基于BIM的光伏电站工程质量控制分析

中广核新能源安徽分公司 李 晶

建筑信息模型（BIM）技术是在建筑工程项目中，把构成建筑物的相关构件元素的物理特性、几何数据、材质信息等有机组合起来，构成一个全方位、完整、综合的信息数据库，组成建设项目数据模型的项目构件的全部参数信息都会存储在该数据库内，以满足各参与方相应的工作需求。各个构件的参数信息，在数据模型内并不是相互独立的信息个体，其之间有着一定的空间和逻辑关系。

近年来，我国大力发展能源产业，光伏电站工程是非常重要的绿色能源工程，国家出台了一些政策措施刺激光伏产业的发展。作为重要的新能源项目，多快好省地建设光伏电站，意义重大，因此必须对光伏电站项目进行科学的项目管理。目前，光伏电站装机总资源量总计有8019.51GW。

当前，光伏电站工程设计有两种形式，一种是集中式，另一种是分布式。前者主要是在荒漠地区，利用具备的丰富太阳能资源，建立大型光伏电站，并将其接入国网电力系统。分布式光伏电站与集中式光伏电站相对应，一般认为分布式光伏电站与集中式光伏电站的区别在于，以6MW为分界点，高于此标准就是集中式光伏电站，集中式光伏电站可并网运行[1]。而分布式光伏电站可离网运行，即自发自用，即便并网运行也只能近距离输送给终端用户。

BIM技术能在工程项目管理广泛应用，主要具有以下特点。

2.1 关联性

模型中的构建元素是可识别的并相互关联的，利用BIM技术可以对其中的信息进行统计分析，生成对应图纸文件。构成模型的构件元素当中发生任何变化，与之关联的其他部件也随之改变，这不仅能确保模型准确完整，而且能提升工作效率，方便快捷。

2.2 可视化

现在人们越来越追求审美视觉，建筑外形的多样性也使建筑结构更加复杂，基于BIM技术可以把建筑设计以三维效果的形式展现给人们，一目了然。更重要的是，整个项目建设过程中，各个参与方的信息交互都可以在可视化的环境中进行，便于沟通，有效管理，提高了建设项目的协同能力。

2.3 模拟性

BIM技术不但可以在设计阶段能对项目进行环境模拟与节能分析，而且能在施工阶段结合时间进行4D模拟施工过程。值得一提的是，BIM技术能够实现3D模型+时间+工序的5D信息模拟，在一定程度上能控制工程的造价和进度[2]。

2.4 优化性

建立的BIM模型可以根据建设过程中的变化而进行实时优化、更新。利用BIM技术还可以根据现场情况设计不同施工方案，并筛选出最优施工方案，可以节约大量成本，缩短工期。

2.5 可出图性

BIM技术的可出图性为建设者提供了便利，通过对设计项目的一系列模型优化等过程后，可以方便、快捷地输出项目的整体设计图、碰撞报告以及对应的施工方案等工程图纸文件。

2.6 协调性

如何协调各参与方的工作，实现合理的穿插施工，是当前工程施工中需要重视的问题。在施工阶段各专业之间相互妨碍出现的各类问题（如结构构件是否会与机电专业的管线布置产生冲突等）都要工程项目的各个参与方及时沟通协商，得出对应的解决措施。

2.7 施工信息输出形式多样化

基于BIM-IFC标准构建的施工信息模型，使用者能按照自己不同的需求，自主导出不同形式的信息。

3.1 电缆敷设问题

光伏项目组件、逆变器等设备的数量较大，场内高低压电缆相互交错。常见电缆敷设方式为直埋敷设，需要铺砂盖砖。电缆直埋敷设现场施工简单，技术含量低，但项目实施过程中直埋敷设质量管控难度较大，施工过程中电缆沟开挖深度不足、未铺砂盖砖、使用原土回填等问题频繁出现，严重影响后续运行安全，并造成项目资金浪费。

3.2 光伏支架抗风问题

近年来，强风造成光伏支架倾倒、变形问题屡次发生，给光伏项目带来较大损失。光伏项目结构简单，技术含量低，设计单位重视不足。同时，项目工期紧张，设计单位经常根据荷载规范取当地或邻近地区50年重现期的基本风压进行支架抗风能力设计，没有充分结合地区实际情况、考虑当地历史风速再次核算，其数值无法准确反映当地实际风荷载[3]。

3.3 支架安装问题

光伏项目建设周期短，设计单位图纸到场时间严重压缩，尤其是支架产品图纸，设计完成后，厂家需要一定周期进行生产才能进行现场安装。严重压缩的设计时间和设计人员现场经验不足导致部分项目支架到场后无法合理安装。部分螺栓无法顺利穿进支架，部分螺母因工具无法进入只能手动紧固等问题，造成施工、设计、生产返工，严重影响项目进展。

3.4 立柱焊接问题

焊接为地面光伏立柱与基础连接的常见形式，良好的焊接牢固、可靠、承载力较强。光伏项目焊接点多，焊接人员水平参差不齐，焊缝无法一一检查验收，焊接质量难以控制，影响项目安全运行。焊接后焊点需进行防腐处理，常见设计为焊渣敲除后打磨除锈，除锈质量等级为Sa2.5，防腐采用3道铁红底漆加1道银粉面漆，总厚度不低于160μm。施工中除锈工序控制较差，经常出现除锈不彻底甚至不除锈的问题。运行后期，发生焊缝严重锈蚀，立柱倾覆等问题。

3.5 螺栓扭力问题

支架安装施工一般使用常规电动扳手，支架系统部分螺栓扭矩要求高，需达210N·m，常规电动扳手无法达到该扭力值，无法满足施工需要。为确保项目工效，施工初期施工人员使用常规电动扳手紧固，施工后期使用扭力扳手进行再加固。光伏项目施工人员众多，二次加固质量难以把控，在强风条件下或系统正常运转后，扭矩不足会导致组串变形、组件隐裂等严重问题[4]。

