基于BIM技术的电力工程施工管理系统的应用及实践

基于BIM技术的电力工程施工管理系统的应用及实践

张亚妃

山东德菲雅电气有限公司  山东省临沂市  276000

摘要：将本系统应用于某电力工程施工项目，对施工工作面的调配、各施工方施工人数分配情况、ＢＩＭ模型的轻量化性能、电力工程施工全周期管理等进行分析，验证本系统的应用性。应用结果表明：本系统可实现施工工作面的全面调配，施工作业更加有序、高效；降低了施工人数，节约了施工成本；具有快速启动、高效传输性能，且ＢＩＭ模型的轻量化性能突出；施工质量获得了显著提升，提升了施工效率，控制了施工成本。

关键词：BIM技术；电力工程；施工管理；系统；应用；实践

1基于ＢＩＭ技术的电力工程施工管理系统设计

1.1电力工程施工管理系统总体结构

基于ＢＩＭ技术的电力工程施工管理系统的设计理念是利用现代信息化技术对电力工程施工全过程进行标准化管理，通过构建ＢＩＭ模型，并将之作为承载数据的核心单元，与施工全过程的各环节信息建立联系，实现电力工程施工的全程管理。图１为基于ＢＩＭ技术的电力工程施工管理系统的总体结构，由以下几部分构成。（１）数据层。数据层位于电力工程施工管理系统的底层，以ＢＩＭ中央数据库作为系统的数据处理单元，可实现电力工程施工业务数据、技术资料、系统日志等数据信息的存储，同时该层还存储ＧＩＳ地图数据和ＢＩＭ模型数据。（２）服务层。服务层是数据层与应用层的连接枢纽，包含用户管理、身份注册与认证、流程引擎、日志执行等基础单元，此外还具备可实现ＢＩＭ技术的模型管理、地图信息显示和接口功能。（３）应用层。用户可通过ＰＣ机、移动客户端访问电力工程施工管理系统，为用户提供电力工程施工进度、安全、风险、模型等方面的综合管理和控制，并对施工合同、相关的技术文件进行存档管理。

图１基于ＢＩＭ技术的电力工程施工管理系统总体结构

1.2电力工程施工信息整合

对电力工程项目的各环节进行综合集中控制的前提是信息整合。在电力工程建设的整个施工过程中，存在形形色色的信息，这些信息贯穿于电力工程建设的全施工周期，并呈连续性特点。就电力工程规模、职能等信息而言，是形成于施工设计过程的信息，但仍会被应用于电力工程项目的运行维修过程。从电力工程项目周期角度，系统数据层通过建立ＢＩＭ数据库，对不同时期的电力工程策划、设计、施工、运行过程的全部信息进行采集、整合，并对其进行存储，对同时期的各施工单位数据信息进行统计，实现数据库内各种信息的整合。电力工程施工信息整合如图２所示。

图２电力工程施工信息整合

电力工程施工的不同时期具有不同的施工要求。如根据相关施工要求需新增施工方，系统管理员须对不同施工方进行不同的权限划分，利用数据安全协议和用户访问协议管理各施工方的信息访问权限。利用数据的集成管理与各施工方建立关联关系，打开各方的交互通道，使电力工程施工效率获得显著提升，同时有利于施工周期及施工费用的缩减。

1.3ＢＩＭ模型

服务层通过点云数据的预处理、计算、配准、融合等步骤实现电力工程ＢＩＭ模型构建，并经模型轻量化处理，避免电力工程ＢＩＭ模型产生严重失真现象。

1.3.1基于三维点云的ＢＩＭ模型构建

（１）数据预处理

采集的电力工程施工现场深度图像、彩色图像普遍包含噪声，特别是深度图像的边界周边位置噪声含量很高，使图像配准产生偏差，因此本文采用双边滤波法对其进行降噪处理。该方法为非线性滤波，通过全面分析空间相连度及颜色距离，使深度图像的边界位置特征得以保存。针对深度图像，设Ｄｒａｗ为原始图像，Ｐ＝（ｕ，ｖ）为图像Ｄｒａｗ的像素点，对其进行双边滤波法，如式（１）、式（２）：

