淺析BIM技術(shù)在水泥行業(yè)電氣工程中的應(yīng)用

孫瑞斌

1 引言

20世紀(jì)90年代，G.A.van Nederveen和F.P.Tol?man正式為BIM命名——Building Information Mod?el（建筑信息模型），提出項(xiàng)目參與者需整合各層面、各視角的信息，以滿足各專業(yè)和各功能提取信息的需要[1]。

從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、工程施工到項(xiàng)目投入運(yùn)行，BIM可實(shí)現(xiàn)其全部周期的維護(hù)，將各種信息整合在三維模型中，各方工作人員可以基于三維模型協(xié)同工作。

水泥行業(yè)的電氣設(shè)計(jì)工作目前主要是通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件AUTOCAD完成，設(shè)計(jì)圖紙為二維圖紙，無(wú)法及時(shí)做到與其他專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。隨設(shè)計(jì)工作的變化，設(shè)備與材料的造價(jià)及物流和施工狀況也會(huì)發(fā)生改變，但在二維設(shè)計(jì)中采購(gòu)部門、物流部門和施工方無(wú)法實(shí)時(shí)了解相關(guān)的更新?tīng)顟B(tài)。

在水泥行業(yè)EPC項(xiàng)目中應(yīng)用BIM，必定會(huì)節(jié)約工程造價(jià)，縮短項(xiàng)目工期，提高工程服務(wù)質(zhì)量。電氣專業(yè)作為水泥EPC項(xiàng)目中不可或缺的一環(huán)，應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，將BIM應(yīng)用于電氣工作中。

2 BIM在水泥行業(yè)電氣方面的應(yīng)用分析

（1）基于BIM軟件系統(tǒng)的電氣族庫(kù)開(kāi)發(fā)，是電氣設(shè)計(jì)、采購(gòu)、物流、施工、維護(hù)的基礎(chǔ)

BIM的軟件系統(tǒng)并非只是單獨(dú)一種類型的軟件，而是包含繪圖、專業(yè)、管理三種類型的軟件。我公司采用Revit繪圖設(shè)計(jì)軟件，作為電氣族庫(kù)的開(kāi)發(fā)以及電氣設(shè)計(jì)、采購(gòu)、物流、施工、維護(hù)的基礎(chǔ)。

這一過(guò)程，實(shí)際上是為傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)賦予更多的信息。它不僅僅是在Revit中將2D的電氣設(shè)備繪制為3D，而是對(duì)于每個(gè)設(shè)備，我們均可以為其添加各個(gè)參數(shù)，方便項(xiàng)目各方在具體設(shè)計(jì)、應(yīng)用過(guò)程中了解設(shè)備的各種信息。

舉例來(lái)說(shuō)，變壓器是水泥廠中常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們可以從廠家設(shè)備圖紙中找到二維設(shè)備圖，但具體參數(shù)諸如電壓等級(jí)、短路阻抗百分比、聯(lián)接組別、重量、容量等參數(shù)則需要翻閱說(shuō)明書(shū)才可找到，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)以及施工階段的工作量。另外，在傳統(tǒng)模式中，設(shè)備的采購(gòu)需要由設(shè)計(jì)部門將設(shè)計(jì)文件傳遞給采購(gòu)部門，由采購(gòu)部門完成采購(gòu)后，再將技術(shù)文件返回設(shè)計(jì)部門，程序較為復(fù)雜。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工方會(huì)經(jīng)常詢問(wèn)物流部門該設(shè)備的物流情況。對(duì)于海外項(xiàng)目，由于運(yùn)輸及清關(guān)時(shí)間長(zhǎng)，物流信息的傳遞需要不同部門之間相互溝通，一定程度上影響了其時(shí)效性。而對(duì)于業(yè)主方，更為關(guān)注的是設(shè)備投入運(yùn)行后，需要為設(shè)備配備的備件種類與數(shù)量，這一點(diǎn)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有過(guò)多提及，多數(shù)需要在后續(xù)工作中補(bǔ)充備件清單。

