BIM 在設(shè)備管理與運維中的應(yīng)用

葉曉冬

（上海勘測設(shè)計研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

在本文研究過程中，以海上風電系統(tǒng)為研究對象，制定了BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)在各類設(shè)施運行過程中的管理和運維工作方案。由于BIM 技術(shù)可以覆蓋相關(guān)工程項目的全壽命周期，因此在設(shè)計、施工以及運維管理過程中，分析BIM 技術(shù)的具體工作形式，可以提高所有設(shè)施的管理和運維工作質(zhì)量。

1 BIM 在設(shè)備管理中涵蓋的內(nèi)容

1.1 風場模型建設(shè)

在海上風電系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)以及后續(xù)運維管理過程，必須通過分析風場模型，了解各類設(shè)備的運行方案和常見故障隱患。BIM 技術(shù)雖然可以實現(xiàn)建立風場模型，但是與專業(yè)軟件相比，誤差較大。本文制定的方案是借助使用GIS 技術(shù)，實現(xiàn)對風場三維模型制作精度的保持。建立的模型可以直接根據(jù)風電系統(tǒng)建設(shè)位置的風力參數(shù)，構(gòu)造風力強度模型、方向模型和發(fā)生時間模型，能夠更好說明風力參數(shù)。首先使用BIM 技術(shù)創(chuàng)建海上風電系統(tǒng)的三維模型，然后使用GIS 技術(shù)將該三維模型與地理、環(huán)境、氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立海上風電系統(tǒng)的風場模型，從而在設(shè)計階段分析各類設(shè)施因環(huán)境因素所受的影響。

1.2 設(shè)備狀態(tài)分析

在設(shè)備運行狀態(tài)的分析過程，使用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)對所有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的三維可視化。然后根據(jù)各類設(shè)備的自身運行指標和工作狀態(tài)，分析該系統(tǒng)當前能否處于高效穩(wěn)定運行狀態(tài)。在設(shè)備狀態(tài)分析過程，需要將風電場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和已經(jīng)構(gòu)造的海上風電系統(tǒng)的風場模型整合。通過大數(shù)據(jù)分析，共同探討所有設(shè)備遭受影響的因素。另外，通常情況下海上環(huán)境更為惡劣，例如，在較高風力條件下會產(chǎn)生更大的浪涌。此外，空氣中的鹽分含量和水分含量更高，容易導(dǎo)致設(shè)備遭受外界環(huán)境的腐蝕。在BIM 技術(shù)的使用階段，可以加入相關(guān)參數(shù)，直接模擬腐蝕信息，從而找到運行環(huán)境對各類設(shè)備運行質(zhì)量造成的負面干擾。

1.3 管理項目配置

海上風電項目中，要在其中構(gòu)造消防系統(tǒng)、人居系統(tǒng)和備用設(shè)備存儲系統(tǒng)等。所有設(shè)施要分門別類配置，同時整個平臺空間有限，各子系統(tǒng)要經(jīng)過統(tǒng)籌規(guī)劃，防止出現(xiàn)系統(tǒng)間的沖突問題。使用BIM 時，各類子系統(tǒng)可以經(jīng)過任務(wù)的進一步分解，制定管理項目后形成專業(yè)化的施工管理方案[1]。確定模型后，要對其他管理項目進行進一步探討，如對于碰撞試驗、切圖試驗、施工模擬等，直接啟用BIM 技術(shù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)海上風電系統(tǒng)建設(shè)要求，通過獲取各類試驗數(shù)據(jù)了解在系統(tǒng)建設(shè)過程和運行過程中可能出現(xiàn)的安全風險，為后續(xù)管理和運維工作提供幫助。

1.4 管理節(jié)點定義

在管理節(jié)點的定義中，要根據(jù)不同子系統(tǒng)的建設(shè)標準和建設(shè)要求，實現(xiàn)對于相關(guān)節(jié)點的有序處理。并在此基礎(chǔ)上，進一步探討各類管理項目的工作模式。基于此方法，可以使實際取得的專業(yè)工作結(jié)果具有更高的可靠度。首先是對于投入人員的管理，要求所有人員必須要能夠在個人素養(yǎng)和工作能力方面符合要求。其次是各區(qū)域建設(shè)標準和建設(shè)方案的分析，通過對該區(qū)域中設(shè)定參數(shù)的利用，充分研究該項目當前運行狀態(tài)。最后是針對管理準則的建設(shè)，要求所有設(shè)備施工和建設(shè)過程中，要通過對該系統(tǒng)運行方案的協(xié)調(diào)，科學制定針對整個系統(tǒng)的管理和運維方案。

