基于BIM的機電設備系統建模方法

文/張志遠 王輝，.身份證號：4089850955X；.身份證號：4009880409070

基于BIM的機電設備系統建模方法

文/張志遠1王輝2，1.身份證號：41108119851109155X；2.身份證號：410102198804090170

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是信息化技術在建筑行業的直接應用，其中以Revit為代表的主流BIM設計軟件不僅結合了傳統的AutoCAD二維設計，同時展現了三維參數化建筑信息模型。隨著Revit的應用日益廣泛，設計方和施工方對Revit的要求越來越高，特別是對于復雜機房的機電設計和機電施工方面，希望Revit可以提供更有效的方法，來提高復雜機電機房施工效率和機電設備系統建模效率。

BIM；機電設備系統；建模方法

1 基于BIM的機電設備系統建模方法框架

基于BIM的機電設備系統建模方法在設計過程中提高了機電設備系統的建模效率，同時將BIM模型機電設備的參數信息生成二維碼，并批量打印。在施工過程中，施工人員通過掃描采購方貼至機電設備上的二維碼，獲得設備對應參數信息，包括機電設備名稱、型號、標高(放置樓層)等信息，并依據機電設備所屬建筑機房歸類(如制冷機房、鍋爐房、人防機房、水泵房等)，運輸至對應的機房;施工方通過手機APP查看定位信息功能，即可查看機電設備在機房的具體定位;由于機房管道的密集復雜性，施工人員無法通過機電設備定位信息獲得機電設備之間的準確連接關系，需要通過手機APP的空間關系功能獲取當前機電設備的一級連接關系和二級連接關系，以實現指導機電設備和管道的安裝施工。

2 關鍵技術

2.1 基于IFC的信息共享接口

BIM-FIM是作為一個可快速整合各施工參與方不同格式模型的平臺，通過此平臺對模型進行管理。通過開發IFC接口，導入不同建模軟件建立BIM模型，通過IFC文件導入BIM-FIM系統，并保存模型的所有屬性信息。

2.2 BIM模型多維存儲與優化BIM三

維模型BIM三維模型數據量極其巨大，通過采用實體掃掠法和邊界描述法等，從多維角度對同一構件進行存儲，并在不同需求情況下，動態獲取各維度信息。同時，對BIM模型中的三維構件，采用模型轉化機制、位置映射、邊界簡化等技術和算法，大大優化并降低了BIM模型信息的存儲量。實體掃掠和邊界描述法是指通過掃描實體模型的多邊形表面，將掃描后的多邊形表面分割成更小的多邊形，最后將多邊行分割成多個三角形，從而得到了由保存實體模型的三角形數據。這樣形成的三維模型只是一個空殼，只有模型的表面信息以及幾何信息，相比較實體模型信息更加簡單。

2.3 基于網絡的BIM數據庫及其訪問控制

通過搭建完備、高效的信息數據庫，實現建筑及機電設備竣工圖的BIM模型信息存儲，并通過并發訪問控制機制，確保多用戶協同工作的數據安全性。

2.4 設備成組標識與基于移動平臺的設備識別

通過開發二維碼接口，將單個設備及區域內設備的關鍵信息成組，并主要以二維碼標簽的方式標識并保存，亦可通過射頻識別技術（RFID）輸出成標識卡。當移動平臺設備掃描到該標識時，能提取其相關信息，并在無線網絡環境下，從BIM數據庫中獲取其他相關屬性信息，為維護人員提供支持。例如在維護維修過程中，快速獲取設備參數，使維修過程簡便、高效。

2.5 海量運營維護信息的動態關聯技術

面向海量的施工和運營維護信息，針對機電設備不同的系統劃分，研究了其基于構件的信息動態成組技術與動態關聯技術，形成上下游動態模型，實現了高效的信息檢索、查詢、統計、分析與應急預案決策支持。

3 基于BIM的機電設備系統建模方法

基于BIM的機電設備系統建模方法設計主要分為3個功能模塊:查看機電設備參數信息功能，查看機電設備定位信息功能，查看機電設備連接關系信息功能。通過Revit插件提取機電設備參數信息、定位信息和空間連接關系信息，同時將機電設備的參數信息生成QR二維碼并批量打印，為施工方查看機電設備對應信息提供方便。

3.1 機電設備參數信息和二維碼功能模塊

考慮到項目的多樣性，設定每個機電設備的唯一標識參數為項目ID+機電設備族ID。根據施工技術和施工原理，通過RevitAPI，提取實際工程施工所需機電設備的具體類型參數、實例參數和項目共享參數。采取QR二維碼的生成算法，將提取的機電設備參數信息和機電設備縮略圖生成二維碼，并打印。在采購的機電設備進入施工現場的同時，將機電設備模型參數信息生成的二維碼貼至對應的機電設備上，便于施工人員掃碼獲得參數信息，如安裝樓層信息(標高)、機電設備的揚程/流量等參數信息。

3.2 機電設備定位功能模塊

通過RevitAPI，獲得當前機電設備ID所對應的機電設備在模型坐標系下的幾何坐標，即該族在Revit模型中的坐標。在實現機電設備定位功能后，將機電設備定位信息保存為Revit視圖，并將定位視圖輸出至數據庫，以便施工人員掃描二維碼時在客戶端顯示定位視圖圖片。

3.3 機電設備空間連接關系功能模塊

在Revit實際工程項目模型中，機房的三維可視化模型空間小，而機房房間卻布滿管道系統，從單一的Revit機房模型中無法判斷出單個機電設備與其相連管道之間的連接關系，需要單一提取。將提取機電設備的空間連接關系分為單個機電設備的一級連接關系和二級連接關系。

4 試驗測試結果及數據分析

結合主要功能模塊的結構特點，基于BIM的機電設備系統建模方法設計主要分為PC端、數據庫端和移動終端。

(1)PC端試驗結果及數據分析。PC端主要實現基于Revit的設備參數信息提取、設備定位信息提取和設備一級連接關系和二級連接關系提取功能，同時與生成二維碼功能結合，將提取的對應數據導入數據庫，最后依據對應方法生成對應的Revit自啟動功能插件。

(2)移動終端試驗結果及數據分析。移動終端的APP功能與PC端功能相對應，具有查看設備參數信息功能、設備定位信息功能和設備連接關系信息功能。手機APP掃描二維碼，解析二維碼數據中的ID信息，在用戶選擇不同的功能按鈕時，通過二維碼的機電設備ID參數從數據庫對應的表讀取數據，并將其相應信息顯示給用戶。

總之，本文針對BIM機電模型的結構特點，提出采用EECTG模型用來描述機電設備的連通關系，并構造MEDNT模型和鄰接矩陣，獲得機電設備的空間連接關系，同時結合RevitAPI提取的機電設備參數信息和定位信息功能，實現基于BIM的機電設備系統建模方法。由于BIM機電模型測試庫規模較小，測試的機電設備的種類有限，后期將構造大規模的BIM機電機房模型庫。

[1]李東鋒,陳臻穎.BIM技術在我國的應用現狀研究[J].安徽建筑.2014(02)

[2]丁貞魁,王娜,張福祥.建筑設備管理系統的設計與開發[J].山東建筑大學學報.2007(03)