在BIM模式下，我們可以繪制變壓器的3D模型，更為直觀地看到該設(shè)備的全貌。可以根據(jù)不同規(guī)格、不同尺寸的變壓器繪制不同規(guī)格3D模型，方便設(shè)計(jì)階段調(diào)用。同時(shí)，將變壓器各項(xiàng)電氣參數(shù)填寫(xiě)在對(duì)應(yīng)的信息欄，在點(diǎn)擊該設(shè)備或輸入該設(shè)備項(xiàng)目編碼時(shí)，可隨時(shí)調(diào)用其各項(xiàng)電氣參數(shù)。在采購(gòu)階段，采購(gòu)部門也可在系統(tǒng)中提取相關(guān)設(shè)備，輸出包含各參數(shù)的電氣設(shè)備表，直接用于設(shè)備的采購(gòu)。在物流階段，我們可以及時(shí)在設(shè)備信息欄里更新物流信息狀態(tài)，比如生產(chǎn)制造、國(guó)內(nèi)運(yùn)輸、集港、海運(yùn)、清關(guān)等，還可以為物流添加倒計(jì)時(shí)的功能，方便施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤該設(shè)備的位置信息，安排及調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工方案。在備品備件方面，我們可以為設(shè)備添加備件信息，業(yè)主可直接調(diào)用該設(shè)備的備件，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)全廠電氣設(shè)備的備件清單，極大方便了業(yè)主的維護(hù)工作。以上工作均以族庫(kù)為基礎(chǔ)，在減小工作量的同時(shí)，增強(qiáng)了針對(duì)性和時(shí)效性。

圖1 在Revit中的變壓器模型

圖2 在Revit中變壓器的電氣參數(shù)界面

圖1為在Revit中的變壓器模型。圖2為在Re?vit中變壓器的電氣參數(shù)界面，該參數(shù)會(huì)隨著族庫(kù)的完善而不斷完善。

（2）與其他各專業(yè)配合，進(jìn)行設(shè)計(jì)

水泥工程設(shè)計(jì)流程通常以工藝為主專業(yè)，工藝專業(yè)提出流程及布置方案后，土建專業(yè)為各設(shè)備布置提供架構(gòu)，電氣專業(yè)為各設(shè)備提供電源，并監(jiān)控工藝流程的運(yùn)行情況。基于BIM的設(shè)計(jì)，電氣可與其他專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，將族庫(kù)內(nèi)各電氣設(shè)備按照設(shè)計(jì)者的思路放置在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中，并直接繪制電氣配電設(shè)備至用電設(shè)備的路徑。圖3為在三維環(huán)境中進(jìn)行的照明設(shè)計(jì)。

圖3 在Revit中進(jìn)行照明三維設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)計(jì)的同時(shí)，進(jìn)行設(shè)備與材料的統(tǒng)計(jì)，該統(tǒng)計(jì)比人工統(tǒng)計(jì)更為準(zhǔn)確，并且在更新設(shè)計(jì)的同時(shí)，可以做到設(shè)備與材料的同步更新。圖4為隨著照明設(shè)計(jì)不斷進(jìn)行更新的設(shè)備與材料統(tǒng)計(jì)界面。

圖4 Revit中照明設(shè)備與材料的實(shí)時(shí)更新界面

這種設(shè)計(jì)更大的意義在于，當(dāng)其他專業(yè)或者設(shè)備的資料出現(xiàn)變更時(shí)，可以將對(duì)于電氣設(shè)計(jì)的影響實(shí)時(shí)反饋在BIM系統(tǒng)中，提醒設(shè)計(jì)者更新電氣設(shè)計(jì)。比如當(dāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)發(fā)生改變時(shí)，是否會(huì)與原電氣管線的設(shè)計(jì)發(fā)生碰撞，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)者校對(duì)圖紙，而設(shè)計(jì)者有可能遺漏，但在三維設(shè)計(jì)中，這種碰撞是很容易被發(fā)現(xiàn)的。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中還會(huì)出現(xiàn)的一種情況是，在設(shè)計(jì)臨近末尾的階段，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備資料變更，但在電氣設(shè)計(jì)中卻沒(méi)有隨之更改；或者施工圖已經(jīng)提交，但是設(shè)備資料出現(xiàn)更新的情況。采用BIM系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)管理進(jìn)度與設(shè)備資料，則能避免現(xiàn)場(chǎng)施工與設(shè)計(jì)不符的情況發(fā)生。