式（１）、式（２）中：ｑ为ｐ的局部领域点；Ｉ（ｐ）－Ｉ（ｑ）为图像像素的深度差值；λＳ为高斯函数于空域的标准差；λｒ为深度值域函数的标准差。原始图像Ｄｒａｗ经滤波后可消除噪声，去噪后的图像为Ｄｉ，ＲＧＢ－Ｄ数据流经滤波后可表达为Ｆ＝｛Ｃｉ＝（Ｒｉ，Ｄｉ）｝ｉ。

（２）点云计算

原始图像经双边滤波后获得的图像是二维图像，以距离值表示像素点，即摄像机至目标物的距离，因此需将其转换为点云数据。设Ｋ为摄像机内参数矩阵，像素点在摄像机坐标系的三维坐标、三维法向量可通过Ｋ进行求解，点云数据则由求得的坐标值、法向量值构成，共有６个值。利用Ｋ对各帧图像的Ｐ＝（ｕ，ｖ）三维坐标进行求解：

基于点Ｐ＝（ｕ，ｖ）与其相邻点坐标的向量乘积，对其三维法向量进行求解：

将式（４）归一化后，得到：

由此获得点云数据。

（３）点云配准

通过密集光度、几何约束检验方式实现点云配准。设ｆｉ、ｆｊ为图像的１组帧，将其转换为位姿Ｔｉｊ，可通过核心点匹配求解获得。对该组帧的坐标进行改动，依据获得的Ｔｉｊ利用投影算法获得相对应的帧，当有ＲＧＢ－Ｄ图像的帧ｆｉ录入系统后，将得到颜色强度Ｃｌｏｗｉ、深度Ｄｌｏｗｉ、各帧图像的相机位置Ｐｌｏｗｉ。帧ｆｉ至帧ｆｊ的总重投影误差可表示为

若误差值大于０．０７５ｍ，则帧ｆ

ｉ、帧ｆｊ无法对应，可将其删除。当帧ｆｉ、帧ｆｊ符合指标Ｃｌｏｗｉ、Ｄｌｏｗｉ、Ｐｌｏｗｉ时，则代表该组帧相互对应，可被保存。

1.4基于ＢＩＭ的施工进度跟踪

应用层的施工进度管理模块采用ＰＤＣＡ循环理论实现施工进度跟踪，其流程如下：（１）通过ＢＩＭ技术对电力工程规划模型进行构建；（２）通过Ｋｉｎｅｃｔ设备对电力工程施工地点进行扫描，利用ＢｕｎｄｌｅＦｕｓｉｏｎ法建立施工现场的三维点云模型；（３）利用点云数据、ＢＩＭ技术建立ＢＩＭ模型，与ＢＩＭ规划模型作比较，实现进度偏差的统计，依据该偏差对电力工程施工进度进行修正。电力工程施工进度跟踪流程如图３所示。

1.5电力工程施工资源动态管理

1.5.1精准管理物资提量与领料

以往对工程物资管理时，物资管理人员凭借工程图纸及个人经验分析周转材料的工程用量，对工程场地物资材料的大规模使用无法实现实时调度、分配，造成施工成本居高不下，而利用本系统，管理人员可根据电力工程的施工进度对各个作业单元的各月、周、日的周转材料及物资的使用状况进行全面掌控、精准查询，并对进出电力工程场地的物资进行登记处理。利用本系统可对电力工程施工物资进行合理管控，有效控制物资的非正常损耗，节约工程成本。

1.5.2电力工程施工可视化及资源优化

以往是依靠工程负责人管控施工现场的流水作业，包括进度、提量及计划等相关内容，但由于施工现场存在多工序、多施工方同时作业现象，导致现场作业面混乱，调配难度增加，而利用本系统，可对施工现场进行可视化模拟，对工作面进行分配，对理想施工人数进行计算，从而实现工作面的布局，由此分析施工进度计划是否合适，根据进度计划的落实状况做适当调整，以实现施工资源优化调度。

2结语

国家电网是我国的基础性支柱产业，随着电力需求的不断增长，电力工程建设项目呈现快速增长趋势。电力工程施工是电力工程项目建设的重要环节，施工质量对工程项目的安全性、持久性具有直接影响，且关联着国家的经济建设以及人们的日常生活，因此严格把控电力工程的施工管理过程具有重要意义。

参考文献

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