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前言

隨著我國科學技術的不斷創新與進步，我國在核技術與核工程領域取得了舉世矚目的成就，為國家國防建設、能源安全和經濟發展做出了突出貢獻。新時代背景下，社會經濟發展對建筑工程領域提出了更高的要求，數字化轉型正在成為一條引導建筑工程領域轉型升級、降本增效的解決方案。積極推進重大工程項目運用信息化、數字化等技術手段，努力提升工程建設質量和全生命周期高效管理，借助BIM技術進行數字化轉型升級是大勢所趨。近5年調研數據顯示，BIM應用的項目覆蓋范圍持續提升、業務范圍不斷擴大、行業整體認知大幅度提升。圖1所示為2017—2021年企業BIM組織建設情況。

圖1 2017—2021年企業BIM組織建設情況

近年來，隨著我國核工業的穩步向前發展，核電重大工程項目聚焦于BIM技術的研發與應用，正在加速推進核電建設數字化轉型和創新變革，積極推動并邁向以數字模型為支撐的核電全生命周期BIM技術應用，推進核電全生命周期的數字化建造與管理目標。本文基于核電設計階段、施工階段及運維階段，全面闡述了BIM技術在各個環節的高效率管理和多維度應用對核電項目實施帶來的積極影響。如圖2所示為核電全生命周期中BIM技術的應用。

圖2  核電全生命周期中BIM技術的應用

核電設計階段BIM技術應用

基于BIM的三維設計是數字化建造的基礎，有助于數字化技術在核電項目中的推進和實施，深入推進核電設計階段的數字化創新工作，有助于推動我國核工業核心競爭力持續提升，促進BIM技術在核電項目中的創新應用，助力核工業數字化轉型升級，為核工業領域的健康發展奠定基礎。

設計方案形成

核電廠設計方案的形成需經反復推敲、研究與計算，以保障其建設及運行具有足夠的安全性，設計人員需要更加全面地考慮具體設計要求。核電廠設計過程采用BIM技術，實現三維正向設計，能夠保證核電廠在設計階段的整體合理性，更加有利于完成整體布局，較為系統地、全面地完成設計方案。與傳統的二維圖紙設計相比，BIM技術在核電廠設計方案形成階段具有不可比擬的優點：第一，BIM技術具備三維可視化特點，能夠結合核電廠周圍環境等情況確定核島位置布局，最大程度地減小對周圍環境的影響；第二，BIM技術具備設計信息共享及交互設計優勢，不同專業的設計工程師在三維情況下可以同步、共同參與核電廠整體規劃設計，保障各個專業綜合設計的合理性、可行性，提高核電廠在設計階段的效率；第三，設計工程師利用BIM技術相關軟件完成核電廠總體正向設計模型，能夠直觀地檢查功能分區的合理性、實用性等，便于交流討論與分析。

設計方案確定

核電廠設計方案需要滿足國家關于核工程領域的相關要求，核電初步設計方案形成之后，設計人員需針對設計方案進行精細化處理，不斷調整，確保核電廠設計方案中的安全性、空間合理性。基于BIM技術的虛擬建造技術，可以對設計方案進行更好的完善與修改，對設計方案進行重大改進時能夠進行可建造性模擬分析，優化設計方案，保證設計的準確性，避免對后期施工及運維產生影響。

設計方案輸出

核電廠設計方案完成之后，設計人員將三維設計模型移交建設單位，實現核電工程的數字化智能交付，建設單位施工人員利用三維模型指導核電施工。BIM技術的應用，可以更準確地將設計人員的設計意圖表達給施工人員，同時，BIM模型可實現數據信息與施工單位的對接與共享，真正做到基于三維模型的“一張藍圖繪到底”，為三維模型指導數字化施工奠定基礎。

核電施工階段BIM技術應用

數字化轉型升級過程中，核電發展迎來新機遇，同時也賦予核電建設新挑戰。積極探索創新數字化技術，推動BIM技術賦能核電建設，圍繞項目施工痛點難點，融合施工模擬、BIM+模塊化、BIM+力學、BIM+自動焊等先進技術，自主研發智能化軟件產品，實現施工數據數字化管理、三維施工創新模式、安裝物項碰撞檢查、施工方案可視化交底、施工進度管理、模塊化施工等核電建造全周期的BIM技術應用。通過核電施工階段BIM技術的應用，全面提升核電建設單位的數字化施工及管理水平，助力核電建設單位數字化轉型成功。

