BIM 技术在机电设备安装及运行管理中的应用

魏 国，李 磊，任泽俭

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东润鲁工程咨询有限公司，山东 济南 250109）

泵站工程广泛应用在调水、灌溉、防洪等方面，对水资源调配发挥着重要作用。针对大型泵站工程，机电设备安装质量的好坏及运行管理水平的高低将直接关系到工程的安全稳定运行。机电设备安装阶段，利用BIM 技术可以建立机电设备信息模型，提高施工安装管理水平，减少返工，缩短工期，节省投资。机电设备运行管理中，利用BIM 技术可实现实时监控，及时了解设备的状态，发现设备运行中存在的问题，并针对问题制定相应的解决方案，从而保障设备的安全及高效运行。

1 BIM 技术概述

BIM 技术即为建筑信息模型建造技术，主要是通过三维数字建模软件进行数字化、信息化建模，可应用于项目的全生命周期，将信息整合并对数据进行更新和共享，实现更快捷的信息传递。BIM 技术具有三维可视化管理、仿真模拟、多方参与等特点，并且支持多重数据传输格式。同时，BIM 技术能够为多方创造价值，通过BIM 模型，管理单位也能够实时掌握收益数据信息，有效把控成本。BIM 技术是一场重要的信息技术变革，既能有利保证工程项目实施的高质量、控制进度、减少成本、提升工作效率，又能提高项目运行管理水平。我国BIM 技术的应用虽然起步较晚，但受到高度重视。目前，BIM 技术在船舶、建筑、市政、机械、核电等工程领域推广较快，在水利、交通等行业推广较慢。

2 BIM 技术在机电设备管理中的优势

2.1 施工安装管理中的优势

一是模型属性信息较完整全面，BIM 机电三维模型包含与设备有关的全部属性信息，不仅可以显示传统平面图纸中的材质和型号，还能够显示设备的生产厂家、进场时间、安装时间、验收时间和相应责任人等所有相关属性信息，便于建设单位和施工单位的查询和管理，更有利于后期的维护。二是BIM 技术的可视化，是其蓬勃发展的重要优势之一，它不仅具有精准的模型，还可在模型基础上显示设备管线的走向及空间位置。三是在传统平面机电图纸中，工程技术人员需要在脑海中想象管线的走向和空间位置，BIM 技术使管线的走向和空间位置变得立体直观，帮助工程技术人员更轻松高效地读图。四是BIM 技术还能够渲染出漫游视频，可以帮助工作人员理清密集的管线排布和复杂节点位置，有助于在读图时更加深入地了解和掌握该区域的布管情况。

2.2 运行维护管理中的优势

在传统的机电设备运行管理中，主要是根据过往经验，通过预防性维护或者是临时维修来维持设备的良好运行，但对于大型泵站机电设备来说，其结构比较复杂，若不重视日常的维护或者定期进行检修，有可能造成严重的经济损失。在大型泵站工程机电设备管理中，应用BIM 技术能够实现实时监控，实时了解设备运行情况，及时发现和解决问题，从而降低管理成本及维护成本，极大地缩短决策的时间，并为泵站后期设备管理提供数据支撑。

3 BIM 技术在机电设备管理中的应用

3.1 构建模型

BIM 技术构建三维模型之前，要充分熟悉图纸，了解设计原理和意图。同时，要提前掌握管道的材质、系统类型以及连接的方式，避免在模型构建之后发现错误修改返工。构建模型的工作量相对较大，可以结合实际情况进行分工绘制。在构建模型时，还要加入施工过程所用参数或业主所需数据，如生产厂商和安装日期等。三维模型是后续工作顺利开展的基础，所以，一定要确保模型的准确度和精准性。

3.2 管线布设优化

在构建完土建和机电模型之后，将其链接为一个模型并进行碰撞检测，在初步模型中可以检测到很多个碰撞点，但是要对其类型进行区分。最后进行管线优化，但在管线布设优化之前，一是要再次检查土建模型和机电模型是否正确，二是要熟悉管线排布的顺序以及净高要求。在进行管线布设优化时，要遵循以下几个原则：无压管优先于有压管、大管优先于小管、风管优先于水管等。对于所检测到的碰撞点要逐一进行优化，优化完成之后可以进行二次碰撞检测，若这时还存在碰撞点，那么就需要分析所进行的碰撞检测是否有效。

3.3 技术交底

传统的技术交底只能展示管线的平面位置关系，无法展示其空间位置关系。但BIM 模型渲染出的泵房漫游视频可以展示复杂节点的三维图，帮助工作人员立体直观地了解设计意图和施工要求。同时，通过对一些复杂节点的施工流程提前进行视频模拟，便于为施工模拟提供更为精准的数据，比如泵房中管道的管径比较大，分布较为密集，在实际施工过程中不仅需要注意管道之间的距离，还要注意阀门附件的安装间距要求，BIM 模型中的尺寸通常和管道、阀门的尺寸一致，通过对重要部位的模拟，有利于掌握安装顺序，进而可以为优化设备安装方案提供技术支持。

3.4 监测信息集成

机电设备的监测信息主要是由监测点的信息和监测数据组成，监测点信息是指整个监测系统中每一个子系统所属的各种信息，比如位置信息、设备的类型以及所属系统，同时还包括监测点类型、数据长度以及数值的范围等，监测点信息在整个机电检测系统中是以点表的形式存在。监测数据包括了机电设备监测点目前和以往的状态数据，有模拟量和数字量两种类型。

在已有的设备BIM 信息的基础之上，通过BIM 监测信息的扩展，将机电设备监测信息进行融合扩展为面向监测信息的信息模型，可以很好地实现对机电设备数据的监测、查询等。机电设备模型和监测点结构主要是通过监测点的设备层来实现其中的关联，每一个设备都能够在监测点结构中与设备模型区域相对应，监测点结构中的监测数据通常包含有监测点的ID、报警值、类型等，监测数据和数据库中的记录相对应。

在机电设备的监测集成系统的实际应用中，主要有两种查询方式，一种是根据已有的设备模型或区域信息查询监测点数据，另一种是先确定某一个监测点的数据，再查询其相关的BIM 模型。通过这两种方式能够构建出更为复杂的查询方式，同时，根据BIM 技术的可视化特点对数据进行融合，实现模型数据和监测数据的相互查询，从而使三维模型中每一个监测数据得以展现。在三维实体模型中，一个监测设备只需设置一个主监测点，并用不同颜色标注监测数据，同时另外使用一种颜色单独用来表示报警，在运行过程中，若监测值异常，可以立刻报警。

4 结 语

在大型泵站工程中应BIM 技术可以有效地对机电设备进行管理，通过对BIM 三维模型与其可视化特点的合理运用，极大地降低了施工过程中错误概率，也为后续的机电设备运行管理打下良好基础。通过BIM 技术对机电设备监测信息的集成，有效解决了泵站工程机电设备管理中存在的问题，推动了整体管理水平的提升。BIM 技术在大型泵站的机电设备工程项目规划设计、施工安全、故障查排、运行维护、降低成本等方面发挥了巨大贡献，今后要在与智能化、大数据等技术结合上进一步研究提高。