BIM技术在高型构架拆除方案设计中的应用_胡新元.pdf

2023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023BIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIMBIM技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用技术在高型构架拆除方案设计中的应用胡新元，陈少阳，郭磊，熊万春，张熔（中国电建集团江西省水电工程局有限公司，江西 南昌 330096）摘要：某220 kV变电站增容改造工程，需拆除原高层布置的110 kV开关场地，为改造后原6回110 kV线路让出通道。鉴于变电站建造年代久远，拆除原110 kV开关场地的高型构架安全风险很大，拆除方案仅依据原二维设计图和现场踏勘进行设计难以精准把控安全风险。为此，运用BIM技术建立三维模型，对高型构架拆除方案进行设计，通过动态模拟拆除过程确定合理拆除顺序和制定安全关键措施，从而使拆除方案更加科学合理，更具现场针对性和可操作性。经工程实例印证，成效明显，可供类似项目应用BIM技术进行方案设计时参考。关键词：BIM技术；高型构架；拆除方案设计；安全控制中图分类号：TM 41文献标志码：B文章编号：1006-348X（2023）03-0041-05收稿日期：2022-11-17作者简介：胡新元（1984），男，大学本科，高级工程师，从事输变电建设工作。0引言随着社会经济快速发展，用电负荷迅猛增长，对电网供电可靠性提出了更高要求。一些建造年代久远的变电站，设备老化严重，存在安全隐患，且容量不足问题较为突出，亟需进行增容改造。增容改造一般为原址拆旧建新，交叉作业在所难免，施工安全风险很大，加之老旧变电站开关场往往采用高型构架设计，进一步提高了拆除作业安全风险。文中以实际工程为例，分析了高型构架拆除作业现场条件和依据二维施工图及现场踏勘进行方案设计的不足，介绍了运用 BIM 技术建立三维模型，从拆除顺序合理性、安全措施有效性等方面对高型构架拆除方案进行优化设计，并验证了方案现场可行性。1工程概况某220 kV变电站增容改造工程，是在原址上拆旧新建一座220 kV变电站。原变电站110 kV开关场采用高型构架设计（见图1），场区旧设备、架空线、构架、走道、横梁、钢梁、楼梯和护栏等需全部拆除（见表1），并在新建220 kV变电站侧重建构架和双回路终端塔，以便原6回110 kV线路改接进新建220 kV变电站。根据业主要求，该次拆除作业时间为3天，且需回收9组SF6断路器。表1主要设备（构件）拆除明细表序号12345678910设备（构件）名称110 kV SF6断路器110 kV隔离刀闸110 kV电流互感器110 kV电压互感器110 kV线路侧电压互感器110 kV避雷器设备走道横梁（长8 m宽2.2 m高 0.5 m）人行走道横梁（长10 m宽0.7 m高0.5 m）9 m及以上钢梁9 m以上水泥支柱单位组组台组台组跨跨跨根数量103930261024121418单重约1.3 t/相约0.8t/相约1 t/相约1 t/相约1 t/相约0.5 t/相约8.79 t/跨约3.38 t/跨约 2.1 t/跨约0.5 t/根图1布置高型构架的110 kV开关场区41电网技术GRID TECHNOLOGY2现状分析2.1现场作业条件分析2.1.1110 kV开关场内环境条件分析110 kV开关场采用高型构架设计，上下层设备布置紧凑，场内作业空间有限，合理安排拆除顺序，并优化布局吊车站位和配置工机具及制定行车路线至关重要。2.1.2110 kV开关场外环境条件分析110 kV 开关场东侧新建有 3 基终端塔，临近场区，影响高型构架拆除。西侧有3基原终端塔，远离场区，不影响拆除作业。南侧为变电站围墙，影响吊车站位和行车路线。北侧为空地，有利于吊车进出场和站位。2.1.3外部政策条件分析110 kV 开关场为带电运行状态，需停电拆除，业主仅给予3天停电时间，并要求完整回收9组SF6断路器。因此，拆除作业时间紧、任务重、难度大，对拆除方案设计的合理性和可行性提出了更高要求。