前言

随着我国科学技术的不断创新与进步，我国在核技术与核工程领域取得了举世瞩目的成就，为国家国防建设、能源安全和经济发展做出了突出贡献。新时代背景下，社会经济发展对建筑工程领域提出了更高的要求，数字化转型正在成为一条引导建筑工程领域转型升级、降本增效的解决方案。积极推进重大工程项目运用信息化、数字化等技术手段，努力提升工程建设质量和全生命周期高效管理，借助BIM技术进行数字化转型升级是大势所趋。近5年调研数据显示，BIM应用的项目覆盖范围持续提升、业务范围不断扩大、行业整体认知大幅度提升。图1所示为2017—2021年企业BIM组织建设情况。

图1 2017—2021年企业BIM组织建设情况

近年来，随着我国核工业的稳步向前发展，核电重大工程项目聚焦于BIM技术的研发与应用，正在加速推进核电建设数字化转型和创新变革，积极推动并迈向以数字模型为支撑的核电全生命周期BIM技术应用，推进核电全生命周期的数字化建造与管理目标。本文基于核电设计阶段、施工阶段及运维阶段，全面阐述了BIM技术在各个环节的高效率管理和多维度应用对核电项目实施带来的积极影响。如图2所示为核电全生命周期中BIM技术的应用。

图2  核电全生命周期中BIM技术的应用

核电设计阶段BIM技术应用

基于BIM的三维设计是数字化建造的基础，有助于数字化技术在核电项目中的推进和实施，深入推进核电设计阶段的数字化创新工作，有助于推动我国核工业核心竞争力持续提升，促进BIM技术在核电项目中的创新应用，助力核工业数字化转型升级，为核工业领域的健康发展奠定基础。

设计方案形成

核电厂设计方案的形成需经反复推敲、研究与计算，以保障其建设及运行具有足够的安全性，设计人员需要更加全面地考虑具体设计要求。核电厂设计过程采用BIM技术，实现三维正向设计，能够保证核电厂在设计阶段的整体合理性，更加有利于完成整体布局，较为系统地、全面地完成设计方案。与传统的二维图纸设计相比，BIM技术在核电厂设计方案形成阶段具有不可比拟的优点：第一，BIM技术具备三维可视化特点，能够结合核电厂周围环境等情况确定核岛位置布局，最大程度地减小对周围环境的影响；第二，BIM技术具备设计信息共享及交互设计优势，不同专业的设计工程师在三维情况下可以同步、共同参与核电厂整体规划设计，保障各个专业综合设计的合理性、可行性，提高核电厂在设计阶段的效率；第三，设计工程师利用BIM技术相关软件完成核电厂总体正向设计模型，能够直观地检查功能分区的合理性、实用性等，便于交流讨论与分析。

设计方案确定

核电厂设计方案需要满足国家关于核工程领域的相关要求，核电初步设计方案形成之后，设计人员需针对设计方案进行精细化处理，不断调整，确保核电厂设计方案中的安全性、空间合理性。基于BIM技术的虚拟建造技术，可以对设计方案进行更好的完善与修改，对设计方案进行重大改进时能够进行可建造性模拟分析，优化设计方案，保证设计的准确性，避免对后期施工及运维产生影响。

设计方案输出

核电厂设计方案完成之后，设计人员将三维设计模型移交建设单位，实现核电工程的数字化智能交付，建设单位施工人员利用三维模型指导核电施工。BIM技术的应用，可以更准确地将设计人员的设计意图表达给施工人员，同时，BIM模型可实现数据信息与施工单位的对接与共享，真正做到基于三维模型的“一张蓝图绘到底”，为三维模型指导数字化施工奠定基础。

核电施工阶段BIM技术应用

数字化转型升级过程中，核电发展迎来新机遇，同时也赋予核电建设新挑战。积极探索创新数字化技术，推动BIM技术赋能核电建设，围绕项目施工痛点难点，融合施工模拟、BIM+模块化、BIM+力学、BIM+自动焊等先进技术，自主研发智能化软件产品，实现施工数据数字化管理、三维施工创新模式、安装物项碰撞检查、施工方案可视化交底、施工进度管理、模块化施工等核电建造全周期的BIM技术应用。通过核电施工阶段BIM技术的应用，全面提升核电建设单位的数字化施工及管理水平，助力核电建设单位数字化转型成功。

