BIM技術(shù)在燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理中的應(yīng)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(xué)院 土木工程學(xué)院，河北 唐山 063000；2.唐山市天然氣有限公司，河北 唐山 063000)

燃?xì)廨斉鋱稣臼浅鞘腥細(xì)廨斉湎到y(tǒng)的重要組成部分，與城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)構(gòu)成一個(gè)完整的城市能源供應(yīng)體系。在燃?xì)廨斉鋱稣救芷谶^程中，運(yùn)維階段占據(jù)了其中大部分的時(shí)間。由于燃?xì)廨斉鋱稣敬鎯?chǔ)或輸送的介質(zhì)一般為高壓天然氣，具有易燃、易爆等特性，因此燃?xì)廨斉鋱稣镜倪\(yùn)維管理較一般工程的要求和標(biāo)準(zhǔn)要高。在工作實(shí)際中，燃?xì)馍a(chǎn)經(jīng)營企業(yè)都非常重視燃?xì)廨斉鋱稣镜倪\(yùn)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(yùn)行。但由于燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理周期長、涉及專業(yè)多，且內(nèi)容復(fù)雜等原因，導(dǎo)致當(dāng)前運(yùn)維管理效率相對(duì)低下，很多輸配場站的運(yùn)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(yùn)維信息管理分散、運(yùn)維過程資料不易保存、集中交互的運(yùn)維管理平臺(tái)缺乏等問題，無法滿足現(xiàn)代燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理的需要[1-2]。而且，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要，我國正在加快提升天然氣在國家能源消費(fèi)中所占的比重，各省市地區(qū)都在大力推進(jìn)城鎮(zhèn)天然氣管網(wǎng)建設(shè)，與之配套的天然氣輸配場站建設(shè)數(shù)量與規(guī)模也在急劇增加和擴(kuò)大，在有限的人力和物力條件下，研究運(yùn)用現(xiàn)代信息管理技術(shù)和方法來提升燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理的信息化水平，進(jìn)而提升運(yùn)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(shè)工程領(lǐng)域迅速發(fā)展和使用的一種工程信息化技術(shù)，具有三維可視化、參數(shù)化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、信息完備性等特點(diǎn)，其應(yīng)用貫穿于工程的決策、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等全過程[5]。在工程運(yùn)維管理方面，近年來隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用優(yōu)勢愈發(fā)明顯，相關(guān)研究表明，利用基于BIM的信息、資源整合平臺(tái)可以更好、更智能地進(jìn)行信息儲(chǔ)存、管理和傳遞，讓運(yùn)維管理對(duì)象變得更形象、管理工作變得更加直接，能夠更準(zhǔn)確、全面、快速地掌握運(yùn)維管理對(duì)象的信息，更有效地進(jìn)行工程運(yùn)維協(xié)同管理，提高運(yùn)維管理效率[6-10]。目前，基于BIM的工程運(yùn)維管理的應(yīng)用與研究，正在由傳統(tǒng)的房屋建筑工程領(lǐng)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(fēng)景園林等領(lǐng)域延伸[11-19]，但在燃?xì)夤こ填I(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用研究還較為少見，因此，本文針對(duì)當(dāng)前燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理信息化水平低的問題，引入BIM技術(shù)，對(duì)其在燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究。

1 燃?xì)廨斉鋱稣綛IM運(yùn)維模型的構(gòu)建

BIM運(yùn)維模型是一種三維可視化的數(shù)字信息模型，由代表工程構(gòu)件的參數(shù)化對(duì)象組成，包含工程對(duì)象的設(shè)計(jì)信息、施工過程信息以及滿足運(yùn)維管理要求的運(yùn)維屬性信息，是開展基于BIM的運(yùn)維管理的基礎(chǔ)和載體。依托BIM技術(shù)開展燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理也需要先構(gòu)建場站的BIM運(yùn)維模型。下面以具體的工程為例，簡要說明燃?xì)廨斉鋱稣綛IM運(yùn)維模型構(gòu)建的基本方法。

1.1 工程概況

本工程為唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配工程配套的調(diào)壓站工程，工程設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，運(yùn)行壓力為3.6 MPa，設(shè)計(jì)規(guī)模為1.45×105Nm3/h。工程內(nèi)容主要包括綜合辦公樓、柴油發(fā)電機(jī)房、鍋爐與門衛(wèi)用房等建筑物，以及調(diào)壓計(jì)量撬、放散塔、加臭撬等生產(chǎn)設(shè)施和場區(qū)給排水、消防、放散、安防監(jiān)控、可燃?xì)怏w監(jiān)測、火災(zāi)報(bào)警等生產(chǎn)輔助設(shè)施，場區(qū)占地總面積約為5 280 m2。