2 BIM 在設(shè)備運維中的應(yīng)用

2.1 發(fā)電機組運維

基于BIM 技術(shù)和GIS 技術(shù)的共同使用，可獲得海上風電系統(tǒng)發(fā)電機組信息。然后共同分析在海上特殊環(huán)境的作用下，風力發(fā)電機組可能出現(xiàn)的故障類型，再根據(jù)各類故障的概率和原因制定專業(yè)化的運維工作制度。例如，在某海上發(fā)電機組設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域在每年的11 月和12 月，海面風力較大。但是由于海水結(jié)冰，空氣中的含水量處于下降狀態(tài)，在每年的7—8 月，海平面溫度提高，導(dǎo)致空氣中的鹽分含量和水蒸汽含量大幅提升。則分析后可確定，風力發(fā)電機組常見故障為速度協(xié)調(diào)裝置長期承受較大的沖擊失效，同時水蒸汽以及鹽分對該裝置具有一定的腐蝕效果，則可確定在運維工作中需要重點檢查該設(shè)施。

2.2 海上升壓站運維

海上升壓站運維過程中，要能夠分析該升壓站中所有子系統(tǒng)的建設(shè)標準和施工方案。針對通常作業(yè)平臺中含有的相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)，需要在日常運維工作中全面檢查[2]。基于BIM 技術(shù)的使用，可以分析該區(qū)域的地理和自然環(huán)境，從而取得各類環(huán)境綜合作用下能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)造成的切實影響。然后制定針對各類侵蝕效果的分析方案，落實專業(yè)化的運維工作。可以直接派遣專業(yè)的工作人員參與工作。基于對BIM 技術(shù)的使用，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行過程中遭受環(huán)境負面影響的全面分析，然后參與運維工作。

2.3 輔助設(shè)施運維

各類輔助設(shè)施的運行，包括暖通系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等。這類系統(tǒng)作為海上風電系統(tǒng)的輔助設(shè)備，也需要處于安全穩(wěn)定運行狀態(tài)，從而使得整個系統(tǒng)保持有序運行模式。在具體運維工作中，要通過使用BIM 技術(shù)，綜合分析各類裝置的運行狀態(tài)和工作標準。另外，在輔助設(shè)施使用過程中，也需要全面探討當前該設(shè)備造成的各項影響，可制定專業(yè)的工作標準和工作路徑。使得輔助設(shè)施系統(tǒng)可以有序支持風力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。

2.4 設(shè)備本身關(guān)聯(lián)點處理

海上風電系統(tǒng)運行過程中必然存在大量連接節(jié)點，例如，鋼筋材料的焊接點、線路之間的連接點等。在連接點的分析過程，首先需要通過對BIM 技術(shù)的使用，分析各類連接節(jié)點在海上這一特定環(huán)境下，系統(tǒng)中可能存在的問題和相關(guān)缺陷。然后才可使已經(jīng)建立的綜合作用結(jié)果具有更高的可靠度。同時需要根據(jù)各類工作點的實際運行狀態(tài)，通過加入環(huán)境因素，分析可能存在的安全風險，通過建立事故樹模型和事件樹模型，針對一些重要節(jié)點，落實日常性運維工作。

3 BIM 技術(shù)在設(shè)備管理和運維中的使用方法

3.1 工作路線建設(shè)

在工作路線的建設(shè)過程，BIM 技術(shù)在該系統(tǒng)的設(shè)計階段，就可以實現(xiàn)對常見問題的發(fā)掘和深度探討。然后建立專業(yè)的日常管理和運維工作制度，使得整個系統(tǒng)能夠處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在實際工作過程，一方面需要在材料中加入屬性參數(shù)、施工進度參數(shù)、施工成本參數(shù)的跟蹤記錄，探討當前已經(jīng)取得的施工進展，并根據(jù)設(shè)計方案形成對比評價數(shù)據(jù)和對比機制，查明系統(tǒng)中的施工安全隱患[3]。另一方面要根據(jù)已經(jīng)構(gòu)造的施工方案，在關(guān)鍵施工項目實施、施工時間段內(nèi)，詳盡檢查所有信息，包括投入的人員數(shù)量信息、目前的投入設(shè)備信息、投入的建筑材料信息等，并且要將所有信息都記錄到信息表。依托BIM 技術(shù)和GIS技術(shù)獲取的施工方案具有全面性與合理性，因此若發(fā)現(xiàn)實際取得的監(jiān)管信息明顯不符合設(shè)計方案時，則可確定施工結(jié)果存在問題，從而分析在目前工作中施工問題的形成原因并予以解決。