施工数据数字化管理

基于二维施工图纸的传统施工方法，设计数据量巨大，且无法直接从设计端获取，施工企业需投入大量人力对图纸进行数据整理，录入施工管理系统中。据统计，某核电机组仅设计数据的整理和系统录入投入近百人月，不仅效率低，庞大基础信息容易出现各种错误，准确率难以保障。通过研发数据导入工具，实现设计数据信息一键导入施工管理系统，实现数字员工将设计信息共享至施工端，盘活设计数据信息，实现施工数据的无损传递，提升施工数据的准确性。如图3所示为系统间数据接口工具，实现设计数据一键导入施工系统。

图3 数据接口工具

三维施工创新模式

传统核电施工以二维施工图纸为依据指导现场施工，存在资源消耗大、设计意图表达不直观等问题。随着三维数字化技术的发展和模型应用实践，实现核电三维正向设计，继而实现三维模型施工模式。核电施工单位通过信息化平台接收三维设计模型及数据后，直接提取设计信息及物项参数信息，并进行二次细化，形成符合指导现场施工的三维施工模型。三维施工模型包含施工尺寸、物项属性、材料信息等，替代传统的二维施工图纸，成为指导核电现场施工的唯一标准。三维模型能够实现核电工程无纸化、模块化、数字化施工，提高施工单位数字化建造水平。

安装物项碰撞检查

传统二维图纸会审只能根据图纸资料以及会审人员的工作能力、经验、空间想象力来完成，不能有效地甄别出设计的“错、漏、碰、缺”现象，因此施工现场经常出现不同专业在同一空间位置物项的干涉碰撞，存在设计不合理问题，出现班组都不能有效地连续施工情况，造成人工停工或待工，造成成本的浪费。全专业安装物项的综合碰撞检查，提前梳理设计问题，预警出工程中不同专业在空间上的碰撞冲突，将碰撞在正式施工前消灭掉，减少变更发生。不仅提高施工质量，还节约大量的施工和管理成本，为现场安装争取更多的作业时间，以提高现场施工效率。

施工方案可视化交底

现场施工方案、施工逻辑通常采用施工交底卡，以及技术员口头讲解，交底卡由二维图纸与图片组成，无法将施工所需信息准确有效地传递至施工班组，不能使班组快速高效接受交底内容，就会出现安装隐患，甚至出现施工质量问题。将BIM技术与施工方案相结合，利用模拟软件，实现施工信息的三维施工方案可视化交底，对工序逻辑分拆动态展示，让作业人员能明白如何施工，加快对施工作业工序的消化吸收，帮助技术人员、作业人员对施工过程的深度认识，避免盲目施工，同时验证施工工艺的合理性。施工方案可视化交底使作业班组对作业形成有效管控，优化作业工序，降低作业风险，提高作业效率。

施工进度管理

利用BIM轻量化平台软件，根据进度计划中的计划时间、实际时间进行仿真模拟推演，实现核电建设期的远程、动态、可视化管理。施工现场以手机端采集抓取生产数据、时间信息、质检验收数据，实时反馈现场实际进度，现场问题及时追踪，理清责任。通过手机APP抓取的信息数据反馈至BIM协同管理平台，通过进行自动分析，形成统计分析报表，在进度周例会可提供丰富的数据参考，作为管理决策的依据，对当前生产进度做总结，为接下来的任务派分做进一步安排，通过调配人、材、机资源，保证后续施工进度。通过平台实时展现项目计划进度与实际进度的模型对比，对施工进度提前或延误的工作项用不同颜色进行区分和显示，使管理者可以通过平台随时随地监控项目进展情况，提前发现问题，保证项目顺利开展。

