方式存在滯后，運(yùn)維人員難以在緊急情況下全面掌握變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)，部分隱性故障難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消缺，且難以獲取設(shè)備歷史情況，對(duì)變電站運(yùn)維人員的技術(shù)水平帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。

而通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)備相關(guān)信息均已集成在BIM中，運(yùn)維人員可以方便的查看設(shè)備制造及運(yùn)行狀況，輔助運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，實(shí)時(shí)分析變電站設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備運(yùn)行狀況可以及時(shí)消除部分設(shè)備的家族性缺陷。同時(shí)，BIM可以將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)直觀展現(xiàn)在運(yùn)維人員面前，使得運(yùn)維人員可以快速掌握變電站具體情況，提升于運(yùn)維人員的培訓(xùn)效果。

通過將BIM與站內(nèi)傳感設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等遙測(cè)信號(hào)相結(jié)合，運(yùn)維人員可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化管控，并實(shí)現(xiàn)日常遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程巡視。

2.3 變電站設(shè)備操作檢修

在現(xiàn)場(chǎng)操作前，可以利用BIM模型獲取具體設(shè)備的三維可視化模型和參數(shù)，并在數(shù)字孿生模型上預(yù)先進(jìn)行模擬操作，相對(duì)傳統(tǒng)二維模擬圖效果更好，有效降低誤操作可能。傳統(tǒng)模擬的信息表現(xiàn)形式是以二維符號(hào)反應(yīng)，需要對(duì)設(shè)備有一定了解將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作。特點(diǎn)是不同設(shè)備共用同一符號(hào)，不易理解，對(duì)運(yùn)維人員經(jīng)驗(yàn)要求高；BIM模擬的信息表現(xiàn)形式是三維化空間展示，特點(diǎn)是便于理解、可視化展示，有效避免誤操作。

2.4 變電站事故處理

變電站出現(xiàn)事故時(shí)，可以通過BIM調(diào)出設(shè)備歷史運(yùn)行信息庫(kù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、檢修維護(hù)時(shí)間、故障歷史及處理方式進(jìn)行查詢，便于運(yùn)維人員查找事故原因，及時(shí)準(zhǔn)確的消除事故、減少現(xiàn)場(chǎng)判斷的難度。同時(shí)，通過將故障情況錄入BIM，可以在數(shù)字孿生模型上進(jìn)行模擬，降低現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)誤判斷造成事故擴(kuò)大化的可能。

綜上，BIM數(shù)據(jù)庫(kù)為變電站的運(yùn)行管理提供了詳盡的設(shè)備及土建信息，并通過BIM平臺(tái)使得運(yùn)維檢修部門多專業(yè)、多環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，使得運(yùn)維人員可以隨時(shí)查詢、提取設(shè)備數(shù)據(jù)，便于運(yùn)維人員實(shí)時(shí)分析設(shè)備狀況。BIM平臺(tái)提供的三維數(shù)字模型可以讓運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)直觀的模擬模擬操作，提升運(yùn)維人員水平，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)維精細(xì)化管理。BIM技術(shù)未來(lái)將作為變電站運(yùn)維管理的重要技術(shù)支撐，促進(jìn)變電運(yùn)維行業(yè)的變革，提高變電站運(yùn)維的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。