基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法

文/張志遠 王輝，.身份證號：4089850955X；.身份證號：4009880409070

基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法

文/張志遠1王輝2，1.身份證號：41108119851109155X；2.身份證號：410102198804090170

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是信息化技術(shù)在建筑行業(yè)的直接應(yīng)用，其中以Revit為代表的主流BIM設(shè)計軟件不僅結(jié)合了傳統(tǒng)的AutoCAD二維設(shè)計，同時展現(xiàn)了三維參數(shù)化建筑信息模型。隨著Revit的應(yīng)用日益廣泛，設(shè)計方和施工方對Revit的要求越來越高，特別是對于復(fù)雜機房的機電設(shè)計和機電施工方面，希望Revit可以提供更有效的方法，來提高復(fù)雜機電機房施工效率和機電設(shè)備系統(tǒng)建模效率。

BIM；機電設(shè)備系統(tǒng)；建模方法

1 基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法框架

基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法在設(shè)計過程中提高了機電設(shè)備系統(tǒng)的建模效率，同時將BIM模型機電設(shè)備的參數(shù)信息生成二維碼，并批量打印。在施工過程中，施工人員通過掃描采購方貼至機電設(shè)備上的二維碼，獲得設(shè)備對應(yīng)參數(shù)信息，包括機電設(shè)備名稱、型號、標高(放置樓層)等信息，并依據(jù)機電設(shè)備所屬建筑機房歸類(如制冷機房、鍋爐房、人防機房、水泵房等)，運輸至對應(yīng)的機房;施工方通過手機APP查看定位信息功能，即可查看機電設(shè)備在機房的具體定位;由于機房管道的密集復(fù)雜性，施工人員無法通過機電設(shè)備定位信息獲得機電設(shè)備之間的準確連接關(guān)系，需要通過手機APP的空間關(guān)系功能獲取當前機電設(shè)備的一級連接關(guān)系和二級連接關(guān)系，以實現(xiàn)指導(dǎo)機電設(shè)備和管道的安裝施工。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于IFC的信息共享接口

BIM-FIM是作為一個可快速整合各施工參與方不同格式模型的平臺，通過此平臺對模型進行管理。通過開發(fā)IFC接口，導(dǎo)入不同建模軟件建立BIM模型，通過IFC文件導(dǎo)入BIM-FIM系統(tǒng)，并保存模型的所有屬性信息。

2.2 BIM模型多維存儲與優(yōu)化BIM三

維模型BIM三維模型數(shù)據(jù)量極其巨大，通過采用實體掃掠法和邊界描述法等，從多維角度對同一構(gòu)件進行存儲，并在不同需求情況下，動態(tài)獲取各維度信息。同時，對BIM模型中的三維構(gòu)件，采用模型轉(zhuǎn)化機制、位置映射、邊界簡化等技術(shù)和算法，大大優(yōu)化并降低了BIM模型信息的存儲量。實體掃掠和邊界描述法是指通過掃描實體模型的多邊形表面，將掃描后的多邊形表面分割成更小的多邊形，最后將多邊行分割成多個三角形，從而得到了由保存實體模型的三角形數(shù)據(jù)。這樣形成的三維模型只是一個空殼，只有模型的表面信息以及幾何信息，相比較實體模型信息更加簡單。

2.3 基于網(wǎng)絡(luò)的BIM數(shù)據(jù)庫及其訪問控制

通過搭建完備、高效的信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)建筑及機電設(shè)備竣工圖的BIM模型信息存儲，并通過并發(fā)訪問控制機制，確保多用戶協(xié)同工作的數(shù)據(jù)安全性。

2.4 設(shè)備成組標識與基于移動平臺的設(shè)備識別

通過開發(fā)二維碼接口，將單個設(shè)備及區(qū)域內(nèi)設(shè)備的關(guān)鍵信息成組，并主要以二維碼標簽的方式標識并保存，亦可通過射頻識別技術(shù)（RFID）輸出成標識卡。當移動平臺設(shè)備掃描到該標識時，能提取其相關(guān)信息，并在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，從BIM數(shù)據(jù)庫中獲取其他相關(guān)屬性信息，為維護人員提供支持。例如在維護維修過程中，快速獲取設(shè)備參數(shù)，使維修過程簡便、高效。

2.5 海量運營維護信息的動態(tài)關(guān)聯(lián)技術(shù)

