BIM 在設備管理與運維中的應用

葉曉冬

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

在本文研究過程中，以海上風電系統為研究對象，制定了BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術在各類設施運行過程中的管理和運維工作方案。由于BIM 技術可以覆蓋相關工程項目的全壽命周期，因此在設計、施工以及運維管理過程中，分析BIM 技術的具體工作形式，可以提高所有設施的管理和運維工作質量。

1 BIM 在設備管理中涵蓋的內容

1.1 風場模型建設

在海上風電系統的設計、建設以及后續運維管理過程，必須通過分析風場模型，了解各類設備的運行方案和常見故障隱患。BIM 技術雖然可以實現建立風場模型，但是與專業軟件相比，誤差較大。本文制定的方案是借助使用GIS 技術，實現對風場三維模型制作精度的保持。建立的模型可以直接根據風電系統建設位置的風力參數，構造風力強度模型、方向模型和發生時間模型，能夠更好說明風力參數。首先使用BIM 技術創建海上風電系統的三維模型，然后使用GIS 技術將該三維模型與地理、環境、氣象數據相結合，建立海上風電系統的風場模型，從而在設計階段分析各類設施因環境因素所受的影響。

1.2 設備狀態分析

在設備運行狀態的分析過程，使用BIM 技術可以實現對所有設備狀態監測數據的三維可視化。然后根據各類設備的自身運行指標和工作狀態，分析該系統當前能否處于高效穩定運行狀態。在設備狀態分析過程，需要將風電場實時監測數據和已經構造的海上風電系統的風場模型整合。通過大數據分析，共同探討所有設備遭受影響的因素。另外，通常情況下海上環境更為惡劣，例如，在較高風力條件下會產生更大的浪涌。此外，空氣中的鹽分含量和水分含量更高，容易導致設備遭受外界環境的腐蝕。在BIM 技術的使用階段，可以加入相關參數，直接模擬腐蝕信息，從而找到運行環境對各類設備運行質量造成的負面干擾。

1.3 管理項目配置

海上風電項目中，要在其中構造消防系統、人居系統和備用設備存儲系統等。所有設施要分門別類配置，同時整個平臺空間有限，各子系統要經過統籌規劃，防止出現系統間的沖突問題。使用BIM 時，各類子系統可以經過任務的進一步分解，制定管理項目后形成專業化的施工管理方案[1]。確定模型后，要對其他管理項目進行進一步探討，如對于碰撞試驗、切圖試驗、施工模擬等，直接啟用BIM 技術獲得相關數據。然后根據海上風電系統建設要求，通過獲取各類試驗數據了解在系統建設過程和運行過程中可能出現的安全風險，為后續管理和運維工作提供幫助。

1.4 管理節點定義

在管理節點的定義中，要根據不同子系統的建設標準和建設要求，實現對于相關節點的有序處理。并在此基礎上，進一步探討各類管理項目的工作模式。基于此方法，可以使實際取得的專業工作結果具有更高的可靠度。首先是對于投入人員的管理，要求所有人員必須要能夠在個人素養和工作能力方面符合要求。其次是各區域建設標準和建設方案的分析，通過對該區域中設定參數的利用，充分研究該項目當前運行狀態。最后是針對管理準則的建設，要求所有設備施工和建設過程中，要通過對該系統運行方案的協調，科學制定針對整個系統的管理和運維方案。

2 BIM 在設備運維中的應用

2.1 發電機組運維

基于BIM 技術和GIS 技術的共同使用，可獲得海上風電系統發電機組信息。然后共同分析在海上特殊環境的作用下，風力發電機組可能出現的故障類型，再根據各類故障的概率和原因制定專業化的運維工作制度。例如，在某海上發電機組設計過程中，發現該區域在每年的11 月和12 月，海面風力較大。但是由于海水結冰，空氣中的含水量處于下降狀態，在每年的7—8 月，海平面溫度提高，導致空氣中的鹽分含量和水蒸汽含量大幅提升。則分析后可確定，風力發電機組常見故障為速度協調裝置長期承受較大的沖擊失效，同時水蒸汽以及鹽分對該裝置具有一定的腐蝕效果，則可確定在運維工作中需要重點檢查該設施。

2.2 海上升壓站運維

海上升壓站運維過程中，要能夠分析該升壓站中所有子系統的建設標準和施工方案。針對通常作業平臺中含有的相應鋼結構，需要在日常運維工作中全面檢查[2]。基于BIM 技術的使用，可以分析該區域的地理和自然環境，從而取得各類環境綜合作用下能夠對整個系統造成的切實影響。然后制定針對各類侵蝕效果的分析方案，落實專業化的運維工作。可以直接派遣專業的工作人員參與工作?；趯IM 技術的使用，實現對系統運行過程中遭受環境負面影響的全面分析，然后參與運維工作。