1.2 BIM建模專業(yè)的劃分

燃?xì)廨斉鋱稣臼且粋€(gè)由多工程專業(yè)構(gòu)成的復(fù)雜工程系統(tǒng)，在日常的運(yùn)維管理過程中，場站運(yùn)維管理人員往往也是根據(jù)場站中各工程專業(yè)構(gòu)成分類進(jìn)行設(shè)施設(shè)備維護(hù)與管理。在燃?xì)廨斉鋱稣綛IM運(yùn)維模型構(gòu)建之前，考慮在后期場站運(yùn)維管理過程中此模型應(yīng)用與維護(hù)的便利性，對(duì)燃?xì)廨斉鋱稣綛IM建模專業(yè)進(jìn)行劃分。圖1是根據(jù)唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站專業(yè)構(gòu)成劃分的BIM建模專業(yè)。

圖1 唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站BIM建模專業(yè)劃分

1.3 各專業(yè)BIM模型深度的確定

模型深度(LOD，Level Of Detail)反映的是BIM模型構(gòu)建的精度。在燃?xì)廨斉鋱稣綛IM運(yùn)維模型構(gòu)建過程中需要充分考慮各工程專業(yè)BIM模型深度的問題。當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于BIM模型深度的分類還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，較為常見的分類是將其分為LOD100-LOD500五個(gè)級(jí)別[20]。在燃?xì)廨斉鋱稣綛IM模型構(gòu)建過程中，可以按照輸配場站中各工程專業(yè)運(yùn)維管理的重要程度對(duì)各專業(yè)BIM模型深度加以區(qū)分和控制。按照上述原則，對(duì)唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站各專業(yè)BIM模型深度進(jìn)行劃分，結(jié)果如表1所示。

表1 唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站各專業(yè)BIM模型深度劃分表

1.4 BIM運(yùn)維模型的構(gòu)建

BIM運(yùn)維模型的構(gòu)建需要依托相關(guān)的BIM軟件平臺(tái)。當(dāng)前在工程領(lǐng)域可用于BIM工程建模與管理的軟件平臺(tái)較多，主流軟件平臺(tái)主要有Revit，Civil 3D，Bently，Dassault，Tekla等。在眾多BIM軟件平臺(tái)中，又以Revit軟件使用最多，適用的工程領(lǐng)域也最為廣泛。Revit軟件是一款參數(shù)化的建筑圖元設(shè)計(jì)與管理軟件平臺(tái)，具有強(qiáng)大的BIM模型構(gòu)建能力，能夠精確地構(gòu)建多數(shù)工程所涉及的建筑、結(jié)構(gòu)、場地、機(jī)電、管線等不同專業(yè)工程的三維可視化模型，并集成相應(yīng)的屬性信息。綜合適用性、便利性和經(jīng)濟(jì)性等因素，本工程的BIM運(yùn)維模型主要采用Revit系列軟件平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)建和管理。本工程各專業(yè)BIM模型創(chuàng)建的依據(jù)主要包括工程設(shè)計(jì)圖紙(竣工圖紙)、設(shè)計(jì)說明書、技術(shù)規(guī)程、施工資料、現(xiàn)場復(fù)核記錄等資料。按照已劃分的BIM建模專業(yè)以及模型深度，分別構(gòu)建唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站燃?xì)?、給排水、電氣自控、門衛(wèi)及鍋爐房等工程專業(yè)的BIM運(yùn)維模型，結(jié)果如圖2-5所示。然后，將各專業(yè)BIM運(yùn)維模型進(jìn)行整合形成場站整體的BIM運(yùn)維模型(圖6)。

