BIM下機電設備安裝工程管理系統淺議

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摘要：為了降低由于信息更新效果較差引起的工程進度異常問題，本文以實際施工數據為基礎，通過bim建立工程的三維模型，采用PLC實現模型與現場數據之間的交互，系統根據實際數據與模型的匹配程度，輸出控制數據包至PLC，最終通過變頻器實現對工程進度的控制。測試結果表明，本文設計的系統可以按時竣工，并有效進行成本控制，具有良好的實際應用效果。

關鍵詞：BIM；機電設備安裝；工程管理

在社會工業(yè)化程度不斷加深的背景下，機電設備的應用已經成為各個行業(yè)和領域中的一個重要環(huán)節(jié)[1]。機電設備安裝質量與建筑的居住環(huán)境密切相關，在其他諸多行業(yè)都有著重要的地位[2]。因此，機電設備的制造、管理、維護都成為了備受關注的研究內容。目前，機電設備安裝工程的管理常常被人們忽視[3]，主要是以人為的角度、以實際的施工情況為主要參考標準，對施工進度及質量進行約束。但其變量因素較多，缺乏系統的管理[4]，導致了工程的竣工時間與預期時間存在較大差異，工程質量也參差不齊。因此，本文通過更加系統的管理方法，提高工程的施工進度和質量，使機電設備的安裝具有更高的可控性。通過BIM的機電設備安裝工程管理系統設計，以期為工程管理工作提供有價值的參考。

1硬件設計

1.1主控制器PLC

系統中PLC處于核心位置，可以實現數據交換。首先需采集施工相關信息，如施工設備過熱信號[5]、設備安置定位信號、啟?？刂菩盘?、檢測信號等；其次，其對信號的輸出起到控制作用，對施工設備的啟動、停止、調速等操作進行控制[6-8]。同時，也與PC端進行通訊，向其發(fā)送相關數據并對輸入的數據進行分析和執(zhí)行[9]。考慮本文設計的系統主要應用于工程管理之中，因此，本文選用三菱公司的FX2N-64MTPLC作為控制設備，其具有I/O接口多，且輸入輸出接口靈活，容易擴展的特點，對數據的處理速度也更加迅速，并且體積更小，適用于各種不同環(huán)境[10]。

1.2變頻器

管理系統在實際工作中，通過變頻器對待安裝的工程設備進行調節(jié)，并以此對其運行速度進行管理，提高工程的管理效率。對于不同的設備管理，往往需要不同的調節(jié)強度，對于使用頻率較高的設備，需要有針對性地提高其運行速度，使其利用價值得到最大限度發(fā)揮。變頻器的工作是通過改變電源頻率實現的，通過對電源強度進行控制，對其運行速度進行調節(jié)。但同時，變頻器的過流、過壓、過載等保護措施，導致其在啟動時可能會有較大的電流，對電網和電機設備造成損害。本文選用三菱FR-E740-1.5K-CHT變頻器作為硬件設備，采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），在啟動時不會對電網和設備造成損壞。

2軟件設計

2.1基于BIM的工程模型構建

在BIM模型中，形、量、位置等信息是管理系統運行的基礎。因此，需要與實際信息進行匹配，使其與工程具有更高的適配性。在BIM模型的基礎上，計算出切實適用的工程三維模型，通過模型對工程進展情況相結合，對過程數據和信息進行調整和控制。采用Revit作為構建BIM模型的平臺，以施工設計規(guī)劃為基礎，建立工程的三維模型。首先，對工程中機電安裝的內容進行分類；然后檢查模型的準確性，并做出修正。通過管線碰撞檢驗，對其調整效果進行分析。此次采用Navisworks軟件進行碰撞檢測。檢測內容包括：（1）機電管線與建筑結構模型的碰撞。當出現碰撞報告后，對模型進行調整，以避免機電管線的碰撞，如果無法調整，建筑或者二次結構可以修改、調整。（2）機電各專業(yè)管線之間的碰撞檢測。通過BIM將不同專業(yè)管線設備碰撞檢驗，提高綜合效率；最終通過生成的檢測報告實現對模型的協調修改。

