BIM 在设备管理与运维中的应用

叶晓冬

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

在本文研究过程中，以海上风电系统为研究对象，制定了BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术在各类设施运行过程中的管理和运维工作方案。由于BIM 技术可以覆盖相关工程项目的全寿命周期，因此在设计、施工以及运维管理过程中，分析BIM 技术的具体工作形式，可以提高所有设施的管理和运维工作质量。

1 BIM 在设备管理中涵盖的内容

1.1 风场模型建设

在海上风电系统的设计、建设以及后续运维管理过程，必须通过分析风场模型，了解各类设备的运行方案和常见故障隐患。BIM 技术虽然可以实现建立风场模型，但是与专业软件相比，误差较大。本文制定的方案是借助使用GIS 技术，实现对风场三维模型制作精度的保持。建立的模型可以直接根据风电系统建设位置的风力参数，构造风力强度模型、方向模型和发生时间模型，能够更好说明风力参数。首先使用BIM 技术创建海上风电系统的三维模型，然后使用GIS 技术将该三维模型与地理、环境、气象数据相结合，建立海上风电系统的风场模型，从而在设计阶段分析各类设施因环境因素所受的影响。

1.2 设备状态分析

在设备运行状态的分析过程，使用BIM 技术可以实现对所有设备状态监测数据的三维可视化。然后根据各类设备的自身运行指标和工作状态，分析该系统当前能否处于高效稳定运行状态。在设备状态分析过程，需要将风电场实时监测数据和已经构造的海上风电系统的风场模型整合。通过大数据分析，共同探讨所有设备遭受影响的因素。另外，通常情况下海上环境更为恶劣，例如，在较高风力条件下会产生更大的浪涌。此外，空气中的盐分含量和水分含量更高，容易导致设备遭受外界环境的腐蚀。在BIM 技术的使用阶段，可以加入相关参数，直接模拟腐蚀信息，从而找到运行环境对各类设备运行质量造成的负面干扰。

1.3 管理项目配置

海上风电项目中，要在其中构造消防系统、人居系统和备用设备存储系统等。所有设施要分门别类配置，同时整个平台空间有限，各子系统要经过统筹规划，防止出现系统间的冲突问题。使用BIM 时，各类子系统可以经过任务的进一步分解，制定管理项目后形成专业化的施工管理方案[1]。确定模型后，要对其他管理项目进行进一步探讨，如对于碰撞试验、切图试验、施工模拟等，直接启用BIM 技术获得相关数据。然后根据海上风电系统建设要求，通过获取各类试验数据了解在系统建设过程和运行过程中可能出现的安全风险，为后续管理和运维工作提供帮助。

1.4 管理节点定义

在管理节点的定义中，要根据不同子系统的建设标准和建设要求，实现对于相关节点的有序处理。并在此基础上，进一步探讨各类管理项目的工作模式。基于此方法，可以使实际取得的专业工作结果具有更高的可靠度。首先是对于投入人员的管理，要求所有人员必须要能够在个人素养和工作能力方面符合要求。其次是各区域建设标准和建设方案的分析，通过对该区域中设定参数的利用，充分研究该项目当前运行状态。最后是针对管理准则的建设，要求所有设备施工和建设过程中，要通过对该系统运行方案的协调，科学制定针对整个系统的管理和运维方案。

2 BIM 在设备运维中的应用

2.1 发电机组运维

基于BIM 技术和GIS 技术的共同使用，可获得海上风电系统发电机组信息。然后共同分析在海上特殊环境的作用下，风力发电机组可能出现的故障类型，再根据各类故障的概率和原因制定专业化的运维工作制度。例如，在某海上发电机组设计过程中，发现该区域在每年的11 月和12 月，海面风力较大。但是由于海水结冰，空气中的含水量处于下降状态，在每年的7—8 月，海平面温度提高，导致空气中的盐分含量和水蒸汽含量大幅提升。则分析后可确定，风力发电机组常见故障为速度协调装置长期承受较大的冲击失效，同时水蒸汽以及盐分对该装置具有一定的腐蚀效果，则可确定在运维工作中需要重点检查该设施。

2.2 海上升压站运维

海上升压站运维过程中，要能够分析该升压站中所有子系统的建设标准和施工方案。针对通常作业平台中含有的相应钢结构，需要在日常运维工作中全面检查[2]。基于BIM 技术的使用，可以分析该区域的地理和自然环境，从而取得各类环境综合作用下能够对整个系统造成的切实影响。然后制定针对各类侵蚀效果的分析方案，落实专业化的运维工作。可以直接派遣专业的工作人员参与工作。基于对BIM 技术的使用，实现对系统运行过程中遭受环境负面影响的全面分析，然后参与运维工作。