面向海量的施工和運營維護信息，針對機電設(shè)備不同的系統(tǒng)劃分，研究了其基于構(gòu)件的信息動態(tài)成組技術(shù)與動態(tài)關(guān)聯(lián)技術(shù)，形成上下游動態(tài)模型，實現(xiàn)了高效的信息檢索、查詢、統(tǒng)計、分析與應(yīng)急預(yù)案決策支持。

3 基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法

基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法設(shè)計主要分為3個功能模塊:查看機電設(shè)備參數(shù)信息功能，查看機電設(shè)備定位信息功能，查看機電設(shè)備連接關(guān)系信息功能。通過Revit插件提取機電設(shè)備參數(shù)信息、定位信息和空間連接關(guān)系信息，同時將機電設(shè)備的參數(shù)信息生成QR二維碼并批量打印，為施工方查看機電設(shè)備對應(yīng)信息提供方便。

3.1 機電設(shè)備參數(shù)信息和二維碼功能模塊

考慮到項目的多樣性，設(shè)定每個機電設(shè)備的唯一標識參數(shù)為項目ID+機電設(shè)備族ID。根據(jù)施工技術(shù)和施工原理，通過RevitAPI，提取實際工程施工所需機電設(shè)備的具體類型參數(shù)、實例參數(shù)和項目共享參數(shù)。采取QR二維碼的生成算法，將提取的機電設(shè)備參數(shù)信息和機電設(shè)備縮略圖生成二維碼，并打印。在采購的機電設(shè)備進入施工現(xiàn)場的同時，將機電設(shè)備模型參數(shù)信息生成的二維碼貼至對應(yīng)的機電設(shè)備上，便于施工人員掃碼獲得參數(shù)信息，如安裝樓層信息(標高)、機電設(shè)備的揚程/流量等參數(shù)信息。

3.2 機電設(shè)備定位功能模塊

通過RevitAPI，獲得當前機電設(shè)備ID所對應(yīng)的機電設(shè)備在模型坐標系下的幾何坐標，即該族在Revit模型中的坐標。在實現(xiàn)機電設(shè)備定位功能后，將機電設(shè)備定位信息保存為Revit視圖，并將定位視圖輸出至數(shù)據(jù)庫，以便施工人員掃描二維碼時在客戶端顯示定位視圖圖片。

3.3 機電設(shè)備空間連接關(guān)系功能模塊

在Revit實際工程項目模型中，機房的三維可視化模型空間小，而機房房間卻布滿管道系統(tǒng)，從單一的Revit機房模型中無法判斷出單個機電設(shè)備與其相連管道之間的連接關(guān)系，需要單一提取。將提取機電設(shè)備的空間連接關(guān)系分為單個機電設(shè)備的一級連接關(guān)系和二級連接關(guān)系。

4 試驗測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

結(jié)合主要功能模塊的結(jié)構(gòu)特點，基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法設(shè)計主要分為PC端、數(shù)據(jù)庫端和移動終端。

(1)PC端試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析。PC端主要實現(xiàn)基于Revit的設(shè)備參數(shù)信息提取、設(shè)備定位信息提取和設(shè)備一級連接關(guān)系和二級連接關(guān)系提取功能，同時與生成二維碼功能結(jié)合，將提取的對應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，最后依據(jù)對應(yīng)方法生成對應(yīng)的Revit自啟動功能插件。

(2)移動終端試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析。移動終端的APP功能與PC端功能相對應(yīng)，具有查看設(shè)備參數(shù)信息功能、設(shè)備定位信息功能和設(shè)備連接關(guān)系信息功能。手機APP掃描二維碼，解析二維碼數(shù)據(jù)中的ID信息，在用戶選擇不同的功能按鈕時，通過二維碼的機電設(shè)備ID參數(shù)從數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的表讀取數(shù)據(jù)，并將其相應(yīng)信息顯示給用戶。

總之，本文針對BIM機電模型的結(jié)構(gòu)特點，提出采用EECTG模型用來描述機電設(shè)備的連通關(guān)系，并構(gòu)造MEDNT模型和鄰接矩陣，獲得機電設(shè)備的空間連接關(guān)系，同時結(jié)合RevitAPI提取的機電設(shè)備參數(shù)信息和定位信息功能，實現(xiàn)基于BIM的機電設(shè)備系統(tǒng)建模方法。由于BIM機電模型測試庫規(guī)模較小，測試的機電設(shè)備的種類有限，后期將構(gòu)造大規(guī)模的BIM機電機房模型庫。

[1]李東鋒,陳臻穎.BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J].安徽建筑.2014(02)

[2]丁貞魁,王娜,張福祥.建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報.2007(03)