施工數據數字化管理

基于二維施工圖紙的傳統施工方法，設計數據量巨大，且無法直接從設計端獲取，施工企業需投入大量人力對圖紙進行數據整理，錄入施工管理系統中。據統計，某核電機組僅設計數據的整理和系統錄入投入近百人月，不僅效率低，龐大基礎信息容易出現各種錯誤，準確率難以保障。通過研發數據導入工具，實現設計數據信息一鍵導入施工管理系統，實現數字員工將設計信息共享至施工端，盤活設計數據信息，實現施工數據的無損傳遞，提升施工數據的準確性。如圖3所示為系統間數據接口工具，實現設計數據一鍵導入施工系統。

圖3 數據接口工具

三維施工創新模式

傳統核電施工以二維施工圖紙為依據指導現場施工，存在資源消耗大、設計意圖表達不直觀等問題。隨著三維數字化技術的發展和模型應用實踐，實現核電三維正向設計，繼而實現三維模型施工模式。核電施工單位通過信息化平臺接收三維設計模型及數據后，直接提取設計信息及物項參數信息，并進行二次細化，形成符合指導現場施工的三維施工模型。三維施工模型包含施工尺寸、物項屬性、材料信息等，替代傳統的二維施工圖紙，成為指導核電現場施工的唯一標準。三維模型能夠實現核電工程無紙化、模塊化、數字化施工，提高施工單位數字化建造水平。

安裝物項碰撞檢查

傳統二維圖紙會審只能根據圖紙資料以及會審人員的工作能力、經驗、空間想象力來完成，不能有效地甄別出設計的“錯、漏、碰、缺”現象，因此施工現場經常出現不同專業在同一空間位置物項的干涉碰撞，存在設計不合理問題，出現班組都不能有效地連續施工情況，造成人工停工或待工，造成成本的浪費。全專業安裝物項的綜合碰撞檢查，提前梳理設計問題，預警出工程中不同專業在空間上的碰撞沖突，將碰撞在正式施工前消滅掉，減少變更發生。不僅提高施工質量，還節約大量的施工和管理成本，為現場安裝爭取更多的作業時間，以提高現場施工效率。

施工方案可視化交底

現場施工方案、施工邏輯通常采用施工交底卡，以及技術員口頭講解，交底卡由二維圖紙與圖片組成，無法將施工所需信息準確有效地傳遞至施工班組，不能使班組快速高效接受交底內容，就會出現安裝隱患，甚至出現施工質量問題。將BIM技術與施工方案相結合，利用模擬軟件，實現施工信息的三維施工方案可視化交底，對工序邏輯分拆動態展示，讓作業人員能明白如何施工，加快對施工作業工序的消化吸收，幫助技術人員、作業人員對施工過程的深度認識，避免盲目施工，同時驗證施工工藝的合理性。施工方案可視化交底使作業班組對作業形成有效管控，優化作業工序，降低作業風險，提高作業效率。

施工進度管理

利用BIM輕量化平臺軟件，根據進度計劃中的計劃時間、實際時間進行仿真模擬推演，實現核電建設期的遠程、動態、可視化管理。施工現場以手機端采集抓取生產數據、時間信息、質檢驗收數據，實時反饋現場實際進度，現場問題及時追蹤，理清責任。通過手機APP抓取的信息數據反饋至BIM協同管理平臺，通過進行自動分析，形成統計分析報表，在進度周例會可提供豐富的數據參考，作為管理決策的依據，對當前生產進度做總結，為接下來的任務派分做進一步安排，通過調配人、材、機資源，保證后續施工進度。通過平臺實時展現項目計劃進度與實際進度的模型對比，對施工進度提前或延誤的工作項用不同顏色進行區分和顯示，使管理者可以通過平臺隨時隨地監控項目進展情況，提前發現問題，保證項目順利開展。

