李基隆，胡道玖，何春暉，王 龍，陳相家，王 龍

（1.上海電力大學(xué)，上海 201306；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

隨著信息化技術(shù)越來越多地應(yīng)用于各行業(yè)，國(guó)內(nèi)外已通過BIM（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)來促進(jìn)傳統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的工程建設(shè)及管理的變革，且建立了較為完善的控制體系。由于輸電線路工程的特殊性，三維數(shù)字化技術(shù)在輸電線路工程中的推廣應(yīng)用起步較晚。因三維數(shù)字化技術(shù)具有信息模型直觀、便捷、易于利用和傳遞的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)各電力設(shè)計(jì)院已在三維數(shù)字化技術(shù)方面開展應(yīng)用和研究[1-2]。

隨著電力企業(yè)精細(xì)化管理水平和設(shè)計(jì)精度要求不斷提高，電網(wǎng)建設(shè)難度加大，在輸電線路施工階段遇到更多新困難，僅采用傳統(tǒng)機(jī)械化施工已無法有效解決[3]。本文從施工器械進(jìn)場(chǎng)、機(jī)械作業(yè)、進(jìn)度統(tǒng)籌和造價(jià)控制等方面對(duì)三維數(shù)字化技術(shù)在輸電線路工程機(jī)械化施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，將采用三維數(shù)字化技術(shù)的機(jī)械化施工模式與傳統(tǒng)機(jī)械化施工模式進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)輸電線路三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 輸電線路三維數(shù)字化技術(shù)

輸電線路三維數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵在于大數(shù)據(jù)[4]，以高精度航測(cè)影像、數(shù)字高程模型、基礎(chǔ)地理等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[5]，基于BIM技術(shù)建立三維精細(xì)化模型。利用航測(cè)技術(shù)、三維可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和信息集成技術(shù)[6]，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，以三維數(shù)字化的形式，整合輸電線路走廊的地形地貌信息和建設(shè)過程數(shù)據(jù)，組建真實(shí)的三維現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境[7]。

2 機(jī)械化施工各階段的新需求

隨著可持續(xù)發(fā)展的推行，環(huán)境保護(hù)越來越被重視，輸電線路工程施工面臨更多新的困難和需求。

2.1 器械進(jìn)場(chǎng)

輸電線路工程大部分位于遠(yuǎn)離人口密集區(qū)的田地和山林中，工程中不同塔位的交通情況各不相同。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，以往從交通運(yùn)輸條件理想的位置修筑較長(zhǎng)線路直達(dá)塔位的做法已不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前在器械進(jìn)場(chǎng)策劃階段，施工人員熟悉各塔位附近的交通狀況以及各地政策要求的時(shí)間越來越長(zhǎng)，與各級(jí)部門對(duì)接后確定最終進(jìn)場(chǎng)道路方案所耗時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 機(jī)械作業(yè)

隨著施工隊(duì)伍人員結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一線工作崗位多為新人，其缺少對(duì)輸電線路基礎(chǔ)和桿塔組裝、導(dǎo)地線架設(shè)等方面的經(jīng)驗(yàn)，這就造成了各階段施工前安全點(diǎn)及困難點(diǎn)講解、器械選擇及操作的時(shí)間成本增加，現(xiàn)場(chǎng)返工及后期返工的次數(shù)也有所增加，對(duì)工程里程碑計(jì)劃及工程結(jié)算有較大影響。

2.3 進(jìn)度統(tǒng)籌

目前電力工程項(xiàng)目施工市場(chǎng)化程度不如其他建筑工程項(xiàng)目。電網(wǎng)公司的輸電線路工程項(xiàng)目仍然由各省電力公司所屬的送變電工程公司負(fù)責(zé)施工，施工單位仍以甘特圖、橫道圖、里程碑計(jì)劃等傳統(tǒng)方法掌控工程進(jìn)度。輸電線路工程由于參建單位較多，不同參建單位采用的方法不同，其各階段制定計(jì)劃的人員仍依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大致預(yù)估，這就導(dǎo)致眾多進(jìn)度控制閉合時(shí)常常出現(xiàn)“破網(wǎng)”問題。另外，遇到突發(fā)問題和設(shè)計(jì)問題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)緩工、滯工的情況，無法有效進(jìn)行人員和器械的全局調(diào)動(dòng)。

