基于BIM的地鐵車站機(jī)電設(shè)備運維管理

張 冰

1上海交通大學(xué)自動化系；2上海電氣自動化設(shè)計研究所有限公司

基于BIM的地鐵車站機(jī)電設(shè)備運維管理

張 冰12

1上海交通大學(xué)自動化系；2上海電氣自動化設(shè)計研究所有限公司

本項目以南京地鐵某車站為典型應(yīng)用，將BIM技術(shù)引入到地鐵車站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的運維過程中，并以此為試點，希望通過BIM技術(shù)在本項目的實際應(yīng)用，將其逐步向其他項目和行業(yè)推廣?；贐IM技術(shù)的可視化、模擬性特點，為地鐵項目的成本管理、風(fēng)險控制及現(xiàn)場管理的精細(xì)化管理提供參考依據(jù)。目前項目的BIM模型、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和現(xiàn)場總線連接部分已經(jīng)完成，并投入至現(xiàn)場使用中。

BIM；地鐵車站；機(jī)電設(shè)備；總線；運維

引言

近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和各種可視化軟件的更新，在工程實踐中越來越多的利用建模手段來實現(xiàn)建筑工程數(shù)字化。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。

地鐵的機(jī)電設(shè)備主要分為5大部分，分別是電力、通信、監(jiān)控、環(huán)控、動力保障系統(tǒng)。這5大部分分布在地鐵全線，分布密度最大的是在全線幾十個車站中。每個地鐵車站一般擁有三層至五層的建筑地域，在設(shè)備維護(hù)過程中具有高集成、高密度、復(fù)雜多元化的特點。因此，借助BIM的三維數(shù)字特點，結(jié)合空間信息特征來提高地鐵車站在機(jī)電設(shè)備工藝校驗的效率是十分有效的。同時該技術(shù)融合了設(shè)備位置空間、設(shè)備位置和設(shè)備特征信息，對運行階段設(shè)備維護(hù)的效率將產(chǎn)生積極作用。

1 研究的范圍和新特點

本系統(tǒng)具有地鐵車站機(jī)電設(shè)備建模、地鐵車站機(jī)電設(shè)備可視化動態(tài)維護(hù)管理等功能，具體研究內(nèi)容如下：

1.1 三維場景搭建

根據(jù)地鐵車站實際結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，運用主流的建筑BIM建模軟件建立地鐵車站的3D模型，并將各機(jī)電設(shè)備的3D模型作為一個坐標(biāo)控件嵌入其中。使用Revit Architecture/3DMax/Solid works建立地鐵車站機(jī)電設(shè)備的3D模型，同時賦予模型各種屬性信息，包括構(gòu)件、設(shè)備、管線的材質(zhì)、型號、安裝高度、安裝方式等。最后通過與虛擬仿真平臺的接口實現(xiàn)地鐵車站內(nèi)部場景及其相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的自由漫游。

1.2 設(shè)備維護(hù)仿真

建立設(shè)備動態(tài)編碼信息，根據(jù)具體地鐵車站PLC或I/O服務(wù)器接口協(xié)議，通過地址轉(zhuǎn)換，自動獲取動態(tài)管理所需的設(shè)備信息，進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)仿真。設(shè)備動態(tài)管理及維護(hù)主要是及時獲取設(shè)備運行信息，實現(xiàn)設(shè)備運行的累計運行時間統(tǒng)計、工況分析、負(fù)荷分析、動態(tài)維修提醒、動態(tài)維護(hù)提醒。

1.3 信息交換及共享平臺

建立設(shè)備維護(hù)及備品信息等數(shù)據(jù)庫，同時結(jié)合BIM提供的豐富的模型信息，包括實體信息、位置信息、設(shè)備信息、安裝信息、運營維護(hù)信息、管理信息等，建立信息交換與共享平臺，有效整合項目全過程信息，實現(xiàn)信息在不同環(huán)節(jié)的無縫集成。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 三層體系架構(gòu)