4.1 事前预防和管控

BIM技术具备可视化的功能，能够在施工项目开展前对整个工程项目实施定向化的模拟、管控，工作人员可以通过BIM技术对整个施工进程进行模拟管理，使得参与到施工建设的各主体单位均能够稳定有效地协同工作，无论是监理方、施工方还是建筑方，甚至是材料供应商都可以通过BIM技术所构建出的工程模型，来提前对其中可能存在的问题进行分析、探讨，并且采取必要的预防管控措施，最大限度地避免工程项目出现意外事故，以此来提高工程项目的质量。

4.2 技术交底

光伏发电站工程项目施工管理工作需要实现对施工图纸的有效审核，具体来说，各主体单位在参与施工建设期间需要提前完成对施工图纸的会审、管理，明确在整个发电站施工建设过程中所存在的重点和要点，对整个图纸的细节之处进行分析、考量，通过可视化的信息资料以及可视化的图纸信息来规范现场施工人员的作业行为，在此过程中，结合BIM技术的三维可视化功能，能够帮助各主体单位快速地完成对施工图纸的会审作业，并且在可视化功能的基础上还可以实现技术交底，最大限度地降低施工人员、技术人员在识别过程中对图纸解读所存在的认知偏差，以此来弥补传统施工过程中二维图纸可读性差的缺陷问题，提高了数据资料交互流通的效率，加快了针对图纸的会审进程，以此来提高整个工程项目的管理效率。

4.3 材料质量的管理

检验材料是否满足质量要求，现场施工方面，要根据测量放样结果进行支架预埋件安装，确定线槽以及走线，然后安装组件并固定，铺设线缆并完成设备接线。调试部分，重点查验电池板阴影问题，箱体内部和电池板内部接线，组串电压测试，绝缘电阻测试（要求相间、相对地0.5MΩ以上，二次回路1MΩ以上），接地电阻测试，要求接地方面不同用途和电压的电气设备应当设置一个总接地体，接地电阻4Ω以下。测试并网运行，观察设备是否正常。

4.4 施工过程质量控制

控制部分，重点针对施工质量进行控制，保证光伏电站建设的核心流程。一般光伏电站的施工技术流程包括前期准备、现场施工、系统调试等几个部分。前期准备部分要求熟悉设计方案明确系统容量、电池板类别、参数、数量、估算箱体、汇流箱数量、尺寸、电缆型号尺寸，逆变器型号尺寸等，要对现场进行实际勘探，明确场地尺寸、是否存在影响施工的障碍、测量放线、确定电缆走向等。然后准备材料，检验材料是否满足质量要求。现场施工方面，要根据测量放样结果进行支架预埋件安装，确定线槽以及走线，然后安装组件并固定，铺设线缆并完成设备接线。

在施工过程中，专业监理工程师应监督施工单位加强内部质量管理，严格控制施工质量。对进场人员进行资格审查，对进场物料进行检查、检验，对施工机械、安全工器具进行检验，杜绝无证人员、不合格物料、机械进入施工现场。施工作业要严格按技术要求和施工工艺进行，每道工序完成后，施工单位应实施自我检查，只有在上一道工序被确认质量合格后，才能准许下道工序施工。

当隐蔽工程、检验批、分部分项工程完成后，施工单位应自检合格，填写报验表，由专业监理工程师进行现场检查，检查合格予以签证确认，若不合格则指令施工单位进行整改或返工处理。在施工过程中，所涉及结构安全的试块、试件以及有关材料，应按规定进行见证取样并检测。旁站是一种监督活动，具体包括对工程的关键部位或关键工序的施工质量检查。在工程建设中，旁站人员应及时记录旁站情况。在巡视和旁站过程中发现施工质量出现的问题或施工单位采用的不符合要求的施工工艺，要马上签发监理通知单，若存在质量事故隐患或已发生事故，立即责令工程暂停，并责令施工单位对有关问题进行整改。

4.5 碰撞检验

BIM技术最为核心的功能是在于构建三维数字化模型，并且对相应的模型实施碰撞检测，由于在光伏发电站工程项目施工管理过程中所参与到施工建设的主体单位相对较多，且各主体单位所承担的工作职责也存在较大的差异，而要实现各主体单位在规定时间内完成相应的工作，任务缺乏科学、合理的规划是不可能达成相应的目标，并且各专业之间在施工过程中也会存在强烈的碰撞现象，而所谓的碰撞现象是指各施工团队在特定的施工期间可能会存在施工干涉的现象，以至于施工作业无法稳定、高效地进行，从而产生大量的人力浪费和材料浪费，如果在施工过程中出现此类状况，则需要对现有的施工方案进行变更管理，此来势必会增加工程项目建设的成本，降低相应的质量。

因此，利用BIM技术碰撞检测将整个施工过程进行模拟、管理，实现参与到施工建设各主体单位之间稳定、高效的工作形式，最大限度地避免各类施工作业所存在的时间冲突以及空间冲突，通过消除碰撞、优化设计、缩短施工周期能够提高施工质量，降低施工成本，最终提高施工单位的经济效益。

本文主要对BIM技术在分布式光伏发电工程施工管理中的应用进行了探讨。然而，随着科学技术的飞速发展，BIM技术和分布式光伏发电项目正处于快速发展时期，各自的系统还不成熟。这两种技术在国内工程实践中的结合相对较少，并且在我国依旧是起步阶段。所以对此种情况的研究仅仅是探索性的，而探索的水平只是一个初步的研究，没有做BIM技术和分布式光伏发电工程的各个方面的详细研究。