数字建造不断破题——2022纵览基础设施大会观察 （上篇）

从经典案例我们可以了解同行新实践，也可以洞见行业新趋势。一年一度的纵览基础设施大会于11月14-15日在时隔两年之后再度在线下召开。11月15日，Bentley在伦敦揭晓2022光辉大奖赛获奖名单，来自中国的决赛入围者、夺冠者为我们观察基础设施数字化趋势带来一次难得的机会。
 
先上名单，看看光辉大奖赛决赛入围和获奖的中国项目和单位（排名不分先后）：
· 能源通信输送网络领域获奖项目：武汉徐东220 千伏变电站工程——湖北省电力勘测设计院有限公司。
· 能源通信输送网络领域决赛入围项目：衡水青罕输变电工程——国网衡水供电公司。
· 施工领域决赛入围项目：珠江三角洲水资源配置工程之超深输水隧道——中铁十八局集团有限公司。
· 桥梁和隧道领域决赛入围项目：成都东西城市轴线二标段工程——中国市政工程西南设计研究总院有限公司。
· 桥梁和隧道领域决赛入围项目：自贡市富荣产城融合带基础设施建设项目（C、D段）工程——自贡市城市规划设计研究院有限责任公司。
· 创始人荣耀奖获奖项目：乌干达重要旅游干道Kotido-Kaabong——中国公路工程咨询集团有限公司、中交乌干达分公司、乌干达国家公路管理局。


 
中国工程企业和业主单位将以BIM和数字孪生为主的数字化建造技术深入推进到设计、建设与运维全生命周期中，帮助破解种种建造难题。综合来看，数字化建造展现了四大趋势：
——设计阶段，BIM和数字孪生等数字化技术在体现其实景建模、协同设计、碰撞检查、方案遴选等主流应用价值的同时，特色应用不断出现。
——建设阶段，数字化技术在施工策划上帮助施工单位带来更自信、更智慧的决策，在施工进程中节省投资、加快进度、提升效率、保障安全。
——运维阶段，双向奔赴的现象越来越多，一方面是设计单位主动交付数字孪生模型提供数据服务，另一方面，业主和运营单位正在从被动接受转变为主动谋划。
——一带一路上，来自中国的工程企业正在大力推进数字化，以克服语言、距离、疫情以及国情不同所带来的种种难以想象的挑战，也在进行更大的布局。
尤其值得说明的是，一批批领先者果断地在施工阶段拥抱数字化，施工数字化正在出现规模化趋势。

湖北电力院以数字孪生赋能施工与运维
 
武汉徐东220kV变电站被定位为“华中第一、国内领先”的高智能化地下变电站。其基坑开挖深度超过24米，并且紧邻长江，地下墙体结构长期承受地下水压力，稍有破损便有大量地下水渗入的风险。业主的运维管理部门还出于安全与效率的考虑，主动提出采用数字孪生技术。


湖北省电力勘测设计院作为设计单位，以实景建模、站区建（构）筑物深化设计、电气二次数字化设计等技术持续提升设计质量。同时在建设过程中，先后进行了5D数字化施工过程精准管控、设备安装三维模拟、变电站建造费用精准管控、VR模拟以及AR技术应用、变电站数字孪生技术应用等方面的技术创新，全面实现数字化设计、建造和运维一体化。
 
该院数字化分公司副经理王伟说：“随着数字化技术的发展，我们有了更丰富的手段进行施工交底，在变电站超模型上链接设计图纸和设计说明，包括了三维PDF安装模型、施工辅助视频等多媒体信息，效果更加直观、更加清晰。”
 
该院以数据赋能5D施工，提升了施工进度管理和费用管理。王伟说：“这是一个地下变电站，每个设备都是通过安装孔吊装下去，并在狭窄的空间进行移动和就位，所以在空间施工的方案组织和路线选择都是很有难度的。我们提出空间动态仿真模拟方式来帮助施工单位进行施工安装。并采用了VR、AR虚拟仿真技术，有效指导了施工，减少了现场的差错。”
 
王伟和他的同事们还为变电站建立了数字孪生运行平台。该平台通过三维模型和设备在线监测系统的融合，与火灾消防、安全防卫进行数据交互，实现设备的实时状态感知，并且基于数字孪生的实时可视化技术和数据分析技术等，实现智能运行、智能告警、设备管理、作业研判、专家诊断、消防模拟、人员定位、逃生路径规划等功能。王伟说：“数字孪生平台对变电站的日常维护工作提供了可靠的作业意见，为突发事件提出了有效的应对措施。在地下变电站，信号屏蔽非常严重，建设过程中手机都打不通，一旦出现火灾、漏水等紧急事件，可以借助数字孪生技术进行更有针对性的处置，也可以对救援人员进行定位，设计最安全的救援和离开路径，并时刻保持联系。”
 
