BIM技術在燃氣輸配場站運維管理中的應用研究

王勇華，李燕芳，陳 濤，楊智偉，張 康，苗旭東，常紅麗

(1.唐山學院 土木工程學院，河北 唐山 063000；2.唐山市天然氣有限公司，河北 唐山 063000)

燃氣輸配場站是城市燃氣輸配系統的重要組成部分，與城市燃氣輸配管網構成一個完整的城市能源供應體系。在燃氣輸配場站全生命周期過程中，運維階段占據了其中大部分的時間。由于燃氣輸配場站存儲或輸送的介質一般為高壓天然氣，具有易燃、易爆等特性，因此燃氣輸配場站的運維管理較一般工程的要求和標準要高。在工作實際中，燃氣生產經營企業都非常重視燃氣輸配場站的運維管理工作，投入了較多的人力、物力和資金來保證其安全運行。但由于燃氣輸配場站運維管理周期長、涉及專業多，且內容復雜等原因，導致當前運維管理效率相對低下，很多輸配場站的運維管理仍是基于二維圖紙、各類文檔表單的垂直模式，普遍存在運維信息管理分散、運維過程資料不易保存、集中交互的運維管理平臺缺乏等問題，無法滿足現代燃氣輸配場站運維管理的需要[1-2]。而且，隨著社會經濟的發展以及生態環境保護的需要，我國正在加快提升天然氣在國家能源消費中所占的比重，各省市地區都在大力推進城鎮天然氣管網建設，與之配套的天然氣輸配場站建設數量與規模也在急劇增加和擴大，在有限的人力和物力條件下，研究運用現代信息管理技術和方法來提升燃氣輸配場站運維管理的信息化水平，進而提升運維管理效率則顯得尤為必要[3-4]。

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)是近年來在建設工程領域迅速發展和使用的一種工程信息化技術，具有三維可視化、參數化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性、信息完備性等特點，其應用貫穿于工程的決策、設計、施工和運維等全過程[5]。在工程運維管理方面，近年來隨著BIM技術的快速發展，其應用優勢愈發明顯，相關研究表明，利用基于BIM的信息、資源整合平臺可以更好、更智能地進行信息儲存、管理和傳遞，讓運維管理對象變得更形象、管理工作變得更加直接，能夠更準確、全面、快速地掌握運維管理對象的信息，更有效地進行工程運維協同管理，提高運維管理效率[6-10]。目前，基于BIM的工程運維管理的應用與研究，正在由傳統的房屋建筑工程領域逐步向橋梁隧道、軌道交通、港口水利、海綿城市、地下管廊、風景園林等領域延伸[11-19]，但在燃氣工程領域相關的應用研究還較為少見，因此，本文針對當前燃氣輸配場站運維管理信息化水平低的問題，引入BIM技術，對其在燃氣輸配場站運維管理中的應用情況進行研究。

1 燃氣輸配場站BIM運維模型的構建

BIM運維模型是一種三維可視化的數字信息模型，由代表工程構件的參數化對象組成，包含工程對象的設計信息、施工過程信息以及滿足運維管理要求的運維屬性信息，是開展基于BIM的運維管理的基礎和載體。依托BIM技術開展燃氣輸配場站運維管理也需要先構建場站的BIM運維模型。下面以具體的工程為例，簡要說明燃氣輸配場站BIM運維模型構建的基本方法。

1.1 工程概況

本工程為唐山市豐潤區天然氣干線輸配工程配套的調壓站工程，工程設計壓力為4.0 MPa，運行壓力為3.6 MPa，設計規模為1.45×105Nm3/h。工程內容主要包括綜合辦公樓、柴油發電機房、鍋爐與門衛用房等建筑物，以及調壓計量撬、放散塔、加臭撬等生產設施和場區給排水、消防、放散、安防監控、可燃氣體監測、火災報警等生產輔助設施，場區占地總面積約為5 280 m2。

1.2 BIM建模專業的劃分

燃氣輸配場站是一個由多工程專業構成的復雜工程系統，在日常的運維管理過程中，場站運維管理人員往往也是根據場站中各工程專業構成分類進行設施設備維護與管理。在燃氣輸配場站BIM運維模型構建之前，考慮在后期場站運維管理過程中此模型應用與維護的便利性，對燃氣輸配場站BIM建模專業進行劃分。圖1是根據唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站專業構成劃分的BIM建模專業。