2.3 輔助設施運維

各類輔助設施的運行，包括暖通系統、給排水系統等。這類系統作為海上風電系統的輔助設備，也需要處于安全穩定運行狀態，從而使得整個系統保持有序運行模式。在具體運維工作中，要通過使用BIM 技術，綜合分析各類裝置的運行狀態和工作標準。另外，在輔助設施使用過程中，也需要全面探討當前該設備造成的各項影響，可制定專業的工作標準和工作路徑。使得輔助設施系統可以有序支持風力發電系統的正常運行。

2.4 設備本身關聯點處理

海上風電系統運行過程中必然存在大量連接節點，例如，鋼筋材料的焊接點、線路之間的連接點等。在連接點的分析過程，首先需要通過對BIM 技術的使用，分析各類連接節點在海上這一特定環境下，系統中可能存在的問題和相關缺陷。然后才可使已經建立的綜合作用結果具有更高的可靠度。同時需要根據各類工作點的實際運行狀態，通過加入環境因素，分析可能存在的安全風險，通過建立事故樹模型和事件樹模型，針對一些重要節點，落實日常性運維工作。

3 BIM 技術在設備管理和運維中的使用方法

3.1 工作路線建設

在工作路線的建設過程，BIM 技術在該系統的設計階段，就可以實現對常見問題的發掘和深度探討。然后建立專業的日常管理和運維工作制度，使得整個系統能夠處于安全穩定的運行狀態。在實際工作過程，一方面需要在材料中加入屬性參數、施工進度參數、施工成本參數的跟蹤記錄，探討當前已經取得的施工進展，并根據設計方案形成對比評價數據和對比機制，查明系統中的施工安全隱患[3]。另一方面要根據已經構造的施工方案，在關鍵施工項目實施、施工時間段內，詳盡檢查所有信息，包括投入的人員數量信息、目前的投入設備信息、投入的建筑材料信息等，并且要將所有信息都記錄到信息表。依托BIM 技術和GIS技術獲取的施工方案具有全面性與合理性，因此若發現實際取得的監管信息明顯不符合設計方案時，則可確定施工結果存在問題，從而分析在目前工作中施工問題的形成原因并予以解決。

3.2 工作重點識別

在工作重點識別中，通過使用BIM 技術和GIS 技術，通常情況下難以定量化描述各類風險發生概率，因此本文引入事故樹模型和事件樹模型。通過對各類風險發生概率和風險造成后果的分析，最終制定該系統的綜合運行方案。尤其對于在海上環境下更加容易出現問題的區域，通過對相關設施的有序調整，可以根據不同的風險發生概率和影響程度，建立協同性的工作制度。并且針對不同的日常管理和運維檢查事項，在其中構造全面精準的工作管理體系?；趯θ粘Ｊ┕ぶ薪涍^記錄的施工信息綜合配置，使得最終取得的運維和管理工作結果專業可靠。

3.3 工作方案選用

在工作方案的配置過程，無論是日常的檢查工作還是運維工作，都需要按照故障的發生概率和嚴重程度，按照一定的層次進行檢查。例如，風力發電機組屬于日常檢查工作中的一個重點項目，要能夠檢查配速器、發電轉子和定子的運行狀態、扇葉的相關參數等。通過對所有參數的記錄，直接將所有數據傳遞給BIM 技術平臺，或者由專業的運維和檢修人員參與總結存在的安全隱患，使得最終取得的專項工作結果安全可靠。確定這類參數后，需要建立日常管理和運維工作的專項工作制度。該制度可以直接說明日常檢查工作中需要記錄的數據和分析的內容。獲取這類數據后，全面跟蹤現場施工中得到的專業性施工數據。

3.4 工作節點配置

首先，在海上風電系統設計過程中，配置各類工作節點。在實際工作階段，一方面要能夠實現對各類節點相關工作狀態和工作管理指標的合理分析，另一方面要根據常見的故障類型和故障的表現形式，合理構造相關的管理節點，從而讓該節點能夠更好說明各類風險的發生概率。

其次，在施工過程中，工作節點的配置要能夠實現對各類施工器械、施工方案、施工人員的素質考察，并且將獲得的數據直接納入到BIM 中的技術分析平臺，實現對實際施工結果的有效模擬。若發現模擬效果和設計標準不符，則需要對該系統的工作模式進行修補[4]。

最后，要廣泛收集并記錄正式施工中的所有施工數據，并和工作節點數據對比，若發現實際數據和節點參數不匹配，則要檢查、解決正式施工的問題。

4 結論

海上風電系統設備管理過程中，使用BIM 技術可以在設計、施工和運維過程中檢查所有設備運行狀態、運行參數和工作標準，綜合分析所有工作數據。在具體工作中，需要綜合考量設計節點、施工節點和自然環境，研究整個系統內部各類設備可能存在的安全風險，根據安全風險造成的后果和發生概率，制定專業的檢查制度。