应用BIM 技术实现能源动力系统信息化的探讨

贾学盛，王嘉伟

（1.中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024；2.山西大学，山西 太原 030006）

现如今，园（厂） 区建设从设计阶段到建设阶段再到企业管理接收等一系列过程中，图纸编绘、应用、 存档大多依赖CAD 图纸技术，目前CAD 图纸技术更多地停留在二维平面表述状态，存在平面局限性，比如各类管线、 管线与结构有打架情况又不能被及时发现就会造成返工，浪费人力、 物力、财力，延误工期，最极端情况甚至出现颠覆性错误，造成不可挽回的损失。 因此，建筑信息模型（Bui1ding Information Mode1ing，BIM） 技术便应运而生。 BIM 是指在建设工程及设施的规划、 设计、施工以及运营维护阶段全寿命周期创建和管理建筑信息的过程，全过程应用三维、 实时、 动态的模型涵盖了几何信息、 空间信息、 地理信息各种建筑组件的性质信息及工料信息。 BIM 技术结合其他技术的应用对整个建筑工程施工及后期交付运行的全过程控制具有良好的指导意义。

1 动力工程及系统运行应用BIM 技术必要性分析

随着工程技术的飞速发展，工业生产对动力配套功能的要求越来越高。 园区（厂区） 建筑、 厂房功能实现离不开机电工程及动力运行的支持，因此工程建设及后期运行对于实现厂房建筑的整体使用功能显得越来越重要。 动力安装工程一般包括电气安装工程、 给排水工程、 暖通空调工程、 智能化建设以及其他动力工程，所有设备设施间及管道路由部位不可避免地会涉及到复杂的管线排布与交叉。面对一些更复杂的工业厂房，如半导体生产净化间、 化工厂等，机电各专业管线更是种类繁多、 排布繁杂，这就对机电设备及管线排布提出了更高的要求。 在工程施工以及后期交付时，管线排布采用三维模型表达可使建设人员和运行管理人员清晰认识各专业管线的排布关系，以便管理。 BIM 技术可以在工程施工前期做好设备设施、 管线的综合排布，BIM 技术的管线碰撞检查功能则可保证综合管线排布的合理性与可行性，在提升机电安装工程施工水平与提高施工质量的同时实时修订完善竣工图，为日后的运行管理提供可靠的依据。

2 BIM 技术在动力工程中的应用

BIM 技术可以贯穿建筑机电安装的整个过程，实现全过程管理。

2.1 设计阶段

设计院首先根据园 （厂） 区规划及业主需求做好区域内总体布局设计，然后再分专业对建筑结构、 暖通、 电气、 动力等进行概念设计，在与业主沟通后认为设计功能可满足需求的条件下应用BIM技术建模，接下来应用BIM 技术的冲突检测功能检查建筑结构与其他安装各专业设备管线的冲突情况，首先保证结构与动力布置的合理，其次检测各动力能源专业之间的管线是否缺失、 是否冲突，最后进行各位置检修空间和安全距离需要的软碰撞检测，调整完善后便做好了基础设计工作。 设计师根据三维虚拟模型可以真实准确地提出工程量清单，作为业主招标与清单的依据，确保造价的合理规范、 真实可靠。

2.2 建设阶段

施工单位可借助地理信息系统 （Geographic Information Systems，GIS） 技术将GIS 信息库输入至BIM 中做好施工现场的布置工作，具体包括施工现场、 运输道路、 加工区域及物料堆放区域等规划工作。

施工单位项目经理组织施工员根据BIM 技术进行施工组织模拟，及时获取数据信息，参考数据信息编制更加合理的施工组织计划； 各专业施工员结合生产实际加强对生产计划的合理安排，从而使得分包结算工作设计更加科学合理； 各专业技术人员依据施工进度计划加强基础数据的采集管理，发现设计中存在的不足，并提交设计及其他人员审核完善，收集现场基础信息支撑BIM 建模补充完善； 材料员根据BIM 快捷地获取数据信息，精准计算出需要采购的材料数量，并依据工程进度计划材料的使用情况分析采购材料需要的时间节点，更加方便有效地进行材料品种、 数量、 进场周期管控； 所有技术人员、 管理人员做好方方面面的过程资料及其他施工资料收集工作，完善工程档案管理，将BIM 设计及完善成果作为重要竣工资料交付业主，指导后期运营[1]。

