淺析BIM技術(shù)在水泥行業(yè)電氣工程中的應(yīng)用

孫瑞斌

1 引言

20世紀(jì)90年代，G.A.van Nederveen和F.P.Tol?man正式為BIM命名——Building Information Mod?el（建筑信息模型），提出項目參與者需整合各層面、各視角的信息，以滿足各專業(yè)和各功能提取信息的需要[1]。

從圖紙設(shè)計、工程施工到項目投入運行，BIM可實現(xiàn)其全部周期的維護，將各種信息整合在三維模型中，各方工作人員可以基于三維模型協(xié)同工作。

水泥行業(yè)的電氣設(shè)計工作目前主要是通過傳統(tǒng)設(shè)計軟件AUTOCAD完成，設(shè)計圖紙為二維圖紙，無法及時做到與其他專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。隨設(shè)計工作的變化，設(shè)備與材料的造價及物流和施工狀況也會發(fā)生改變，但在二維設(shè)計中采購部門、物流部門和施工方無法實時了解相關(guān)的更新狀態(tài)。

在水泥行業(yè)EPC項目中應(yīng)用BIM，必定會節(jié)約工程造價，縮短項目工期，提高工程服務(wù)質(zhì)量。電氣專業(yè)作為水泥EPC項目中不可或缺的一環(huán)，應(yīng)緊跟時代步伐，將BIM應(yīng)用于電氣工作中。

2 BIM在水泥行業(yè)電氣方面的應(yīng)用分析

（1）基于BIM軟件系統(tǒng)的電氣族庫開發(fā)，是電氣設(shè)計、采購、物流、施工、維護的基礎(chǔ)

BIM的軟件系統(tǒng)并非只是單獨一種類型的軟件，而是包含繪圖、專業(yè)、管理三種類型的軟件。我公司采用Revit繪圖設(shè)計軟件，作為電氣族庫的開發(fā)以及電氣設(shè)計、采購、物流、施工、維護的基礎(chǔ)。

這一過程，實際上是為傳統(tǒng)二維設(shè)計賦予更多的信息。它不僅僅是在Revit中將2D的電氣設(shè)備繪制為3D，而是對于每個設(shè)備，我們均可以為其添加各個參數(shù)，方便項目各方在具體設(shè)計、應(yīng)用過程中了解設(shè)備的各種信息。

舉例來說，變壓器是水泥廠中常見的電氣設(shè)備，在傳統(tǒng)設(shè)計中，我們可以從廠家設(shè)備圖紙中找到二維設(shè)備圖，但具體參數(shù)諸如電壓等級、短路阻抗百分比、聯(lián)接組別、重量、容量等參數(shù)則需要翻閱說明書才可找到，這無疑增加了設(shè)計以及施工階段的工作量。另外，在傳統(tǒng)模式中，設(shè)備的采購需要由設(shè)計部門將設(shè)計文件傳遞給采購部門，由采購部門完成采購后，再將技術(shù)文件返回設(shè)計部門，程序較為復(fù)雜。同時，現(xiàn)場施工方會經(jīng)常詢問物流部門該設(shè)備的物流情況。對于海外項目，由于運輸及清關(guān)時間長，物流信息的傳遞需要不同部門之間相互溝通，一定程度上影響了其時效性。而對于業(yè)主方，更為關(guān)注的是設(shè)備投入運行后，需要為設(shè)備配備的備件種類與數(shù)量，這一點在傳統(tǒng)設(shè)計過程中并沒有過多提及，多數(shù)需要在后續(xù)工作中補充備件清單。

在BIM模式下，我們可以繪制變壓器的3D模型，更為直觀地看到該設(shè)備的全貌?？梢愿鶕?jù)不同規(guī)格、不同尺寸的變壓器繪制不同規(guī)格3D模型，方便設(shè)計階段調(diào)用。同時，將變壓器各項電氣參數(shù)填寫在對應(yīng)的信息欄，在點擊該設(shè)備或輸入該設(shè)備項目編碼時，可隨時調(diào)用其各項電氣參數(shù)。在采購階段，采購部門也可在系統(tǒng)中提取相關(guān)設(shè)備，輸出包含各參數(shù)的電氣設(shè)備表，直接用于設(shè)備的采購。在物流階段，我們可以及時在設(shè)備信息欄里更新物流信息狀態(tài)，比如生產(chǎn)制造、國內(nèi)運輸、集港、海運、清關(guān)等，還可以為物流添加倒計時的功能，方便施工現(xiàn)場實時跟蹤該設(shè)備的位置信息，安排及調(diào)整現(xiàn)場施工方案。在備品備件方面，我們可以為設(shè)備添加備件信息，業(yè)主可直接調(diào)用該設(shè)備的備件，進而統(tǒng)計全廠電氣設(shè)備的備件清單，極大方便了業(yè)主的維護工作。以上工作均以族庫為基礎(chǔ)，在減小工作量的同時，增強了針對性和時效性。