得益于数字化创新，该地下变电站的总占地面积较原来方案相比节省0.94公顷，节省率超过50%，大大减少了对农田的侵占，竣工决算总投资低于初设审定概算总投资。该项目荣获了2022基础设施数字化光辉大奖赛能源通信网络类别大奖。
 
国网衡水公司向数字建造要安全、效率和效益
 
近年来，国网衡水供电公司面对电力工程建设危险性高、地质影响较大等挑战以及国网总公司建设与运维一体化方针，积极推进BIM和数字孪生等技术的应用，取得了实际成效。
 
衡水市青罕变电站工程对端出线为220千伏常规户外变电站，新增出线间隔作业面紧邻110千伏母线，与带电体安全距离非常小，对施工方案的影响巨大，施工安全隐患显著，作业前必需对施工方案做出充分论证，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。



公司建设部副主任张舵介绍说：“基于BIM技术的建设全过程管控研究，重点在设计方案优化、施工组织优化、安全质量管理等方面开展落地实施。在工程开工之前，我们用一个BIM模型全栈梳理了工序计划和资源配置，经过SYNCRHO 4D施工过程推演来保障施工安全与效率。例如面对主变防火墙施工高风险作业，模拟人梯留口、作业横板铺设等关键节点，大幅降低施工风险。”
 
在该变电站建设开始前，全国各地疫情此起彼伏。青罕工程所需的物资材料来自18个省的72个厂家，疫情发展态势严重影响工程所需物资的到货时间，成为制约项目整体进度的重要因素。其中最关键的主变设备要比计划滞后37天交货。于是，张舵和他的同事们经过多次推演，最终确定了将主变安装和电容器安装工序交叉施工的最优方案，有效减缓了疫情所带来的工期延误风险。青罕工程超前一个月完成了全部的建设任务。
 
国网衡水供电公司除了利用数字化技术在建造过程中创造价值之外，尤其重视工程的移交以及变电站投运之后的运维服务。公司进行了“以设备为单元，以数据为核心，以模拟为载体，以标准为方法，以贯通为目标”五方面的管理体系创新和业态升级。并将设计与建设模型整合之后进行双向移交，一是面向基建，向省公司进行数字化归档，二是面向运维，向生产部门移交。
 
中铁十八局以数字化技术迎战世界级工程施工
 
黄欣是中铁十八局集团有限公司信息化管理部总经理、数字建造中心主任，也身兼中国铁建的BIM工程实验室副主任一职。在面对珠江三角洲水资源配置工程之超深输水隧道这样的大型工程时，毫不犹豫地选择了数字化建造技术。
 
该工程是国务院部署的172项节水供水重大水利工程之一，工程输水线路总长113.1千米，计划总投资约354亿元。中铁十八局集团有限公司承担了A5标段的总体施工。
 
面对地下70m超深双线输水隧洞这一受限制环境下的施工难题，超前策划和虚拟施工对于整体建设的成功至关重要。黄欣说：“我们的团队在前期策划上采用数字化技术是比较果断的，想通过实景建模和GIS融合，快速地把现场施工场景给搭建起来。特别是在空间维度上解决BIM模型和地理信息的位置关系，模拟真实的施工现场状态，形成地上地下场景融合的虚拟建造。”



黄欣介绍说，发挥BIM模型可视化的优势，一方面是为作业人员清晰表述施工的位置关系和条件关系，同时还可以与专家、协作方进行反复论证，在施工方案遴选中做到优中选优，形成智慧、高效的决策。该工程基于无人机航飞实现了实景建模，得到全线共计113.2km约60km2范围的实景模型，进行全方位工程地貌导览，对前期策划、拆迁改迁、建筑保护、文物保护、生态环境保护等起到重要作用。
 
在施工推进过程中，该项目基于SYNCHRO 4D对施工组织和工期进行编排模拟，预先解决施工问题，加快协作和决策过程，优化施工组织，有效缩减工期62天。黄欣说：“我们以SYNCHRO 4D推演了不同阶段的施工资源配置，并定期进行进度分析比对。还面对大型构件装备进出厂的道路整体规划和安装应用进行了模拟。通过几个关键点的有效实施，确实做到了比较精准和精细化的管控，整体提升了项目管理水平。”
 
结合应用实践，项目开展了线性水利工程技术应用探索，加速推进了企业的施工信息化与数字化水平，形成了可行的技术路线，为后续类似项目奠定了基础；同时积极总结本工程BIM应用经验，获得国内多项BIM成果，提升了企业形象和社会影响力。
 
随着越来越多的工程单位和业主运营商进入数字建造领域，更多的创新在涌现，更多的价值在呈现。数字建造已成不可逆的大势，拥抱数字化就在当下。