2.4 造價(jià)控制

輸電線路工程中各參建單位、分包隊(duì)伍采用多種方法進(jìn)行造價(jià)管理和控制。目前，施工圖預(yù)算、施工中各單項(xiàng)結(jié)算、設(shè)計(jì)變更及簽證、工程總結(jié)算等各階段都需要造價(jià)人員去計(jì)算工程量及清單。造價(jià)人員個(gè)人業(yè)務(wù)水平及工作習(xí)慣不同，對(duì)實(shí)際施工情況掌握不及時(shí)、不全面，因此對(duì)成本資金投入、人員和器械分配、材料采購(gòu)儲(chǔ)備的安排等造價(jià)控制產(chǎn)生了較大的影響。

3 三維數(shù)字化技術(shù)在機(jī)械化施工中的應(yīng)用

3.1 器械進(jìn)場(chǎng)中的應(yīng)用

通過衛(wèi)星、航拍工具等獲取輸電線路走廊的影像、高程等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，與工程所在地對(duì)環(huán)保和文物的要求及政策紅線進(jìn)行匯總，形成工程的底圖數(shù)據(jù)。在進(jìn)行塔位樁位交底時(shí)一同復(fù)核，此底圖數(shù)據(jù)可真實(shí)、準(zhǔn)確反應(yīng)工程地理信息情況。

應(yīng)用此底圖數(shù)據(jù)可分析周邊路網(wǎng)情況，統(tǒng)籌優(yōu)化選擇運(yùn)輸?shù)缆?，進(jìn)行塔位進(jìn)場(chǎng)路徑規(guī)劃。塔位進(jìn)場(chǎng)路徑規(guī)劃疊加基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)后，材料站選址時(shí)可實(shí)時(shí)計(jì)算所選位置至所有塔位的交通距離。實(shí)地選址后，初選位置可在三維數(shù)字化系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)比，選出最優(yōu)方案。

此項(xiàng)工作以往是在塔位交樁后開展，通過三維數(shù)據(jù)平臺(tái)可提前獲取工程路徑基本信息，從而提前開展此項(xiàng)工作，減少工程開工準(zhǔn)備時(shí)間。目前設(shè)計(jì)階段已全面推廣三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段已匯總底圖數(shù)據(jù)，減少向設(shè)計(jì)平臺(tái)和施工平臺(tái)數(shù)據(jù)移交的工作時(shí)間。

3.2 機(jī)械作業(yè)中的應(yīng)用

1）器械選擇。根據(jù)每基桿塔的基礎(chǔ)形式、桿塔形式進(jìn)行施工作業(yè)面的模擬，快速統(tǒng)計(jì)所需作業(yè)區(qū)域、材料區(qū)域等，確定塔位征地賠償范圍。同時(shí)計(jì)算所需器械的參數(shù)指標(biāo)，根據(jù)已建立的機(jī)械庫匹配合適的機(jī)械，輔助施工人員進(jìn)行全局器械選擇。

目前施工人員在進(jìn)行征地范圍計(jì)算時(shí)常以經(jīng)驗(yàn)預(yù)估為主，存在征地較多而增加資金成本或者征地較少需重新協(xié)商而增加時(shí)間成本的情況。利用三維數(shù)據(jù)平臺(tái)可客觀、準(zhǔn)確地確定征地范圍邊界，減少人員手工計(jì)算帶來的誤差。

在器械選擇方面，三維數(shù)據(jù)平臺(tái)可推薦并統(tǒng)計(jì)全線施工器械，方便施工人員根據(jù)施工工期等要求安排施工器械進(jìn)、退場(chǎng)及施工順序。