圖1 唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站BIM建模專業劃分

1.3 各專業BIM模型深度的確定

模型深度(LOD，Level Of Detail)反映的是BIM模型構建的精度。在燃氣輸配場站BIM運維模型構建過程中需要充分考慮各工程專業BIM模型深度的問題。當前國內外對于BIM模型深度的分類還沒有統一的規定，較為常見的分類是將其分為LOD100-LOD500五個級別[20]。在燃氣輸配場站BIM模型構建過程中，可以按照輸配場站中各工程專業運維管理的重要程度對各專業BIM模型深度加以區分和控制。按照上述原則，對唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站各專業BIM模型深度進行劃分，結果如表1所示。

表1 唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站各專業BIM模型深度劃分表

1.4 BIM運維模型的構建

BIM運維模型的構建需要依托相關的BIM軟件平臺。當前在工程領域可用于BIM工程建模與管理的軟件平臺較多，主流軟件平臺主要有Revit，Civil 3D，Bently，Dassault，Tekla等。在眾多BIM軟件平臺中，又以Revit軟件使用最多，適用的工程領域也最為廣泛。Revit軟件是一款參數化的建筑圖元設計與管理軟件平臺，具有強大的BIM模型構建能力，能夠精確地構建多數工程所涉及的建筑、結構、場地、機電、管線等不同專業工程的三維可視化模型，并集成相應的屬性信息。綜合適用性、便利性和經濟性等因素，本工程的BIM運維模型主要采用Revit系列軟件平臺進行創建和管理。本工程各專業BIM模型創建的依據主要包括工程設計圖紙(竣工圖紙)、設計說明書、技術規程、施工資料、現場復核記錄等資料。按照已劃分的BIM建模專業以及模型深度，分別構建唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站燃氣、給排水、電氣自控、門衛及鍋爐房等工程專業的BIM運維模型，結果如圖2-5所示。然后，將各專業BIM運維模型進行整合形成場站整體的BIM運維模型(圖6)。

圖2 燃氣專業BIM運維模型

圖3 給排水專業BIM運維模型

圖4 電氣自控專業BIM運維模型

圖5 門衛及鍋爐房BIM運維模型

圖6 唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站整體BIM運維模型

2 基于BIM的燃氣輸配場站運維管理

2.1 場站運維信息管理

完備的數據信息是實現燃氣輸配場站良好運維管理的重要保證。目前，燃氣輸配場站運維管理的相關信息大多是以二維圖紙和各類表格、表單的形式進行記錄保存，管理部門分散，而且由于場站運行年限增加、人員變動、紙質材料難于保存等原因經常出現信息丟失或遺漏的現象，給場站運維管理帶來了極大的不便，而BIM技術具有的一個顯著優勢就是能夠實現場站設施設備運維屬性信息與BIM模型構件的集成和三維展示。在唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站工程中，利用Revit軟件本身提供的族文件屬性管理器將對象名稱、結構類型、構件尺寸、材料、性能等基本數據信息與BIM模型構件進行掛接，對于Revit族文件屬性管理器不包含的參數字段，則利用Revit軟件提供的共享參數功能，通過創建共享參數將相應的運維屬性信息，如生產廠家、規格型號、安裝單位、安裝時間、維修記錄、保養記錄、維保日期、檢驗日期、檢驗周期、維保責任人、出廠編號、運行編號等導入BIM模型。圖7為唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站閥門管件共享參數文件。圖8是將共享參數與電動法蘭球閥模型集成后的運維屬性信息查詢。隨著燃氣輸配場站運維管理工作的進行，運維管理人員可以通過上述方式將各類運維數據信息不斷地添加到BIM模型之中，最終使BIM模型成為一個包含各類設施設備運維屬性信息的數據庫，實現對運維信息的集成管理。