2.3 辅助设施运维

各类辅助设施的运行，包括暖通系统、给排水系统等。这类系统作为海上风电系统的辅助设备，也需要处于安全稳定运行状态，从而使得整个系统保持有序运行模式。在具体运维工作中，要通过使用BIM 技术，综合分析各类装置的运行状态和工作标准。另外，在辅助设施使用过程中，也需要全面探讨当前该设备造成的各项影响，可制定专业的工作标准和工作路径。使得辅助设施系统可以有序支持风力发电系统的正常运行。

2.4 设备本身关联点处理

海上风电系统运行过程中必然存在大量连接节点，例如，钢筋材料的焊接点、线路之间的连接点等。在连接点的分析过程，首先需要通过对BIM 技术的使用，分析各类连接节点在海上这一特定环境下，系统中可能存在的问题和相关缺陷。然后才可使已经建立的综合作用结果具有更高的可靠度。同时需要根据各类工作点的实际运行状态，通过加入环境因素，分析可能存在的安全风险，通过建立事故树模型和事件树模型，针对一些重要节点，落实日常性运维工作。

3 BIM 技术在设备管理和运维中的使用方法

3.1 工作路线建设

在工作路线的建设过程，BIM 技术在该系统的设计阶段，就可以实现对常见问题的发掘和深度探讨。然后建立专业的日常管理和运维工作制度，使得整个系统能够处于安全稳定的运行状态。在实际工作过程，一方面需要在材料中加入属性参数、施工进度参数、施工成本参数的跟踪记录，探讨当前已经取得的施工进展，并根据设计方案形成对比评价数据和对比机制，查明系统中的施工安全隐患[3]。另一方面要根据已经构造的施工方案，在关键施工项目实施、施工时间段内，详尽检查所有信息，包括投入的人员数量信息、目前的投入设备信息、投入的建筑材料信息等，并且要将所有信息都记录到信息表。依托BIM 技术和GIS技术获取的施工方案具有全面性与合理性，因此若发现实际取得的监管信息明显不符合设计方案时，则可确定施工结果存在问题，从而分析在目前工作中施工问题的形成原因并予以解决。

3.2 工作重点识别

在工作重点识别中，通过使用BIM 技术和GIS 技术，通常情况下难以定量化描述各类风险发生概率，因此本文引入事故树模型和事件树模型。通过对各类风险发生概率和风险造成后果的分析，最终制定该系统的综合运行方案。尤其对于在海上环境下更加容易出现问题的区域，通过对相关设施的有序调整，可以根据不同的风险发生概率和影响程度，建立协同性的工作制度。并且针对不同的日常管理和运维检查事项，在其中构造全面精准的工作管理体系。基于对日常施工中经过记录的施工信息综合配置，使得最终取得的运维和管理工作结果专业可靠。

3.3 工作方案选用

在工作方案的配置过程，无论是日常的检查工作还是运维工作，都需要按照故障的发生概率和严重程度，按照一定的层次进行检查。例如，风力发电机组属于日常检查工作中的一个重点项目，要能够检查配速器、发电转子和定子的运行状态、扇叶的相关参数等。通过对所有参数的记录，直接将所有数据传递给BIM 技术平台，或者由专业的运维和检修人员参与总结存在的安全隐患，使得最终取得的专项工作结果安全可靠。确定这类参数后，需要建立日常管理和运维工作的专项工作制度。该制度可以直接说明日常检查工作中需要记录的数据和分析的内容。获取这类数据后，全面跟踪现场施工中得到的专业性施工数据。

3.4 工作节点配置

首先，在海上风电系统设计过程中，配置各类工作节点。在实际工作阶段，一方面要能够实现对各类节点相关工作状态和工作管理指标的合理分析，另一方面要根据常见的故障类型和故障的表现形式，合理构造相关的管理节点，从而让该节点能够更好说明各类风险的发生概率。

其次，在施工过程中，工作节点的配置要能够实现对各类施工器械、施工方案、施工人员的素质考察，并且将获得的数据直接纳入到BIM 中的技术分析平台，实现对实际施工结果的有效模拟。若发现模拟效果和设计标准不符，则需要对该系统的工作模式进行修补[4]。

最后，要广泛收集并记录正式施工中的所有施工数据，并和工作节点数据对比，若发现实际数据和节点参数不匹配，则要检查、解决正式施工的问题。

4 结论

海上风电系统设备管理过程中，使用BIM 技术可以在设计、施工和运维过程中检查所有设备运行状态、运行参数和工作标准，综合分析所有工作数据。在具体工作中，需要综合考量设计节点、施工节点和自然环境，研究整个系统内部各类设备可能存在的安全风险，根据安全风险造成的后果和发生概率，制定专业的检查制度。