應(yīng)用BIM 技術(shù)實現(xiàn)能源動力系統(tǒng)信息化的探討

賈學(xué)盛，王嘉偉

（1.中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024；2.山西大學(xué)，山西 太原 030006）

現(xiàn)如今，園（廠） 區(qū)建設(shè)從設(shè)計階段到建設(shè)階段再到企業(yè)管理接收等一系列過程中，圖紙編繪、應(yīng)用、 存檔大多依賴CAD 圖紙技術(shù)，目前CAD 圖紙技術(shù)更多地停留在二維平面表述狀態(tài)，存在平面局限性，比如各類管線、 管線與結(jié)構(gòu)有打架情況又不能被及時發(fā)現(xiàn)就會造成返工，浪費人力、 物力、財力，延誤工期，最極端情況甚至出現(xiàn)顛覆性錯誤，造成不可挽回的損失。 因此，建筑信息模型（Bui1ding Information Mode1ing，BIM） 技術(shù)便應(yīng)運而生。 BIM 是指在建設(shè)工程及設(shè)施的規(guī)劃、 設(shè)計、施工以及運營維護階段全壽命周期創(chuàng)建和管理建筑信息的過程，全過程應(yīng)用三維、 實時、 動態(tài)的模型涵蓋了幾何信息、 空間信息、 地理信息各種建筑組件的性質(zhì)信息及工料信息。 BIM 技術(shù)結(jié)合其他技術(shù)的應(yīng)用對整個建筑工程施工及后期交付運行的全過程控制具有良好的指導(dǎo)意義。

1 動力工程及系統(tǒng)運行應(yīng)用BIM 技術(shù)必要性分析

隨著工程技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對動力配套功能的要求越來越高。 園區(qū)（廠區(qū)） 建筑、 廠房功能實現(xiàn)離不開機電工程及動力運行的支持，因此工程建設(shè)及后期運行對于實現(xiàn)廠房建筑的整體使用功能顯得越來越重要。 動力安裝工程一般包括電氣安裝工程、 給排水工程、 暖通空調(diào)工程、 智能化建設(shè)以及其他動力工程，所有設(shè)備設(shè)施間及管道路由部位不可避免地會涉及到復(fù)雜的管線排布與交叉。面對一些更復(fù)雜的工業(yè)廠房，如半導(dǎo)體生產(chǎn)凈化間、 化工廠等，機電各專業(yè)管線更是種類繁多、 排布繁雜，這就對機電設(shè)備及管線排布提出了更高的要求。 在工程施工以及后期交付時，管線排布采用三維模型表達可使建設(shè)人員和運行管理人員清晰認識各專業(yè)管線的排布關(guān)系，以便管理。 BIM 技術(shù)可以在工程施工前期做好設(shè)備設(shè)施、 管線的綜合排布，BIM 技術(shù)的管線碰撞檢查功能則可保證綜合管線排布的合理性與可行性，在提升機電安裝工程施工水平與提高施工質(zhì)量的同時實時修訂完善竣工圖，為日后的運行管理提供可靠的依據(jù)。

2 BIM 技術(shù)在動力工程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)可以貫穿建筑機電安裝的整個過程，實現(xiàn)全過程管理。

2.1 設(shè)計階段

設(shè)計院首先根據(jù)園 （廠） 區(qū)規(guī)劃及業(yè)主需求做好區(qū)域內(nèi)總體布局設(shè)計，然后再分專業(yè)對建筑結(jié)構(gòu)、 暖通、 電氣、 動力等進行概念設(shè)計，在與業(yè)主溝通后認為設(shè)計功能可滿足需求的條件下應(yīng)用BIM技術(shù)建模，接下來應(yīng)用BIM 技術(shù)的沖突檢測功能檢查建筑結(jié)構(gòu)與其他安裝各專業(yè)設(shè)備管線的沖突情況，首先保證結(jié)構(gòu)與動力布置的合理，其次檢測各動力能源專業(yè)之間的管線是否缺失、 是否沖突，最后進行各位置檢修空間和安全距離需要的軟碰撞檢測，調(diào)整完善后便做好了基礎(chǔ)設(shè)計工作。 設(shè)計師根據(jù)三維虛擬模型可以真實準(zhǔn)確地提出工程量清單，作為業(yè)主招標(biāo)與清單的依據(jù)，確保造價的合理規(guī)范、 真實可靠。