圖7 場站閥門管件共享參數文件

圖8 電動法蘭球閥運維屬性信息查詢

2.2 設施設備維保管理

在燃氣輸配場站設施設備日常保養、維護維修以及相關計劃與方案制定等工作過程中，需要充分掌握各類設施設備的空間布局與位置、運行狀態、保養歷史、維護維修記錄等數據信息，相對于傳統的依靠二維圖紙和各類數據表單進行信息查詢和分析的方式而言，BIM能夠顯著提高場站內各類設施設備運維數據信息查詢和處理的速度，能夠為日常保養、維護維修計劃制定提供直觀、全面、快速、準確的數據信息支持，避免“過度維修”和“維修不足”等問題的發生，提升場站日常運維管理的工作效率，降低運維管理成本。在燃氣輸配場站設施設備故障處理與維修過程中，還可以通過BIM運維模型具有的三維可視化功能對設施設備故障進行快速定位，可以將場站內各類設施設備的空間布局、位置和運行狀態等數據信息以可視化的形式進行展示，準確分析設施設備故障所處的周圍環境以及故障處理與維修作業所需的空間，有效提升參與故障處理與維修各方溝通協調的效率，降低故障處理與維修的反應時間。圖9中的(1)(2)是通過BIM運維模型對唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站鍋爐房內部維修空間進行分析的結果。

(1)

2.3 管線綜合管理

燃氣輸配場站往往涉及眾多的燃氣專業工藝管線和其他專業管線，且主要以埋地敷設為主。唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站項目整個場區涉及的地下管線包括高壓進出站、中低壓自用、排污、放散等燃氣專業工藝管線，同時還包括場區內的給排水、熱力、電力等專業管線，這些管線構成了一個功能完整的地下管網系統。加強對場站內的各專業管線的綜合管理也是燃氣輸配場站運維管理的一項重要內容，包括對管線信息管理、巡檢、維護、事故搶修等。在本項目中，利用BIM技術構建了整個場區的各專業管線、管件及配套設施運維模型(圖10)。同時，通過現場管線標志顏色賦予BIM運維模型中各專業管線不同顏色，來提高管線的識別度。比如在圖10中，綠色管線為調壓撬進站高壓管線，黃色管線為調壓撬出站中壓管線，紅色管線為調壓撬放散管線，藍色管線為調壓撬排污管線，橙色管線為場區排(污)水管線，紫色管線為場區給水管線，灰色管線為場區電力管線。與傳統設計圖紙中基于二維平面、以線條形式進行管線表示的方法不同，利用BIM技術構建的場區管網運維模型能夠以三維立體、多角度、多種形式呈現地下管線的路由走向與空間層次分布情況，同時也能夠實現對燃氣輸配場站內各類地下管線材質、規格、功能參數、埋深等信息的及時查詢，為輸配場站地下管線巡檢、事故搶修等提供有效的數據信息支持。

圖10 唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站地下管線及附屬設施BIM運維模型

2.4 場站資產管理

資產管理是燃氣輸配場站運維管理中一項重要的基礎性工作，也是燃氣生產經營企業進行財務核算與經營成本控制的重要組成部分。在燃氣輸配場站資產管理過程中，利用BIM具有的高度現場仿真性和信息完備性，能夠顯著提升場站內各類設施設備等固定資產狀況的透明度，即能夠使運維管理人員清楚了解場站運行使用的設施設備有哪些、在哪里、處于何種狀態等。同時，在每個年度的資產盤點過程中還可以通過BIM的統計功能，對場站內的各類設施設備進行分類統計，快速形成設施設備臺賬，可大幅提升場站運行設施設備清查的效率和準確性。表2是通過BIM運維模型生成的唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站燃氣閥門的統計報表。通過以上分析可以看出，BIM技術可以為燃氣輸配場站資產管理工作提供可靠、準確的資產運行狀態數據，實現場站資產的可視化管理。

表2 唐山市豐潤區天然氣干線輸配調壓站燃氣閥門統計明細表(部分)

3 結論

(1)基于BIM的燃氣輸配場站運維管理方法將BIM技術與運維管理理論相結合，能夠幫助運維管理人員快速便捷地查詢燃氣輸配場站運維管理所需的數據信息，為燃氣輸配場站運維管理決策提供全面、準確的數據信息支持，進而有效提高運維管理效率與水平，保障燃氣輸配場站的安全經濟運行。

(2)有別于傳統的基于二維圖紙和各類報表的分散的管理模式，基于BIM的燃氣輸配場站運維管理方法能夠實現各類運維屬性信息的集成與運維管理的三維可視化，可以為燃氣輸配場站運維管理各方提供一個信息共享、協同溝通的管理平臺。

(3)BIM技術作為當前在建設工程領域迅速發展和使用的一種工程信息化技術，在燃氣輸配場站運維管理領域同樣具有巨大的應用價值和技術優勢，是一種全新的燃氣輸配場站運維管理解決方案。