2.2传统方案设计局限性分析110 kV开关场已投运30余年，高型构架受环境和运行以及日常维护不易做到全面完善等因素影响，使得整个构架结构的稳定性大幅减弱，加之一些金属部件已生锈，给拆除作业带来了很大的安全隐患。仅依据原二维施工图和开关场外围踏勘进行拆除方案设计，对施工细节和安全风险点难以精准把控。2.3结论基于上述分析，提出运用BIM技术建立三维模型进行方案设计的解决办法。通过BIM技术建立三维模型，直观地展示开关场拆除所有细节，最大程度消除施工盲区。通过BIM模拟开关场拆除作业，查找拆除过程中的重难点，合理安排拆除顺序，合理布局吊车站位和规划行车路线，优化工机具配置，制定安全关键措施，最大程度降低安全风险。通过BIM三维图片与动画漫游相结合的方式演示开关场拆除方案，提高方案交底质量，确保拆除工作安全高效地进行。3方案设计3.1搭建三维立体模型依据 110 kV 开关场二维施工图和现场踏勘情况，应用 BIM 技术搭建 110 kV 开关场三维立体模型，全面展示场内设备、架空线、构架、走道、横梁、钢梁、楼梯和护栏等以及场区周边环境。具体效果见图2。图2110 kV开关场三维效果图3.2确定合理拆除顺序3.2.1总体原则110 kV开关场拆除过程中应保证高型构架结构稳定，避免上下交叉作业，工序之间衔接合理。3.2.2拆除顺序1）根据拆除原则，结合110 kV开关场周边环境条件和高型构架结构特点，以满足工期要求和SF6断路器回收利用为目标，确定拆除顺序如下：母线、设备引（跨）线及二次电缆拆除上层设备拆除下层设备及支架拆除上层构架（梁、柱）及避雷针拆除护栏及楼梯拆除上层走道梁板拆除下层立柱拆除2）关键工序作业顺序上层设备拆除：上层设备按相整体拆除，并分A、B两组同步作业。A组负责拆除北侧场区上层设备，吊车站位固定于场内巡检道北端可全覆盖作业区的位置，按A1A9顺序依次拆除；B组负责拆除南侧场区上层设备，吊车站位固定于场内巡检道南端可全覆盖作业区的位置，按B1B11顺序依次拆除。受场地限制，两组吊车统一由场内巡检道北侧出入，B组吊车先行进入，A 组吊车紧随其后。具体如图 3、图 4所示。422023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023图3上层设备拆除顺序示意图图4上层设备拆除吊车站位示意图上层构架（梁、柱）及避雷针拆除：划分为A、B、C、D四个区域，分四组同步开展拆除作业。A组负责拆除东北侧场区上层构架及避雷针，吊车固定站位于东北侧楼梯附近，按A1A7顺序依次拆除；B组负责拆除东南侧场区和南侧场区上层构架及避雷针，吊车先站位于场内巡检道南端，按B1B9顺序依次拆除；后行至东南侧场区并站好位，按 B10B11顺序依次拆除；C组负责拆除中部场区和西南侧场区上层构架及避雷针，吊车先站位于场内巡检道中端，按C1C5顺序依次拆除；后行至西南侧场区，站位于西南侧楼梯附近，按C6C7顺序依次拆除；D组负责拆除西北侧场区上层构架及避雷针，吊车固定站位于西北侧构架附近，按 D1D9顺序依次拆除。具体如图 5、图 6所示。图5上层构架及避雷针拆除顺序示意图图6上层构架及避雷针拆除吊车站位示意图上层走道梁板及下层立柱拆除：划分为 A、B、C、D、E、F 六个区域，并对应分 A、B、C、D 四组同步开展拆除作业，其中E区由A、D组优先完成组进行拆除，另一组负责清理倒运；F区由B、C组优先完成组进行拆除，另一组负责清理倒运。A组负责拆除东北侧场区上层走道梁板及下层立柱，吊车先站位于北侧东角下层第 1立柱附近，按 A1A3顺序依次拆除；后往南行至下层第 3 立柱附近并站好位，按A4A8顺序依次拆除。B组负责拆除东南侧场区上层走道梁板及下层立柱，吊车先站位于南侧东角下层第1立柱附近，按B1B3顺序依次拆除；后往北行至下层第 3立柱附近并站好位，按 B4B9顺序依次拆除。C组负责拆除西南侧场区上层走道梁板及下层立柱，吊车先站位于南侧西角附近，按 C1C3 顺序依次拆除；后往北行至下层第 2 立柱附近并站好位，拆除 C4 上层走道梁板，再往南回退至下层第 1立柱附近并站好位，按 C5C9顺序依次拆除。