模塊化施工

核電廠工藝管道布置復雜，管道現場焊口位置設置分散，施工作業面少，焊接作業需要搭設大量腳手架，復雜空間的現場焊接工作困難且作業量大，人員工作降效明顯。基于上述傳統施工模式存在的弊端，以及核電領域BIM技術的深入應用，推動了模塊化技術在核電設計施工領域的發展。模塊化技術通過安裝模塊劃分，增加“二次預制”比例，實現作業平地化、現場車間化。現場安裝模塊化，大幅增加了預制工作量，提高了安裝質量、降低了安全風險。某核電項目采用模塊化技術，節約管道焊工工時高達上千小時。

BIM技術應用于核電施工階段，能夠更好地將施工過程中各個環節進行銜接，對可能發生的緊急情況進行防控，極大地提升了安全質量和施工效率，節約建造成本。未來，基于BIM技術的數字化虛擬建造將成為核電施工建造中不可或缺的一部分。

核電運維階段BIM技術應用

核電運維具有周期性、增長性、復雜性等特點，現代化、智能化、規范化的運維管理越來越受到業主及運營商的青睞。在核電運維階段，BIM技術為核電運營商提供了核電廠的全局信息，為運維階段提供完整的數字化“檔案”，運營商基于數字化“檔案”對核電廠進行應急管理、設備管理等管理活動，也能夠對核電廠進行BIM+技術維護，為管理者的正確決策提供可靠依據。基于BIM技術的核電運維，將極大提升核電安全運維的安全率，提高運維管理水平，并將給業主及運營商帶來極大的經濟效益。

應急管理

應急管理是核電安全的重要議題之一，同時也是核電運維必需考慮的關鍵環節。針對核電廠而言，具備完整的應急預案，能夠確保發生安全事故后有序應對。基于BIM技術的核電運維系統能夠提高應對安全突發事件處理效率，制定應急預案時，可通過核電廠三維模型模擬應急路線，如果有意外情況發生，管理人員可以在最短時間內通過系統了解危險地點，從而尋求最佳應急路線，指揮現場人員安全疏散。

設備管理

傳統的核島設備設施管理主要通過二維圖紙及相關紙質資料來保存信息，在設備維護檢修過程中，也是依靠人力來完成，不僅提高維護成本，也增加安全隱患。二維圖紙存在明顯的局限性，難以對出現問題的設備設施進行精準定位。BIM+設備智能檢測技術相結合，能夠實時準確獲取設備設施運轉數據及狀況，能夠對出現問題的設備實現準確的可視化定位，極大地減少了人員資源的浪費，降低了維護成本，提高設備檢修與跟蹤管理效率，減少了安全隱患。

BIM+點云技術應用

核電運維階段，利用BIM+三維激光點云掃描技術對工程進行逆向建模，輔助完成核電改造工作。如圖4所示，某項目在改造過程中遇到大型閥門的更換，利用點云技術獲取現場模型，再針對點云模型進行施工方案模擬，最終優化出一條切割方案最少、用時最短的安裝路徑，最終重達2噸的閥門在裕度只有8mm的空間內多次轉身，調整姿態，用時12小時完成樓梯扶手切割、拆除舊閥門、安裝新閥門的一系列操作。BIM+點云技術顯著提高了改造效率，縮短了閥門更換技改工期。通過利用三維點云激光掃描技術，在改造方案規劃中可以提高現場數據的獲取能力，提高改造方案的可行性。

圖4 BIM+點云技術應用

結語

BIM技術作為核電建造領域探索數字化轉型的關鍵技術手段，在核電型號研發、設計、施工、運維等階段的應用越來越廣泛。BIM技術的應用，能夠有效提升核電建造過程的數字化水平，推動核電數字化建造的快速發展。BIM技術這臺“強引擎”，將會給核工業的高質量發展帶來強大動力與新的契機，推動我國新時代核工業安全有序發展。 

（文章刊發于《中國核能》雜志2023年第四期  作者：劉海洋　郭登科　楊遠松　常海軍　周波波   單位：中國核工業二三建設有限公司、核工業工程研究設計有限公司、中核綠色建造技術與裝備重點實驗室）