淺析BIM技術在水泥行業電氣工程中的應用

孫瑞斌

1 引言

20世紀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，以滿足各專業和各功能提取信息的需要[1]。

從圖紙設計、工程施工到項目投入運行，BIM可實現其全部周期的維護，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同工作。

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

在水泥行業EPC項目中應用BIM，必定會節約工程造價，縮短項目工期，提高工程服務質量。電氣專業作為水泥EPC項目中不可或缺的一環，應緊跟時代步伐，將BIM應用于電氣工作中。

2 BIM在水泥行業電氣方面的應用分析

（1）基于BIM軟件系統的電氣族庫開發，是電氣設計、采購、物流、施工、維護的基礎

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

這一過程，實際上是為傳統二維設計賦予更多的信息。它不僅僅是在Revit中將2D的電氣設備繪制為3D，而是對于每個設備，我們均可以為其添加各個參數，方便項目各方在具體設計、應用過程中了解設備的各種信息。

舉例來說，變壓器是水泥廠中常見的電氣設備，在傳統設計中，我們可以從廠家設備圖紙中找到二維設備圖，但具體參數諸如電壓等級、短路阻抗百分比、聯接組別、重量、容量等參數則需要翻閱說明書才可找到，這無疑增加了設計以及施工階段的工作量。另外，在傳統模式中，設備的采購需要由設計部門將設計文件傳遞給采購部門，由采購部門完成采購后，再將技術文件返回設計部門，程序較為復雜。同時，現場施工方會經常詢問物流部門該設備的物流情況。對于海外項目，由于運輸及清關時間長，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。而對于業主方，更為關注的是設備投入運行后，需要為設備配備的備件種類與數量，這一點在傳統設計過程中并沒有過多提及，多數需要在后續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備的全貌。可以根據不同規格、不同尺寸的變壓器繪制不同規格3D模型，方便設計階段調用。同時，將變壓器各項電氣參數填寫在對應的信息欄，在點擊該設備或輸入該設備項目編碼時，可隨時調用其各項電氣參數。在采購階段，采購部門也可在系統中提取相關設備，輸出包含各參數的電氣設備表，直接用于設備的采購。在物流階段，我們可以及時在設備信息欄里更新物流信息狀態，比如生產制造、國內運輸、集港、海運、清關等，還可以為物流添加倒計時的功能，方便施工現場實時跟蹤該設備的位置信息，安排及調整現場施工方案。在備品備件方面，我們可以為設備添加備件信息，業主可直接調用該設備的備件，進而統計全廠電氣設備的備件清單，極大方便了業主的維護工作。以上工作均以族庫為基礎，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界面，該參數會隨著族庫的完善而不斷完善。

（2）與其他各專業配合，進行設計

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

圖3 在Revit中進行照明三維設計

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

圖4 Revit中照明設備與材料的實時更新界面

這種設計更大的意義在于，當其他專業或者設備的資料出現變更時，可以將對于電氣設計的影響實時反饋在BIM系統中，提醒設計者更新電氣設計。比如當結構基礎發生改變時，是否會與原電氣管線的設計發生碰撞，在傳統設計中，需要設計者校對圖紙，而設計者有可能遺漏，但在三維設計中，這種碰撞是很容易被發現的。在傳統設計中還會出現的一種情況是，在設計臨近末尾的階段，時常會出現設備資料變更，但在電氣設計中卻沒有隨之更改；或者施工圖已經提交，但是設備資料出現更新的情況。采用BIM系統協同設計管理進度與設備資料，則能避免現場施工與設計不符的情況發生。

（3）賦予各個電氣設備時間與造價的概念

各電氣設備信息除基本電氣參數外，還可將設備造價與設備實時的位置及狀態反饋到BIM系統中，為物流及施工工程提供極大化的數據支持。

舉電纜為例，電氣設計結束后，由于在電纜的族庫中添加了型號、規格與長度等參數，可以通過系統自動統計出各型號規格的電纜量，提出采購請求，之后根據采購合同，填入對應的單位價格。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）增強現實AR與現場安裝指導及運營維護

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

AR技術亦可運用在設備的運營維護上，例如將設備的運營周期及維護記錄等數據放置在族庫系統中，并通過各種顏色區分各設備待維護的緊急程度，管理人員可迅速在現場確認某個設備是否需要維護或更換。AR技術為設備的管理與維護提供了極大的便利，相關技術人員能夠根據動態的數據庫，統計各設備及備件信息，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束后的運營全周期以及各個領域。如何引領工程、物流、采購、設計等各專業之間協同配合，最大化發揮BIM功能是值得我們深入研究的問題。

（2）BIM作為一項新技術，相關技術人才短缺，需要重點選拔與培養。

BIM技術的應用對節約資源、提高效率、創造經濟價值有著重要作用，可以預見，在不遠的將來，BIM技術將會在越來越多的工程項目中得到應用。