3 BIM 在工程交付后于动力运行中的应用

动力系统等同于现代工业及半导体行业大躯体的心脏，动力系统运行的优劣直接影响到科研生产的成效，BIM 技术与其他多系统的融合可以提供关于机电工程、 动力系统的运营状态和维护数据信息，当故障发生时能第一时间做出精确判断。

3.1 BIM 系统对于动力系统空间关系的表达

机电、 动力系统包含室内空调净化、 强电弱电、 给排水、 冷热水、 各类气体等的保障系统，正是因为有这些系统，科研生产生命系统的构建才能得到保证。 大量的机电动力系统硬件又包括许多管道、 线路、 设备设施等的设置，它们分别围绕科研生产工艺需求展开。 因此，使用BIM 系统搭建结构、 建筑、 暖通、 给排水、 电力、 通信及其他动力专业等各个专业的模型。 最终把各个专业的管线整合到同一个场景中。 建设阶段根据设计施工图进行了各专业的管线碰撞检测，同时进行了各位置检修空间和安全距离需要的软碰撞检测，在项目动工前检查并发现项目中存在的错误，给设计提出合理化建议，避免后期的损失。 运行阶段根据建设实施过程规避掉各类冲突风险，得到一套完善完毕的设计模型成果，从运行的角度思考并做微调，通过BIM系统主要表达各类管线、 设备设施的空间关系。 将其他技术融合到BIM 系统中，点击BIM 系统细部，则其他信息一并在各自系统界面同时展现，运维工程师第一时间做出动力系统运行状态及故障状态的判断。

3.2 FMCS 对于动力系统逻辑关系的表达

厂务监控系统 （Faci1ity Management and Contro1 System，FMCS） 作为综合管理系统主要设置自动控制各系统控制主机，监控全厂动力设备运行状态，在设备设施自动化的基础上将各个系统、 子系统的运行信息集中汇集到中央控制室，把各节点监控系统整合起来统一进行画面监控、 数据存储、 报表分析数据发布等工作，使各系统被控、 可控。

FMCS 总体架构说明： 工程内机电、 气体、 动力系统可独立运行； 子系统通过光纤环网接入FMCS； 工程师对各子系统的画面、 数据进行编程、整合； 客户端工程师根据程序查阅子系统数据； 重要历史数据、 报警信息存入服务器，可导出数据做历史曲线调用； 报警方案。 通过FMCS 主要表达各个系统的逻辑关系[2]。

3.3 视频监控系统对于动力系统环境关系的表达

视频监控系统： 在关键节点位置设置摄像装置，中控室设置拼接屏监视墙，可监视调阅各系统视频图像，可结合语音播音系统、 对讲系统交流。室外可结合GIS 技术定位。 通过视频监控技术对现场进行直观监视。

于是通过以上各技术的融合，进一步将各系统信息库输入至BIM 中并不断完善，逐步提升厂区动力系统运维自动化、 智慧化、 信息化水平。

4 结束语

BIM 概念已普及了很多年，工程技术人员都知道BIM 的概念，但也仅局限于了解BIM 是三维模型。 BIM 到底能干什么，能为实际工作带来什么价值，很多专业人士对此也概念模糊。 BIM 系统的采用有诸多优势，但也存在模型占用空间较大，建模复杂等问题，另外在设计、 施工、 运行、 信息化建设的各阶段存在壁垒，如何融会贯通也是一个课题。 目前BIM 系统对电脑软硬件要求较高，如能将BIM系统进一步与FMCS、 GIS 技术及视频监控系统优化融合，并大量地应用到各工业系统管理中，形成一个厂区动力系统天眼、 天网工程。

本文通过应用BIM 技术对能源动力系统信息化进行探讨，可以让人们更深入地了解BIM 技术产生和应用的意义与价值，为工程建设和运维管理助力，全面提升全系统管理水平。