圖2 燃?xì)鈱I(yè)BIM運(yùn)維模型

圖3 給排水專業(yè)BIM運(yùn)維模型

圖4 電氣自控專業(yè)BIM運(yùn)維模型

圖5 門衛(wèi)及鍋爐房BIM運(yùn)維模型

圖6 唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站整體BIM運(yùn)維模型

2 基于BIM的燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理

2.1 場站運(yùn)維信息管理

完備的數(shù)據(jù)信息是實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨斉鋱稣玖己眠\(yùn)維管理的重要保證。目前，燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理的相關(guān)信息大多是以二維圖紙和各類表格、表單的形式進(jìn)行記錄保存，管理部門分散，而且由于場站運(yùn)行年限增加、人員變動(dòng)、紙質(zhì)材料難于保存等原因經(jīng)常出現(xiàn)信息丟失或遺漏的現(xiàn)象，給場站運(yùn)維管理帶來了極大的不便，而BIM技術(shù)具有的一個(gè)顯著優(yōu)勢就是能夠?qū)崿F(xiàn)場站設(shè)施設(shè)備運(yùn)維屬性信息與BIM模型構(gòu)件的集成和三維展示。在唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)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(duì)象名稱、結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件尺寸、材料、性能等基本數(shù)據(jù)信息與BIM模型構(gòu)件進(jìn)行掛接，對(duì)于Revit族文件屬性管理器不包含的參數(shù)字段，則利用Revit軟件提供的共享參數(shù)功能，通過創(chuàng)建共享參數(shù)將相應(yīng)的運(yùn)維屬性信息，如生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號(hào)、安裝單位、安裝時(shí)間、維修記錄、保養(yǎng)記錄、維保日期、檢驗(yàn)日期、檢驗(yàn)周期、維保責(zé)任人、出廠編號(hào)、運(yùn)行編號(hào)等導(dǎo)入BIM模型。圖7為唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站閥門管件共享參數(shù)文件。圖8是將共享參數(shù)與電動(dòng)法蘭球閥模型集成后的運(yùn)維屬性信息查詢。隨著燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理工作的進(jìn)行，運(yùn)維管理人員可以通過上述方式將各類運(yùn)維數(shù)據(jù)信息不斷地添加到BIM模型之中，最終使BIM模型成為一個(gè)包含各類設(shè)施設(shè)備運(yùn)維屬性信息的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維信息的集成管理。

圖7 場站閥門管件共享參數(shù)文件

圖8 電動(dòng)法蘭球閥運(yùn)維屬性信息查詢

2.2 設(shè)施設(shè)備維保管理

在燃?xì)廨斉鋱稣驹O(shè)施設(shè)備日常保養(yǎng)、維護(hù)維修以及相關(guān)計(jì)劃與方案制定等工作過程中，需要充分掌握各類設(shè)施設(shè)備的空間布局與位置、運(yùn)行狀態(tài)、保養(yǎng)歷史、維護(hù)維修記錄等數(shù)據(jù)信息，相對(duì)于傳統(tǒng)的依靠二維圖紙和各類數(shù)據(jù)表單進(jìn)行信息查詢和分析的方式而言，BIM能夠顯著提高場站內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)信息查詢和處理的速度，能夠?yàn)槿粘１ｐB(yǎng)、維護(hù)維修計(jì)劃制定提供直觀、全面、快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息支持，避免“過度維修”和“維修不足”等問題的發(fā)生，提升場站日常運(yùn)維管理的工作效率，降低運(yùn)維管理成本。在燃?xì)廨斉鋱稣驹O(shè)施設(shè)備故障處理與維修過程中，還可以通過BIM運(yùn)維模型具有的三維可視化功能對(duì)設(shè)施設(shè)備故障進(jìn)行快速定位，可以將場站內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備的空間布局、位置和運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息以可視化的形式進(jìn)行展示，準(zhǔn)確分析設(shè)施設(shè)備故障所處的周圍環(huán)境以及故障處理與維修作業(yè)所需的空間，有效提升參與故障處理與維修各方溝通協(xié)調(diào)的效率，降低故障處理與維修的反應(yīng)時(shí)間。圖9中的(1)(2)是通過BIM運(yùn)維模型對(duì)唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站鍋爐房內(nèi)部維修空間進(jìn)行分析的結(jié)果。

(1)