3.2 工作重點識別

在工作重點識別中，通過使用BIM 技術(shù)和GIS 技術(shù)，通常情況下難以定量化描述各類風險發(fā)生概率，因此本文引入事故樹模型和事件樹模型。通過對各類風險發(fā)生概率和風險造成后果的分析，最終制定該系統(tǒng)的綜合運行方案。尤其對于在海上環(huán)境下更加容易出現(xiàn)問題的區(qū)域，通過對相關(guān)設(shè)施的有序調(diào)整，可以根據(jù)不同的風險發(fā)生概率和影響程度，建立協(xié)同性的工作制度。并且針對不同的日常管理和運維檢查事項，在其中構(gòu)造全面精準的工作管理體系。基于對日常施工中經(jīng)過記錄的施工信息綜合配置，使得最終取得的運維和管理工作結(jié)果專業(yè)可靠。

3.3 工作方案選用

在工作方案的配置過程，無論是日常的檢查工作還是運維工作，都需要按照故障的發(fā)生概率和嚴重程度，按照一定的層次進行檢查。例如，風力發(fā)電機組屬于日常檢查工作中的一個重點項目，要能夠檢查配速器、發(fā)電轉(zhuǎn)子和定子的運行狀態(tài)、扇葉的相關(guān)參數(shù)等。通過對所有參數(shù)的記錄，直接將所有數(shù)據(jù)傳遞給BIM 技術(shù)平臺，或者由專業(yè)的運維和檢修人員參與總結(jié)存在的安全隱患，使得最終取得的專項工作結(jié)果安全可靠。確定這類參數(shù)后，需要建立日常管理和運維工作的專項工作制度。該制度可以直接說明日常檢查工作中需要記錄的數(shù)據(jù)和分析的內(nèi)容。獲取這類數(shù)據(jù)后，全面跟蹤現(xiàn)場施工中得到的專業(yè)性施工數(shù)據(jù)。

3.4 工作節(jié)點配置

首先，在海上風電系統(tǒng)設(shè)計過程中，配置各類工作節(jié)點。在實際工作階段，一方面要能夠?qū)崿F(xiàn)對各類節(jié)點相關(guān)工作狀態(tài)和工作管理指標的合理分析，另一方面要根據(jù)常見的故障類型和故障的表現(xiàn)形式，合理構(gòu)造相關(guān)的管理節(jié)點，從而讓該節(jié)點能夠更好說明各類風險的發(fā)生概率。

其次，在施工過程中，工作節(jié)點的配置要能夠?qū)崿F(xiàn)對各類施工器械、施工方案、施工人員的素質(zhì)考察，并且將獲得的數(shù)據(jù)直接納入到BIM 中的技術(shù)分析平臺，實現(xiàn)對實際施工結(jié)果的有效模擬。若發(fā)現(xiàn)模擬效果和設(shè)計標準不符，則需要對該系統(tǒng)的工作模式進行修補[4]。

最后，要廣泛收集并記錄正式施工中的所有施工數(shù)據(jù)，并和工作節(jié)點數(shù)據(jù)對比，若發(fā)現(xiàn)實際數(shù)據(jù)和節(jié)點參數(shù)不匹配，則要檢查、解決正式施工的問題。

4 結(jié)論

海上風電系統(tǒng)設(shè)備管理過程中，使用BIM 技術(shù)可以在設(shè)計、施工和運維過程中檢查所有設(shè)備運行狀態(tài)、運行參數(shù)和工作標準，綜合分析所有工作數(shù)據(jù)。在具體工作中，需要綜合考量設(shè)計節(jié)點、施工節(jié)點和自然環(huán)境，研究整個系統(tǒng)內(nèi)部各類設(shè)備可能存在的安全風險，根據(jù)安全風險造成的后果和發(fā)生概率，制定專業(yè)的檢查制度。