基于BIM技術的變電站運維管理探究

國網上海市電力公司市南供電公司 高億文 趙 煜

目前變電站運維模式主要依賴于運維人員自身技能水平以及紙質數據，變電站建設、交付及前期運維過程中產生的大量數據處于沉睡狀態，數據價值尚未得到有效利用。變電運維人員在運維過程中，仍依賴于翻閱攜帶的運行規程、整定書及接線圖開展運維工作，現場作業中缺少數據支持，工作質量依賴運維人員自身技能水平和現場經驗，缺乏智能輔助等技術手段[1]。通過全生命周期的變電站BIM模型，建立變電站的數字孿生，提升變電站運維水平。

1 BIM技術在變電站中的應用現狀

BIM(建筑信息模型)是一種三維數字建筑模型，其打通了建筑物實體與虛擬世界的界限，將現實建筑的物理信息與功能特征進行了數字化表達，為建筑及設備的建造管理提供了可視化、易交互的管理平臺，并可整合各參與方情況，讓項目各相關方加入建筑全生命周期運維管理。通過將BIM應用于變電站中，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”建筑業發展規劃中指出，智能制造和新型建筑工業化為未來趨勢，加快推進建筑信息模型（BIM）技術在工程全壽命期的集成應用為其中重要一環。BIM可以提升建筑數字化水平，有利于數字化成功的交付和應用[2]，便于各參與方協同合作。

BIM技術在變電站的設計施工階段已得到了廣泛應用，利用BIM可視化的特點，解決了不同專業間的碰撞沖突，實現了多專業協同，提升了項目管理精細化程度，取得了良好的社會交易和經濟效益。然而，現有研究大多停留在BIM技術在設計施工領域的應用，對于變電站運維過程中的研究較少，不利于實現變電站全生命周期支持，對變電站運維水平提升尚存不足[3]。

變電站運維過程中BIM應用不足。目前運行中的變電站信息化水平較低，建筑及設備信息以二維圖紙或說明信息保存及使用，運維人員需要預先查詢對應圖紙及手冊才能了解設備數據信息，效率低下且存在數據缺失及更新不及時等問題，在工作任務繁雜的情況下，可能會引發工作出現錯漏。因此，對于設備的運維管理，很大程度依賴于師徒帶教，設備維護保養依賴于運維人員水平，并且由于變電站涉及的各專業信息分散、設備臺賬眾多，協同管理困難。

變電站運維過程中BIM應用水平不高。在當前階段，基于BIM技術的變電站全生命周期信息集成和管理平臺尚待完善，未有針對變電站運維的BIM評價標準，專業應用軟件不成熟，BIM技術的推廣應用存在一定的障礙?？傮w來說，變電站具有系統性，且存在大量待激活狀態的歷史數據，涉及的各專業之間缺少數字協同，信息集成和共享有待提升，不能充分發揮BIM在變電運維領域的優勢。

2 基于BIM技術的變電站運維原則及內容

2.1 基于BIM技術的變電站運維原則

變電站主要涉及專業包括建設、變電、繼保、電纜、調度四個部門。各專業在變電站中既有一定獨立性，又共同構成一個復雜系統?；贐IM技術的變電站運維應用的原則主要應當包括以下部分：

圖1 BIM總體架構

信息完整一致。BIM模型應當可以對輸入數據進行統計分析，并同步更新與之關聯的所有對象，確保模型的完整性和一致性[4]；模型參數化和可視化。通過參數化建模，將建筑及設備信息進行展示，便于運維過程中及時更新模型，并將設備間的關聯性直觀展現出來，讓運維過程中的溝通決策均在可視化狀態下進行；現實模擬性。在運維階段，可以通過BIM模擬事件達到訓練運維人員的目的，如模擬主變故障及全站失電恢復等。而當運維中，可以通過現實變電站的數字孿生模型實現操作預演以及事故預處理，減少現實中不當操作造成不良后果的可能。

對于變電站，基于BIM技術的變電站運維包含多專業的配合。在設計施工階段，各參建單位應當將初始建筑及設備信息導入BIM模型中，并完整移交運維部門。而運維階段作為變電站全生命周期中持續時間最長的階段，期間積累的信息可以為變電站后續運維工作提供數據支撐、降低運維成本，提升經濟和社會效益。

2.2 變電站日常維護

隨著電網規模的不斷擴大，現有變電站大多為無人值守變電站，運維人員負責的變電站數量不斷增加，對于運維人員的要求越來越高。此外，不同變電站構造及設備差異巨大，而傳統信息獲取方式存在滯后，運維人員難以在緊急情況下全面掌握變電站內設備狀態，部分隱性故障難以及時發現和消缺，且難以獲取設備歷史情況，對變電站運維人員的技術水平帶來了極大挑戰。

而通過BIM技術的應用，設備相關信息均已集成在BIM中，運維人員可以方便的查看設備制造及運行狀況，輔助運維人員對設備運行狀況進行評估，實時分析變電站設備運行參數，判斷設備運行狀況可以及時消除部分設備的家族性缺陷。同時，BIM可以將設備運行狀態直觀展現在運維人員面前，使得運維人員可以快速掌握變電站具體情況，提升于運維人員的培訓效果。

通過將BIM與站內傳感設備、監控系統等遙測信號相結合，運維人員可以實現遠程可視化管控，并實現日常遠程管理和遠程巡視。

2.3 變電站設備操作檢修

在現場操作前，可以利用BIM模型獲取具體設備的三維可視化模型和參數，并在數字孿生模型上預先進行模擬操作，相對傳統二維模擬圖效果更好，有效降低誤操作可能。傳統模擬的信息表現形式是以二維符號反應，需要對設備有一定了解將其轉化為實際操作。特點是不同設備共用同一符號，不易理解，對運維人員經驗要求高；BIM模擬的信息表現形式是三維化空間展示，特點是便于理解、可視化展示，有效避免誤操作。

2.4 變電站事故處理

變電站出現事故時，可以通過BIM調出設備歷史運行信息庫對設備狀態、檢修維護時間、故障歷史及處理方式進行查詢，便于運維人員查找事故原因，及時準確的消除事故、減少現場判斷的難度。同時，通過將故障情況錄入BIM，可以在數字孿生模型上進行模擬，降低現場錯誤判斷造成事故擴大化的可能。

綜上，BIM數據庫為變電站的運行管理提供了詳盡的設備及土建信息，并通過BIM平臺使得運維檢修部門多專業、多環節中實現協同管理，使得運維人員可以隨時查詢、提取設備數據，便于運維人員實時分析設備狀況。BIM平臺提供的三維數字模型可以讓運維人員實現直觀的模擬模擬操作，提升運維人員水平，實現變電站運維精細化管理。BIM技術未來將作為變電站運維管理的重要技術支撐，促進變電運維行業的變革，提高變電站運維的經濟效益和社會效益。