2.3 管線綜合管理

燃?xì)廨斉鋱稣就婕氨姸嗟娜細(xì)鈱I(yè)工藝管線和其他專業(yè)管線，且主要以埋地敷設(shè)為主。唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站項(xiàng)目整個(gè)場區(qū)涉及的地下管線包括高壓進(jìn)出站、中低壓自用、排污、放散等燃?xì)鈱I(yè)工藝管線，同時(shí)還包括場區(qū)內(nèi)的給排水、熱力、電力等專業(yè)管線，這些管線構(gòu)成了一個(gè)功能完整的地下管網(wǎng)系統(tǒng)。加強(qiáng)對(duì)場站內(nèi)的各專業(yè)管線的綜合管理也是燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，包括對(duì)管線信息管理、巡檢、維護(hù)、事故搶修等。在本項(xiàng)目中，利用BIM技術(shù)構(gòu)建了整個(gè)場區(qū)的各專業(yè)管線、管件及配套設(shè)施運(yùn)維模型(圖10)。同時(shí)，通過現(xiàn)場管線標(biāo)志顏色賦予BIM運(yùn)維模型中各專業(yè)管線不同顏色，來提高管線的識(shí)別度。比如在圖10中，綠色管線為調(diào)壓撬進(jìn)站高壓管線，黃色管線為調(diào)壓撬出站中壓管線，紅色管線為調(diào)壓撬放散管線，藍(lán)色管線為調(diào)壓撬排污管線，橙色管線為場區(qū)排(污)水管線，紫色管線為場區(qū)給水管線，灰色管線為場區(qū)電力管線。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙中基于二維平面、以線條形式進(jìn)行管線表示的方法不同，利用BIM技術(shù)構(gòu)建的場區(qū)管網(wǎng)運(yùn)維模型能夠以三維立體、多角度、多種形式呈現(xiàn)地下管線的路由走向與空間層次分布情況，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燃?xì)廨斉鋱稣緝?nèi)各類地下管線材質(zhì)、規(guī)格、功能參數(shù)、埋深等信息的及時(shí)查詢，為輸配場站地下管線巡檢、事故搶修等提供有效的數(shù)據(jù)信息支持。

圖10 唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站地下管線及附屬設(shè)施BIM運(yùn)維模型

2.4 場站資產(chǎn)管理

資產(chǎn)管理是燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作，也是燃?xì)馍a(chǎn)經(jīng)營企業(yè)進(jìn)行財(cái)務(wù)核算與經(jīng)營成本控制的重要組成部分。在燃?xì)廨斉鋱稣举Y產(chǎn)管理過程中，利用BIM具有的高度現(xiàn)場仿真性和信息完備性，能夠顯著提升場站內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備等固定資產(chǎn)狀況的透明度，即能夠使運(yùn)維管理人員清楚了解場站運(yùn)行使用的設(shè)施設(shè)備有哪些、在哪里、處于何種狀態(tài)等。同時(shí)，在每個(gè)年度的資產(chǎn)盤點(diǎn)過程中還可以通過BIM的統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)場站內(nèi)的各類設(shè)施設(shè)備進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，快速形成設(shè)施設(shè)備臺(tái)賬，可大幅提升場站運(yùn)行設(shè)施設(shè)備清查的效率和準(zhǔn)確性。表2是通過BIM運(yùn)維模型生成的唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站燃?xì)忾y門的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。通過以上分析可以看出，BIM技術(shù)可以為燃?xì)廨斉鋱稣举Y產(chǎn)管理工作提供可靠、準(zhǔn)確的資產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)場站資產(chǎn)的可視化管理。

表2 唐山市豐潤區(qū)天然氣干線輸配調(diào)壓站燃?xì)忾y門統(tǒng)計(jì)明細(xì)表(部分)

3 結(jié)論

(1)基于BIM的燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理方法將BIM技術(shù)與運(yùn)維管理理論相結(jié)合，能夠幫助運(yùn)維管理人員快速便捷地查詢?nèi)細(xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理所需的數(shù)據(jù)信息，為燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理決策提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息支持，進(jìn)而有效提高運(yùn)維管理效率與水平，保障燃?xì)廨斉鋱稣镜陌踩?jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(2)有別于傳統(tǒng)的基于二維圖紙和各類報(bào)表的分散的管理模式，基于BIM的燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理方法能夠?qū)崿F(xiàn)各類運(yùn)維屬性信息的集成與運(yùn)維管理的三維可視化，可以為燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理各方提供一個(gè)信息共享、協(xié)同溝通的管理平臺(tái)。

(3)BIM技術(shù)作為當(dāng)前在建設(shè)工程領(lǐng)域迅速發(fā)展和使用的一種工程信息化技術(shù)，在燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理領(lǐng)域同樣具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢，是一種全新的燃?xì)廨斉鋱稣具\(yùn)維管理解決方案。