圖1 在Revit中的變壓器模型

圖2 在Revit中變壓器的電氣參數(shù)界面

圖1為在Revit中的變壓器模型。圖2為在Re?vit中變壓器的電氣參數(shù)界面，該參數(shù)會隨著族庫的完善而不斷完善。

（2）與其他各專業(yè)配合，進行設(shè)計

水泥工程設(shè)計流程通常以工藝為主專業(yè)，工藝專業(yè)提出流程及布置方案后，土建專業(yè)為各設(shè)備布置提供架構(gòu)，電氣專業(yè)為各設(shè)備提供電源，并監(jiān)控工藝流程的運行情況。基于BIM的設(shè)計，電氣可與其他專業(yè)協(xié)同設(shè)計，將族庫內(nèi)各電氣設(shè)備按照設(shè)計者的思路放置在三維設(shè)計環(huán)境中，并直接繪制電氣配電設(shè)備至用電設(shè)備的路徑。圖3為在三維環(huán)境中進行的照明設(shè)計。

圖3 在Revit中進行照明三維設(shè)計

在電氣設(shè)計的同時，進行設(shè)備與材料的統(tǒng)計，該統(tǒng)計比人工統(tǒng)計更為準(zhǔn)確，并且在更新設(shè)計的同時，可以做到設(shè)備與材料的同步更新。圖4為隨著照明設(shè)計不斷進行更新的設(shè)備與材料統(tǒng)計界面。

圖4 Revit中照明設(shè)備與材料的實時更新界面

這種設(shè)計更大的意義在于，當(dāng)其他專業(yè)或者設(shè)備的資料出現(xiàn)變更時，可以將對于電氣設(shè)計的影響實時反饋在BIM系統(tǒng)中，提醒設(shè)計者更新電氣設(shè)計。比如當(dāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)發(fā)生改變時，是否會與原電氣管線的設(shè)計發(fā)生碰撞，在傳統(tǒng)設(shè)計中，需要設(shè)計者校對圖紙，而設(shè)計者有可能遺漏，但在三維設(shè)計中，這種碰撞是很容易被發(fā)現(xiàn)的。在傳統(tǒng)設(shè)計中還會出現(xiàn)的一種情況是，在設(shè)計臨近末尾的階段，時常會出現(xiàn)設(shè)備資料變更，但在電氣設(shè)計中卻沒有隨之更改；或者施工圖已經(jīng)提交，但是設(shè)備資料出現(xiàn)更新的情況。采用BIM系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計管理進度與設(shè)備資料，則能避免現(xiàn)場施工與設(shè)計不符的情況發(fā)生。

（3）賦予各個電氣設(shè)備時間與造價的概念

各電氣設(shè)備信息除基本電氣參數(shù)外，還可將設(shè)備造價與設(shè)備實時的位置及狀態(tài)反饋到BIM系統(tǒng)中，為物流及施工工程提供極大化的數(shù)據(jù)支持。

舉電纜為例，電氣設(shè)計結(jié)束后，由于在電纜的族庫中添加了型號、規(guī)格與長度等參數(shù)，可以通過系統(tǒng)自動統(tǒng)計出各型號規(guī)格的電纜量，提出采購請求，之后根據(jù)采購合同，填入對應(yīng)的單位價格。與此同時，可實時更新電纜的物流信息，提高施工管理效率。

BIM 5D是在3D虛擬空間的模型基礎(chǔ)上，融入“進度維度”與“成本維度”，形成由“3D建筑模型+1D進度+1D成本”的五維建筑信息模型。表面上是簡單地增加了兩個維度，而實際上是更寬泛地拓展了BIM技術(shù)的信息視角，探索了施工項目整個周期的更多層面[2]。

（4）增強現(xiàn)實AR與現(xiàn)場安裝指導(dǎo)及運營維護

Augmented Reality（增強現(xiàn)實世界），簡稱AR，是在真實的世界內(nèi)，通過計算機技術(shù)增加虛擬的場景事物，在一定視角上使虛擬世界和現(xiàn)實世界相融合的技術(shù)[3]。現(xiàn)場施工人員可以通過特定的工具，如AR眼鏡，在現(xiàn)實世界中建立虛擬的電氣設(shè)備。這樣，在施工階段，即可有效對電氣設(shè)備定位，同時由于在族庫中已包含了設(shè)備的各項參數(shù)，可通過AR眼鏡即時看到設(shè)備的各種信息，更便于施工。

AR技術(shù)亦可運用在設(shè)備的運營維護上，例如將設(shè)備的運營周期及維護記錄等數(shù)據(jù)放置在族庫系統(tǒng)中，并通過各種顏色區(qū)分各設(shè)備待維護的緊急程度，管理人員可迅速在現(xiàn)場確認(rèn)某個設(shè)備是否需要維護或更換。AR技術(shù)為設(shè)備的管理與維護提供了極大的便利，相關(guān)技術(shù)人員能夠根據(jù)動態(tài)的數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計各設(shè)備及備件信息，方便客戶的運營工作。

3 BIM存在的問題與展望

（1）BIM涉及工程項目從開始到結(jié)束后的運營全周期以及各個領(lǐng)域。如何引領(lǐng)工程、物流、采購、設(shè)計等各專業(yè)之間協(xié)同配合，最大化發(fā)揮BIM功能是值得我們深入研究的問題。

（2）BIM作為一項新技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人才短缺，需要重點選拔與培養(yǎng)。

BIM技術(shù)的應(yīng)用對節(jié)約資源、提高效率、創(chuàng)造經(jīng)濟價值有著重要作用，可以預(yù)見，在不遠的將來，BIM技術(shù)將會在越來越多的工程項目中得到應(yīng)用。