2）模擬施工指導(dǎo)。應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)施工模擬時(shí)，可將BIM模型輸入到基礎(chǔ)校驗(yàn)軟件中進(jìn)行整體、局部的穩(wěn)定性計(jì)算；對(duì)施工開挖、超載，降雨引起的地下水位上升等工況進(jìn)行計(jì)算，確?；影踩?。鐵塔組立及導(dǎo)地線架設(shè)階段安全施工方案的內(nèi)容直接影響輸電線路施工現(xiàn)場(chǎng)安全與質(zhì)量控制，應(yīng)用可視化模擬技術(shù)可對(duì)施工方案、安全技術(shù)措施的合理性進(jìn)行檢查，以優(yōu)化施工方案中的技術(shù)措施和安全措施。

施工單位可應(yīng)用三維數(shù)字化模型模擬施工前的碰撞檢查，例如金具試組裝、導(dǎo)線弧垂及風(fēng)偏校驗(yàn)、跳線安全距離計(jì)算等。

設(shè)計(jì)單位往往通過技術(shù)交底、特別說明提出線路施工困難點(diǎn)和特別注意事項(xiàng)。經(jīng)施工項(xiàng)目部、分包隊(duì)伍、施工人員層層傳遞，單項(xiàng)施工作業(yè)人員無法全面了解注意事項(xiàng)，易造成現(xiàn)場(chǎng)返工、材料備料缺少等影響施工進(jìn)度的情況。利用三維數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行各階段施工流程的可視化演示，提前發(fā)現(xiàn)施工困難點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)，可有效減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 進(jìn)度統(tǒng)籌中的應(yīng)用

利用三維數(shù)字化模型可模擬得到各單項(xiàng)工程需要的時(shí)間，通過修改各項(xiàng)參數(shù)可反復(fù)進(jìn)行模擬優(yōu)化，以確定合理的施工時(shí)間。通過統(tǒng)計(jì)各單項(xiàng)工程所需施工時(shí)間、施工器械和人員數(shù)量，結(jié)合工程總工期，統(tǒng)籌安排各單項(xiàng)工程施工順序，靈活調(diào)配施工器械及人員，合理安排施工器械和人員進(jìn)、退場(chǎng)，從而估算出最優(yōu)的計(jì)劃工期。

目前輸電線路工程施工工期由項(xiàng)目管理單位進(jìn)行預(yù)估，并制定里程碑計(jì)劃。此施工工期確定后一般不輕易更改，會(huì)出現(xiàn)由施工工期預(yù)估偏差造成的追趕工期的行為。利用三維數(shù)字模擬技術(shù)確定的施工工期則較為客觀，可避免人員預(yù)估導(dǎo)致的偏差。

3.4 造價(jià)控制中的應(yīng)用

應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)對(duì)各階段施工方案的工程量進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果比人工計(jì)算結(jié)果更客觀、準(zhǔn)確，計(jì)算效率高。遇到突發(fā)情況需要設(shè)計(jì)變更和簽證時(shí)，還可應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)計(jì)算修改后的工程量并與原方案進(jìn)行對(duì)比，減少工程結(jié)算不準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)，可有效管控成本、降低工程造價(jià)。

4 三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用展望

基于三維數(shù)字化設(shè)計(jì)及施工平臺(tái)，應(yīng)用信息通信技術(shù)，將設(shè)計(jì)階段的地理信息數(shù)據(jù)庫、三維設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)交底等數(shù)據(jù)共享至施工階段，進(jìn)而由施工階段共享至運(yùn)檢階段，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維檢修全過程的三維數(shù)據(jù)移交。此外，可將輸電線路導(dǎo)地線、絕緣子、金具、塔材等設(shè)備物資信息數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)輸電線路設(shè)備物資的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)行管理全過程定位與管控。

5 結(jié)語

本文針對(duì)輸電線路傳統(tǒng)機(jī)械化施工所面臨的新需求，介紹了三維數(shù)字化技術(shù)的可視化、智能化和數(shù)字化特點(diǎn)，分析了三維數(shù)字化技術(shù)在輸電線路機(jī)械化施工中的應(yīng)用。三維數(shù)字化技術(shù)可進(jìn)一步向輸電線路施工、運(yùn)維檢修及物資部門進(jìn)行拓展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)輸電線路工程全過程的數(shù)字化管控，以提高管理和建設(shè)效率。