（3）賦予各個(gè)電氣設(shè)備時(shí)間與造價(jià)的概念

各電氣設(shè)備信息除基本電氣參數(shù)外，還可將設(shè)備造價(jià)與設(shè)備實(shí)時(shí)的位置及狀態(tài)反饋到BIM系統(tǒng)中，為物流及施工工程提供極大化的數(shù)據(jù)支持。

舉電纜為例，電氣設(shè)計(jì)結(jié)束后，由于在電纜的族庫(kù)中添加了型號(hào)、規(guī)格與長(zhǎng)度等參數(shù)，可以通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出各型號(hào)規(guī)格的電纜量，提出采購(gòu)請(qǐng)求，之后根據(jù)采購(gòu)合同，填入對(duì)應(yīng)的單位價(jià)格。與此同時(shí)，可實(shí)時(shí)更新電纜的物流信息，提高施工管理效率。

BIM 5D是在3D虛擬空間的模型基礎(chǔ)上，融入“進(jìn)度維度”與“成本維度”，形成由“3D建筑模型+1D進(jìn)度+1D成本”的五維建筑信息模型。表面上是簡(jiǎn)單地增加了兩個(gè)維度，而實(shí)際上是更寬泛地拓展了BIM技術(shù)的信息視角，探索了施工項(xiàng)目整個(gè)周期的更多層面[2]。

（4）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR與現(xiàn)場(chǎng)安裝指導(dǎo)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)

Augmented Reality（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)世界），簡(jiǎn)稱AR，是在真實(shí)的世界內(nèi)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)增加虛擬的場(chǎng)景事物，在一定視角上使虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界相融合的技術(shù)[3]。現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以通過(guò)特定的工具，如AR眼鏡，在現(xiàn)實(shí)世界中建立虛擬的電氣設(shè)備。這樣，在施工階段，即可有效對(duì)電氣設(shè)備定位，同時(shí)由于在族庫(kù)中已包含了設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，可通過(guò)AR眼鏡即時(shí)看到設(shè)備的各種信息，更便于施工。

AR技術(shù)亦可運(yùn)用在設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)上，例如將設(shè)備的運(yùn)營(yíng)周期及維護(hù)記錄等數(shù)據(jù)放置在族庫(kù)系統(tǒng)中，并通過(guò)各種顏色區(qū)分各設(shè)備待維護(hù)的緊急程度，管理人員可迅速在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)某個(gè)設(shè)備是否需要維護(hù)或更換。AR技術(shù)為設(shè)備的管理與維護(hù)提供了極大的便利，相關(guān)技術(shù)人員能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)各設(shè)備及備件信息，方便客戶的運(yùn)營(yíng)工作。

3 BIM存在的問(wèn)題與展望

（1）BIM涉及工程項(xiàng)目從開(kāi)始到結(jié)束后的運(yùn)營(yíng)全周期以及各個(gè)領(lǐng)域。如何引領(lǐng)工程、物流、采購(gòu)、設(shè)計(jì)等各專業(yè)之間協(xié)同配合，最大化發(fā)揮BIM功能是值得我們深入研究的問(wèn)題。

（2）BIM作為一項(xiàng)新技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人才短缺，需要重點(diǎn)選拔與培養(yǎng)。

BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)節(jié)約資源、提高效率、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值有著重要作用，可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，BIM技術(shù)將會(huì)在越來(lái)越多的工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。