2.2 建設(shè)階段

施工單位可借助地理信息系統(tǒng) （Geographic Information Systems，GIS） 技術(shù)將GIS 信息庫輸入至BIM 中做好施工現(xiàn)場的布置工作，具體包括施工現(xiàn)場、 運輸?shù)缆贰?加工區(qū)域及物料堆放區(qū)域等規(guī)劃工作。

施工單位項目經(jīng)理組織施工員根據(jù)BIM 技術(shù)進行施工組織模擬，及時獲取數(shù)據(jù)信息，參考數(shù)據(jù)信息編制更加合理的施工組織計劃； 各專業(yè)施工員結(jié)合生產(chǎn)實際加強對生產(chǎn)計劃的合理安排，從而使得分包結(jié)算工作設(shè)計更加科學(xué)合理； 各專業(yè)技術(shù)人員依據(jù)施工進度計劃加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集管理，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的不足，并提交設(shè)計及其他人員審核完善，收集現(xiàn)場基礎(chǔ)信息支撐BIM 建模補充完善； 材料員根據(jù)BIM 快捷地獲取數(shù)據(jù)信息，精準(zhǔn)計算出需要采購的材料數(shù)量，并依據(jù)工程進度計劃材料的使用情況分析采購材料需要的時間節(jié)點，更加方便有效地進行材料品種、 數(shù)量、 進場周期管控； 所有技術(shù)人員、 管理人員做好方方面面的過程資料及其他施工資料收集工作，完善工程檔案管理，將BIM 設(shè)計及完善成果作為重要竣工資料交付業(yè)主，指導(dǎo)后期運營[1]。

3 BIM 在工程交付后于動力運行中的應(yīng)用

動力系統(tǒng)等同于現(xiàn)代工業(yè)及半導(dǎo)體行業(yè)大軀體的心臟，動力系統(tǒng)運行的優(yōu)劣直接影響到科研生產(chǎn)的成效，BIM 技術(shù)與其他多系統(tǒng)的融合可以提供關(guān)于機電工程、 動力系統(tǒng)的運營狀態(tài)和維護數(shù)據(jù)信息，當(dāng)故障發(fā)生時能第一時間做出精確判斷。

3.1 BIM 系統(tǒng)對于動力系統(tǒng)空間關(guān)系的表達

機電、 動力系統(tǒng)包含室內(nèi)空調(diào)凈化、 強電弱電、 給排水、 冷熱水、 各類氣體等的保障系統(tǒng)，正是因為有這些系統(tǒng)，科研生產(chǎn)生命系統(tǒng)的構(gòu)建才能得到保證。 大量的機電動力系統(tǒng)硬件又包括許多管道、 線路、 設(shè)備設(shè)施等的設(shè)置，它們分別圍繞科研生產(chǎn)工藝需求展開。 因此，使用BIM 系統(tǒng)搭建結(jié)構(gòu)、 建筑、 暖通、 給排水、 電力、 通信及其他動力專業(yè)等各個專業(yè)的模型。 最終把各個專業(yè)的管線整合到同一個場景中。 建設(shè)階段根據(jù)設(shè)計施工圖進行了各專業(yè)的管線碰撞檢測，同時進行了各位置檢修空間和安全距離需要的軟碰撞檢測，在項目動工前檢查并發(fā)現(xiàn)項目中存在的錯誤，給設(shè)計提出合理化建議，避免后期的損失。 運行階段根據(jù)建設(shè)實施過程規(guī)避掉各類沖突風(fēng)險，得到一套完善完畢的設(shè)計模型成果，從運行的角度思考并做微調(diào)，通過BIM系統(tǒng)主要表達各類管線、 設(shè)備設(shè)施的空間關(guān)系。 將其他技術(shù)融合到BIM 系統(tǒng)中，點擊BIM 系統(tǒng)細部，則其他信息一并在各自系統(tǒng)界面同時展現(xiàn)，運維工程師第一時間做出動力系統(tǒng)運行狀態(tài)及故障狀態(tài)的判斷。