D组负责拆除西北侧场区上层走道梁板及下层立柱，吊车先站位于北侧西角附近，按 D1D3 顺序依次拆除；后往南行至下层第 2 立柱附近并站好位，拆除D4上层走道梁板，再往北回退至下层第1立柱附近并站好位，按 D5D8顺序依次拆除。E区优先组吊车先站位于巡检道北端下层第 3 立柱附近，按E1E3 顺序依次拆除；后往北行至下层第 1 立柱附近并站好位，按E4E7顺序依次拆除；再往北行至巡检道北端出入口处并站好位，按E8E15顺序依次拆除。F区优先组吊车先站位于巡检道南端下层第 4立柱附近，按F1F3顺序依次拆除；后往南行至下层第2立柱附近并站好位，按F4F8顺序依次拆除；再往南行至巡检道南端路口处并站好位，按F9F15顺序依次拆除。具体如图7、图8所示。43电网技术GRID TECHNOLOGY图7上层走道梁板及下层立柱拆除顺序示意图图8上层走道梁板及下层立柱拆除吊车站位示意图3.3制定安全关键措施通过BIM模拟开关场拆除作业，开展安全碰撞检查，查找安全薄弱环节，分析工序衔接合理性，精准制定安全关键措施。3.3.1110 kV构架母线拆除安全关键措施1）拆除前，在待拆单相母线构架横梁挂点处设置“八”字型临时拉线，防止横梁受力过大变形。如图9所示。图9110 kV构架母线拆除临时拉线布置示意图2）母线拆除应严格按照“先边相、后中相”顺序进行，确保两侧构架横梁受力均衡。3）拆除母线耐张绝缘子串时，应采用“走一动”滑轮组，防止过牵引时横梁受力过大变形。如图10所示。图10耐张绝缘子串拆除“走一动”滑轮组示意图3.3.2上层隔离开关拆除安全关键措施1）隔离开关应按相整体拆除，确保整体结构稳定性。2）拆除前，应将刀闸置于合闸位置，并确保所有传动轴已拆除。3）采用吊带在隔离开关四角均布吊点吊装，吊带初受力后对隔离开关支柱底部进行切割，以确保整体拆除安全。如图11所示：图11上层隔离开关整体拆除示意图3.3.3走道梁板及其立柱拆除安全关键措施1）上层走道横梁拆除前，应在走道板上钻好吊装孔，孔径和位置应满足吊带和吊点要求。如图12所示。图12走道板钻孔示意图2）上层走道横梁拆除前，应在下层支撑立柱沿南北方向两侧设置“八字”型临时拉线，确保走道横梁拆除过程中立柱安全稳定。如图13所示。442023年 第3期 总第261期江西电力 2023JIANGXI DIANLI 2023图13下层立柱临时拉线布置示意图3）走道横梁应采用电动绳据切割，切割缝需为“内八字”斜缝，以便安全快速拆除。4）下层立柱拆除时，吊点应设置在立柱根部向上2/3处，并在吊带初受力后方可拆除锚固拉线和切割立柱根部。如图14所示。图14下层立柱拆除示意图4实施效果在该工程110 kV开关场高型构架拆除方案设计时，通过运用BIM技术建立三维模型，直观立体地展示开关场全貌，解决仅依据二维施工图进行方案设计时难以精准把控施工细节和安全风险点的难题，最大程度消除施工盲区。同时，通过BIM模拟开关场拆除作业，确定合理拆除顺序和制定安全关键措施。拆除作业前，通过BIM三维图片与动画漫游相结合的方式演示开关场拆除方案，提高交底质量。拆除过程中对关键工序、重点部位安全薄弱环节，采取合理布置吊点、打设临时拉线等安全措施，安全高效地完成了拆除工作。5 结语老旧变电站高型构架拆除是一项高风险作业，方案设计至关重要。仅依据二维施工图进行方案设计难以满足精准把控施工细节和安全风险点的要求。在拆除方案设计中应用BIM技术，直观立体地展示高型构架整体结构，能够弥补二维施工图的不足，并通过BIM模拟拆除作业，确定合理拆除顺序，制定安全关键措施，保障了高型构架拆除作业安全。BIM技术在高型构架拆除方案设计中的成功应用，为今后类似项目提供了参考。参考文献：1 国家电网有限公司.输变电工程建设施工安全风险管理规程：Q/GDW 121522021S.北京：中国电力出版社.2 徐德光.BIM技术在变电站建设中的应用研究D.郑州：华北水利水电大学，20173 韩发昌，朱立明，李守红，等.高型构架的结构有限元分析与计算J.华东电力，2010，38（7）1066-1068.4 陈珏，房岭锋.现有超高压变电站高型构架的改造J.供用电，2004（2）41-44.45