考慮到地鐵車站管理者在空間上的遠(yuǎn)距離及使用的方便性，本項目采用B/S模式，用戶使用方便，也可以為設(shè)備管理業(yè)務(wù)提供更好的技術(shù)支撐。表示層提供應(yīng)用程序的用戶界面，用戶要輸入的設(shè)備信息及漫游控制等內(nèi)容由該層輸入。業(yè)務(wù)邏輯層將設(shè)備信息管理、庫存管理、場景驅(qū)動、數(shù)據(jù)分析、通訊管理等的處理緊密結(jié)合起來，保持?jǐn)?shù)據(jù)的高度一致性和完整性。數(shù)據(jù)層向外部系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問，各級用戶可以得到相應(yīng)權(quán)限的數(shù)據(jù)支持。

2.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包括：虛擬仿真、設(shè)備管理、在線維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)通訊四大模塊，分別實現(xiàn)地鐵車站場景漫游、設(shè)備信息管理、安裝維護(hù)和通訊功能。

圖1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

2.3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程反映了設(shè)備維護(hù)及管理過程中的數(shù)據(jù)來源及對數(shù)據(jù)所進(jìn)行的處理，直觀的反映了系統(tǒng)的全部功能。通過系統(tǒng)運行積累了設(shè)備使用的大量數(shù)據(jù)，為設(shè)備維護(hù)工作機(jī)管理決策提供更加便捷的工具。

圖2 系統(tǒng)工作流程

3 系統(tǒng)實施

3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如圖3）

3.2 場景漫游搭建

地鐵場景及機(jī)電設(shè)備的三維漫游為規(guī)劃設(shè)計地鐵車站機(jī)電設(shè)備的安裝維護(hù)管理提供了依據(jù)。首先利用具有文件輸出接口的三維建筑信息建模軟件Revit進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)場景及對象的幾何建模，然后以.fbx等文件格式輸出，最后通過Unity中的數(shù)據(jù)接口讀取.fbx及數(shù)據(jù)源文件，并將其轉(zhuǎn)化為場景組成節(jié)點，從而建立系統(tǒng)的三維虛擬場景。

3.3 系統(tǒng)界面

圖3 數(shù)據(jù)庫ER圖

圖4 設(shè)備管理查詢

圖5 車站站廳層概覽

3.4 系統(tǒng)通訊

控制的實際環(huán)境是從操作臺的組態(tài)軟件發(fā)出命令，經(jīng)由以太網(wǎng)處理傳遞到本系統(tǒng)。本系統(tǒng)接收到從組態(tài)軟件發(fā)來的控制命令，做出相應(yīng)的動作，并把本系統(tǒng)當(dāng)前的部分主要狀態(tài)值發(fā)還給組態(tài)軟件。

4 結(jié)束語

利用BIM的可視化、模擬性和可出圖性，將地鐵設(shè)備置于BIM的三維地圖中，增加了運維時期的方便性。在設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫建立后，在上位機(jī)中點擊相關(guān)設(shè)備就可直接查到設(shè)備的靜態(tài)和動態(tài)特性。使用這套設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫，可以降低地鐵運行期間的設(shè)備維護(hù)管理成本，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)管理的可視化、智能化。本項目將BIM技術(shù)應(yīng)用于地鐵車站機(jī)電設(shè)備的安裝及維護(hù)過程中，為地鐵機(jī)電設(shè)備的正常運營提供了必要的輔助支持。

[1]李曉寧.地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)電氣部分節(jié)能改造方案分析［J］.工程建設(shè)與設(shè)計,2014年第4期：64-67.

[2]何壘.地鐵通風(fēng)空調(diào)的節(jié)能設(shè)計［J］.中華建設(shè),2014年03期: 98-99.

[3]蘇斌,蘇藝,趙雪鋒,王磊.BIM在地鐵站點工程中的應(yīng)用探索［J］.土木建筑工程信息技術(shù),2013年12月,第5卷第6期:95-100.

張冰（1990-），女，江蘇人，大學(xué)本科工學(xué)學(xué)士，助理工程師，自動化。