BIM 技術在機電設備安裝及運行管理中的應用

魏 國，李 磊，任澤儉

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.山東潤魯工程咨詢有限公司，山東 濟南 250109）

泵站工程廣泛應用在調水、灌溉、防洪等方面，對水資源調配發揮著重要作用。針對大型泵站工程，機電設備安裝質量的好壞及運行管理水平的高低將直接關系到工程的安全穩定運行。機電設備安裝階段，利用BIM 技術可以建立機電設備信息模型，提高施工安裝管理水平，減少返工，縮短工期，節省投資。機電設備運行管理中，利用BIM 技術可實現實時監控，及時了解設備的狀態，發現設備運行中存在的問題，并針對問題制定相應的解決方案，從而保障設備的安全及高效運行。

1 BIM 技術概述

BIM 技術即為建筑信息模型建造技術，主要是通過三維數字建模軟件進行數字化、信息化建模，可應用于項目的全生命周期，將信息整合并對數據進行更新和共享，實現更快捷的信息傳遞。BIM 技術具有三維可視化管理、仿真模擬、多方參與等特點，并且支持多重數據傳輸格式。同時，BIM 技術能夠為多方創造價值，通過BIM 模型，管理單位也能夠實時掌握收益數據信息，有效把控成本。BIM 技術是一場重要的信息技術變革，既能有利保證工程項目實施的高質量、控制進度、減少成本、提升工作效率，又能提高項目運行管理水平。我國BIM 技術的應用雖然起步較晚，但受到高度重視。目前，BIM 技術在船舶、建筑、市政、機械、核電等工程領域推廣較快，在水利、交通等行業推廣較慢。

2 BIM 技術在機電設備管理中的優勢

2.1 施工安裝管理中的優勢

一是模型屬性信息較完整全面，BIM 機電三維模型包含與設備有關的全部屬性信息，不僅可以顯示傳統平面圖紙中的材質和型號，還能夠顯示設備的生產廠家、進場時間、安裝時間、驗收時間和相應責任人等所有相關屬性信息，便于建設單位和施工單位的查詢和管理，更有利于后期的維護。二是BIM 技術的可視化，是其蓬勃發展的重要優勢之一，它不僅具有精準的模型，還可在模型基礎上顯示設備管線的走向及空間位置。三是在傳統平面機電圖紙中，工程技術人員需要在腦海中想象管線的走向和空間位置，BIM 技術使管線的走向和空間位置變得立體直觀，幫助工程技術人員更輕松高效地讀圖。四是BIM 技術還能夠渲染出漫游視頻，可以幫助工作人員理清密集的管線排布和復雜節點位置，有助于在讀圖時更加深入地了解和掌握該區域的布管情況。

2.2 運行維護管理中的優勢

在傳統的機電設備運行管理中，主要是根據過往經驗，通過預防性維護或者是臨時維修來維持設備的良好運行，但對于大型泵站機電設備來說，其結構比較復雜，若不重視日常的維護或者定期進行檢修，有可能造成嚴重的經濟損失。在大型泵站工程機電設備管理中，應用BIM 技術能夠實現實時監控，實時了解設備運行情況，及時發現和解決問題，從而降低管理成本及維護成本，極大地縮短決策的時間，并為泵站后期設備管理提供數據支撐。

3 BIM 技術在機電設備管理中的應用

3.1 構建模型

BIM 技術構建三維模型之前，要充分熟悉圖紙，了解設計原理和意圖。同時，要提前掌握管道的材質、系統類型以及連接的方式，避免在模型構建之后發現錯誤修改返工。構建模型的工作量相對較大，可以結合實際情況進行分工繪制。在構建模型時，還要加入施工過程所用參數或業主所需數據，如生產廠商和安裝日期等。三維模型是后續工作順利開展的基礎，所以，一定要確保模型的準確度和精準性。

3.2 管線布設優化

在構建完土建和機電模型之后，將其鏈接為一個模型并進行碰撞檢測，在初步模型中可以檢測到很多個碰撞點，但是要對其類型進行區分。最后進行管線優化，但在管線布設優化之前，一是要再次檢查土建模型和機電模型是否正確，二是要熟悉管線排布的順序以及凈高要求。在進行管線布設優化時，要遵循以下幾個原則：無壓管優先于有壓管、大管優先于小管、風管優先于水管等。對于所檢測到的碰撞點要逐一進行優化，優化完成之后可以進行二次碰撞檢測，若這時還存在碰撞點，那么就需要分析所進行的碰撞檢測是否有效。

3.3 技術交底

傳統的技術交底只能展示管線的平面位置關系，無法展示其空間位置關系。但BIM 模型渲染出的泵房漫游視頻可以展示復雜節點的三維圖，幫助工作人員立體直觀地了解設計意圖和施工要求。同時，通過對一些復雜節點的施工流程提前進行視頻模擬，便于為施工模擬提供更為精準的數據，比如泵房中管道的管徑比較大，分布較為密集，在實際施工過程中不僅需要注意管道之間的距離，還要注意閥門附件的安裝間距要求，BIM 模型中的尺寸通常和管道、閥門的尺寸一致，通過對重要部位的模擬，有利于掌握安裝順序，進而可以為優化設備安裝方案提供技術支持。

3.4 監測信息集成

機電設備的監測信息主要是由監測點的信息和監測數據組成，監測點信息是指整個監測系統中每一個子系統所屬的各種信息，比如位置信息、設備的類型以及所屬系統，同時還包括監測點類型、數據長度以及數值的范圍等，監測點信息在整個機電檢測系統中是以點表的形式存在。監測數據包括了機電設備監測點目前和以往的狀態數據，有模擬量和數字量兩種類型。

在已有的設備BIM 信息的基礎之上，通過BIM 監測信息的擴展，將機電設備監測信息進行融合擴展為面向監測信息的信息模型，可以很好地實現對機電設備數據的監測、查詢等。機電設備模型和監測點結構主要是通過監測點的設備層來實現其中的關聯，每一個設備都能夠在監測點結構中與設備模型區域相對應，監測點結構中的監測數據通常包含有監測點的ID、報警值、類型等，監測數據和數據庫中的記錄相對應。

在機電設備的監測集成系統的實際應用中，主要有兩種查詢方式，一種是根據已有的設備模型或區域信息查詢監測點數據，另一種是先確定某一個監測點的數據，再查詢其相關的BIM 模型。通過這兩種方式能夠構建出更為復雜的查詢方式，同時，根據BIM 技術的可視化特點對數據進行融合，實現模型數據和監測數據的相互查詢，從而使三維模型中每一個監測數據得以展現。在三維實體模型中，一個監測設備只需設置一個主監測點，并用不同顏色標注監測數據，同時另外使用一種顏色單獨用來表示報警，在運行過程中，若監測值異常，可以立刻報警。

4 結 語

在大型泵站工程中應BIM 技術可以有效地對機電設備進行管理，通過對BIM 三維模型與其可視化特點的合理運用，極大地降低了施工過程中錯誤概率，也為后續的機電設備運行管理打下良好基礎。通過BIM 技術對機電設備監測信息的集成，有效解決了泵站工程機電設備管理中存在的問題，推動了整體管理水平的提升。BIM 技術在大型泵站的機電設備工程項目規劃設計、施工安全、故障查排、運行維護、降低成本等方面發揮了巨大貢獻，今后要在與智能化、大數據等技術結合上進一步研究提高。