3.2 FMCS 對于動力系統(tǒng)邏輯關(guān)系的表達

廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng) （Faci1ity Management and Contro1 System，F(xiàn)MCS） 作為綜合管理系統(tǒng)主要設(shè)置自動控制各系統(tǒng)控制主機，監(jiān)控全廠動力設(shè)備運行狀態(tài)，在設(shè)備設(shè)施自動化的基礎(chǔ)上將各個系統(tǒng)、 子系統(tǒng)的運行信息集中匯集到中央控制室，把各節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)整合起來統(tǒng)一進行畫面監(jiān)控、 數(shù)據(jù)存儲、 報表分析數(shù)據(jù)發(fā)布等工作，使各系統(tǒng)被控、 可控。

FMCS 總體架構(gòu)說明： 工程內(nèi)機電、 氣體、 動力系統(tǒng)可獨立運行； 子系統(tǒng)通過光纖環(huán)網(wǎng)接入FMCS； 工程師對各子系統(tǒng)的畫面、 數(shù)據(jù)進行編程、整合； 客戶端工程師根據(jù)程序查閱子系統(tǒng)數(shù)據(jù)； 重要歷史數(shù)據(jù)、 報警信息存入服務(wù)器，可導(dǎo)出數(shù)據(jù)做歷史曲線調(diào)用； 報警方案。 通過FMCS 主要表達各個系統(tǒng)的邏輯關(guān)系[2]。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于動力系統(tǒng)環(huán)境關(guān)系的表達

視頻監(jiān)控系統(tǒng)： 在關(guān)鍵節(jié)點位置設(shè)置攝像裝置，中控室設(shè)置拼接屏監(jiān)視墻，可監(jiān)視調(diào)閱各系統(tǒng)視頻圖像，可結(jié)合語音播音系統(tǒng)、 對講系統(tǒng)交流。室外可結(jié)合GIS 技術(shù)定位。 通過視頻監(jiān)控技術(shù)對現(xiàn)場進行直觀監(jiān)視。

于是通過以上各技術(shù)的融合，進一步將各系統(tǒng)信息庫輸入至BIM 中并不斷完善，逐步提升廠區(qū)動力系統(tǒng)運維自動化、 智慧化、 信息化水平。

4 結(jié)束語

BIM 概念已普及了很多年，工程技術(shù)人員都知道BIM 的概念，但也僅局限于了解BIM 是三維模型。 BIM 到底能干什么，能為實際工作帶來什么價值，很多專業(yè)人士對此也概念模糊。 BIM 系統(tǒng)的采用有諸多優(yōu)勢，但也存在模型占用空間較大，建模復(fù)雜等問題，另外在設(shè)計、 施工、 運行、 信息化建設(shè)的各階段存在壁壘，如何融會貫通也是一個課題。 目前BIM 系統(tǒng)對電腦軟硬件要求較高，如能將BIM系統(tǒng)進一步與FMCS、 GIS 技術(shù)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化融合，并大量地應(yīng)用到各工業(yè)系統(tǒng)管理中，形成一個廠區(qū)動力系統(tǒng)天眼、 天網(wǎng)工程。

本文通過應(yīng)用BIM 技術(shù)對能源動力系統(tǒng)信息化進行探討，可以讓人們更深入地了解BIM 技術(shù)產(chǎn)生和應(yīng)用的意義與價值，為工程建設(shè)和運維管理助力，全面提升全系統(tǒng)管理水平。