浅析BIM技术在水泥行业电气工程中的应用

孙瑞斌

1 引言

20世纪90年代，G.A.van Nederveen和F.P.Tol⁃man正式为BIM命名——Building Information Mod⁃el（建筑信息模型），提出项目参与者需整合各层面、各视角的信息，以满足各专业和各功能提取信息的需要[1]。

从图纸设计、工程施工到项目投入运行，BIM可实现其全部周期的维护，将各种信息整合在三维模型中，各方工作人员可以基于三维模型协同工作。

水泥行业的电气设计工作目前主要是通过传统设计软件AUTOCAD完成，设计图纸为二维图纸，无法及时做到与其他专业的协同设计。随设计工作的变化，设备与材料的造价及物流和施工状况也会发生改变，但在二维设计中采购部门、物流部门和施工方无法实时了解相关的更新状态。

在水泥行业EPC项目中应用BIM，必定会节约工程造价，缩短项目工期，提高工程服务质量。电气专业作为水泥EPC项目中不可或缺的一环，应紧跟时代步伐，将BIM应用于电气工作中。

2 BIM在水泥行业电气方面的应用分析

（1）基于BIM软件系统的电气族库开发，是电气设计、采购、物流、施工、维护的基础

BIM的软件系统并非只是单独一种类型的软件，而是包含绘图、专业、管理三种类型的软件。我公司采用Revit绘图设计软件，作为电气族库的开发以及电气设计、采购、物流、施工、维护的基础。

这一过程，实际上是为传统二维设计赋予更多的信息。它不仅仅是在Revit中将2D的电气设备绘制为3D，而是对于每个设备，我们均可以为其添加各个参数，方便项目各方在具体设计、应用过程中了解设备的各种信息。

举例来说，变压器是水泥厂中常见的电气设备，在传统设计中，我们可以从厂家设备图纸中找到二维设备图，但具体参数诸如电压等级、短路阻抗百分比、联接组别、重量、容量等参数则需要翻阅说明书才可找到，这无疑增加了设计以及施工阶段的工作量。另外，在传统模式中，设备的采购需要由设计部门将设计文件传递给采购部门，由采购部门完成采购后，再将技术文件返回设计部门，程序较为复杂。同时，现场施工方会经常询问物流部门该设备的物流情况。对于海外项目，由于运输及清关时间长，物流信息的传递需要不同部门之间相互沟通，一定程度上影响了其时效性。而对于业主方，更为关注的是设备投入运行后，需要为设备配备的备件种类与数量，这一点在传统设计过程中并没有过多提及，多数需要在后续工作中补充备件清单。

在BIM模式下，我们可以绘制变压器的3D模型，更为直观地看到该设备的全貌。可以根据不同规格、不同尺寸的变压器绘制不同规格3D模型，方便设计阶段调用。同时，将变压器各项电气参数填写在对应的信息栏，在点击该设备或输入该设备项目编码时，可随时调用其各项电气参数。在采购阶段，采购部门也可在系统中提取相关设备，输出包含各参数的电气设备表，直接用于设备的采购。在物流阶段，我们可以及时在设备信息栏里更新物流信息状态，比如生产制造、国内运输、集港、海运、清关等，还可以为物流添加倒计时的功能，方便施工现场实时跟踪该设备的位置信息，安排及调整现场施工方案。在备品备件方面，我们可以为设备添加备件信息，业主可直接调用该设备的备件，进而统计全厂电气设备的备件清单，极大方便了业主的维护工作。以上工作均以族库为基础，在减小工作量的同时，增强了针对性和时效性。

图1 在Revit中的变压器模型

图2 在Revit中变压器的电气参数界面

图1为在Revit中的变压器模型。图2为在Re⁃vit中变压器的电气参数界面，该参数会随着族库的完善而不断完善。

（2）与其他各专业配合，进行设计

水泥工程设计流程通常以工艺为主专业，工艺专业提出流程及布置方案后，土建专业为各设备布置提供架构，电气专业为各设备提供电源，并监控工艺流程的运行情况。基于BIM的设计，电气可与其他专业协同设计，将族库内各电气设备按照设计者的思路放置在三维设计环境中，并直接绘制电气配电设备至用电设备的路径。图3为在三维环境中进行的照明设计。

图3 在Revit中进行照明三维设计

在电气设计的同时，进行设备与材料的统计，该统计比人工统计更为准确，并且在更新设计的同时，可以做到设备与材料的同步更新。图4为随着照明设计不断进行更新的设备与材料统计界面。

图4 Revit中照明设备与材料的实时更新界面

这种设计更大的意义在于，当其他专业或者设备的资料出现变更时，可以将对于电气设计的影响实时反馈在BIM系统中，提醒设计者更新电气设计。比如当结构基础发生改变时，是否会与原电气管线的设计发生碰撞，在传统设计中，需要设计者校对图纸，而设计者有可能遗漏，但在三维设计中，这种碰撞是很容易被发现的。在传统设计中还会出现的一种情况是，在设计临近末尾的阶段，时常会出现设备资料变更，但在电气设计中却没有随之更改；或者施工图已经提交，但是设备资料出现更新的情况。采用BIM系统协同设计管理进度与设备资料，则能避免现场施工与设计不符的情况发生。

（3）赋予各个电气设备时间与造价的概念

各电气设备信息除基本电气参数外，还可将设备造价与设备实时的位置及状态反馈到BIM系统中，为物流及施工工程提供极大化的数据支持。

举电缆为例，电气设计结束后，由于在电缆的族库中添加了型号、规格与长度等参数，可以通过系统自动统计出各型号规格的电缆量，提出采购请求，之后根据采购合同，填入对应的单位价格。与此同时，可实时更新电缆的物流信息，提高施工管理效率。

BIM 5D是在3D虚拟空间的模型基础上，融入“进度维度”与“成本维度”，形成由“3D建筑模型+1D进度+1D成本”的五维建筑信息模型。表面上是简单地增加了两个维度，而实际上是更宽泛地拓展了BIM技术的信息视角，探索了施工项目整个周期的更多层面[2]。

（4）增强现实AR与现场安装指导及运营维护

Augmented Reality（增强现实世界），简称AR，是在真实的世界内，通过计算机技术增加虚拟的场景事物，在一定视角上使虚拟世界和现实世界相融合的技术[3]。现场施工人员可以通过特定的工具，如AR眼镜，在现实世界中建立虚拟的电气设备。这样，在施工阶段，即可有效对电气设备定位，同时由于在族库中已包含了设备的各项参数，可通过AR眼镜即时看到设备的各种信息，更便于施工。

AR技术亦可运用在设备的运营维护上，例如将设备的运营周期及维护记录等数据放置在族库系统中，并通过各种颜色区分各设备待维护的紧急程度，管理人员可迅速在现场确认某个设备是否需要维护或更换。AR技术为设备的管理与维护提供了极大的便利，相关技术人员能够根据动态的数据库，统计各设备及备件信息，方便客户的运营工作。

3 BIM存在的问题与展望

（1）BIM涉及工程项目从开始到结束后的运营全周期以及各个领域。如何引领工程、物流、采购、设计等各专业之间协同配合，最大化发挥BIM功能是值得我们深入研究的问题。

（2）BIM作为一项新技术，相关技术人才短缺，需要重点选拔与培养。

BIM技术的应用对节约资源、提高效率、创造经济价值有着重要作用，可以预见，在不远的将来，BIM技术将会在越来越多的工程项目中得到应用。