模块化施工

核电厂工艺管道布置复杂，管道现场焊口位置设置分散，施工作业面少，焊接作业需要搭设大量脚手架，复杂空间的现场焊接工作困难且作业量大，人员工作降效明显。基于上述传统施工模式存在的弊端，以及核电领域BIM技术的深入应用，推动了模块化技术在核电设计施工领域的发展。模块化技术通过安装模块划分，增加“二次预制”比例，实现作业平地化、现场车间化。现场安装模块化，大幅增加了预制工作量，提高了安装质量、降低了安全风险。某核电项目采用模块化技术，节约管道焊工工时高达上千小时。

BIM技术应用于核电施工阶段，能够更好地将施工过程中各个环节进行衔接，对可能发生的紧急情况进行防控，极大地提升了安全质量和施工效率，节约建造成本。未来，基于BIM技术的数字化虚拟建造将成为核电施工建造中不可或缺的一部分。

核电运维阶段BIM技术应用

核电运维具有周期性、增长性、复杂性等特点，现代化、智能化、规范化的运维管理越来越受到业主及运营商的青睐。在核电运维阶段，BIM技术为核电运营商提供了核电厂的全局信息，为运维阶段提供完整的数字化“档案”，运营商基于数字化“档案”对核电厂进行应急管理、设备管理等管理活动，也能够对核电厂进行BIM+技术维护，为管理者的正确决策提供可靠依据。基于BIM技术的核电运维，将极大提升核电安全运维的安全率，提高运维管理水平，并将给业主及运营商带来极大的经济效益。

应急管理

应急管理是核电安全的重要议题之一，同时也是核电运维必需考虑的关键环节。针对核电厂而言，具备完整的应急预案，能够确保发生安全事故后有序应对。基于BIM技术的核电运维系统能够提高应对安全突发事件处理效率，制定应急预案时，可通过核电厂三维模型模拟应急路线，如果有意外情况发生，管理人员可以在最短时间内通过系统了解危险地点，从而寻求最佳应急路线，指挥现场人员安全疏散。

设备管理

传统的核岛设备设施管理主要通过二维图纸及相关纸质资料来保存信息，在设备维护检修过程中，也是依靠人力来完成，不仅提高维护成本，也增加安全隐患。二维图纸存在明显的局限性，难以对出现问题的设备设施进行精准定位。BIM+设备智能检测技术相结合，能够实时准确获取设备设施运转数据及状况，能够对出现问题的设备实现准确的可视化定位，极大地减少了人员资源的浪费，降低了维护成本，提高设备检修与跟踪管理效率，减少了安全隐患。

BIM+点云技术应用

核电运维阶段，利用BIM+三维激光点云扫描技术对工程进行逆向建模，辅助完成核电改造工作。如图4所示，某项目在改造过程中遇到大型阀门的更换，利用点云技术获取现场模型，再针对点云模型进行施工方案模拟，最终优化出一条切割方案最少、用时最短的安装路径，最终重达2吨的阀门在裕度只有8mm的空间内多次转身，调整姿态，用时12小时完成楼梯扶手切割、拆除旧阀门、安装新阀门的一系列操作。BIM+点云技术显著提高了改造效率，缩短了阀门更换技改工期。通过利用三维点云激光扫描技术，在改造方案规划中可以提高现场数据的获取能力，提高改造方案的可行性。

图4 BIM+点云技术应用

结语

BIM技术作为核电建造领域探索数字化转型的关键技术手段，在核电型号研发、设计、施工、运维等阶段的应用越来越广泛。BIM技术的应用，能够有效提升核电建造过程的数字化水平，推动核电数字化建造的快速发展。BIM技术这台“强引擎”，将会给核工业的高质量发展带来强大动力与新的契机，推动我国新时代核工业安全有序发展。 

（文章刊发于《中国核能》杂志2023年第四期  作者：刘海洋　郭登科　杨远松　常海军　周波波   单位：中国核工业二三建设有限公司、核工业工程研究设计有限公司、中核绿色建造技术与装备重点实验室）