2.2模型信息與進度信息匹配

在上述基礎上，將機電安裝工程逐層劃分，并最終形成2×32mm的樹狀結構，以此提高工程管理的細致程度，最后得到的數據包中包含工程信息的WBS編碼、工作名稱以及工作類型。PLC通過分解WBS，系統傳輸的工程管理信息逐步分解為各個對應設備的數據包，用變頻器調整運行狀態(tài)。BIM模型與實際工程信息之間的關聯是建立在工作包的基礎上，因此將工程進行分解并編碼，使其在系統中生成進度計劃鏈接。通過關鍵字及編碼，控制相應的工程構件與工序節(jié)點。

2.3工程管理的實現

工程管理作為本系統應用于工程的核心內容，主要依賴于系統與PLC及變頻器之間的交互實現的。將工程BIM模型采用分區(qū)、分專業(yè)的方式導入系統，系統將自動生成施工計劃。模型轉化為IFC格式，系統對信息進行識別，實現系統與實際數據之間的交互。以此為基礎，對施工工序中的設備制作與安裝、檢測、試運行進行設計，并輸出到PLC端。通過變頻器對待安裝的工程設備的運行速度進行控制，實現對工程的有效管理。

3試驗測試

分別采用基于BIM技術在建設工程全生命周期管理方法和基于計算機技術下水利工程管理信息化系統同時進行測試，驗證本設計系統的有效性。

3.1測試環(huán)境

測試的環(huán)境中，服務器內存為6G，硬盤大小為1T，使用的操作系統為Windows7。實驗對象為某五星級的酒店機電設備安裝工程，該工程低壓配電系統用WAD-BCZ穿鍍鋅金屬管敷設，整個系統結合了樹干式和放射式。另外，應急照明配電箱的出線部分采用的是WBNN-BCZ-3.5~4.5mm×2.8mm^SC（ND25），其他照明的出線設計為WAD-BCZ-3.5mm×2.8mm（ND25），并要求在暗敷施工中，有3根出線要穿過YC15（ND25）。消防應急照明采用中央供電分布控制的方式，以AC220V/380V50HZ進行供電，中央空調包含兩臺螺桿式冷水機組，并對應冷卻水泵和冷卻塔等設備?？諝庀到y為轉輪式全熱回收組合式空調機組。每個系統分別使用一個三菱FR-E740-1.5K-CHT變頻器，每個變頻器約750元，符合節(jié)約理念，變頻器控制設備見表1。工程設計預計在50d內完成所用設備的安裝，在上述工程背景下，分別采用三種方法對其進行管理，通過模擬試驗，并對比其管理結果。

3.2測試結果

三種方法對應的完工時間見表2。從表2中可以看出，在三種管理方法中，基于BIM技術在建設工程全生命周期管理方法和基于計算機技術下水利工程管理信息化系統的完工時間均超出了預計時間6d，而本文方法的完工時間與預期時間一致，共為50d。在照明系統和空調系統的施工階段，本文方法的優(yōu)勢尤為明顯，可有效縮短施工時間6d，表明設計的管理系統可以實現對工程進度的有效控制，具有實際應用價值。在上述基礎上，對比了三種方法在整個工程中的成本情況，其結果見表3。從表3中可以看出，在三種方法中，基于BIM技術在建設工程全生命周期管理方法和基于計算機技術下水利工程管理信息化系統的管理結果均表現出較高的經濟成本，其總成本均在10萬元以上，而本文方法的整體成本不足8.7萬元，這也與完工時間的對比結果相對應。在同樣的施工環(huán)境下，施工周期越長，產生的費用越高。因此本文方法實際成本與完工時間一致，均最少，表明本文方法實現對完工時間的有效控制并非通過增加施工人數的方式實現的，驗證了本文設計系統在工程管理方面的有效性。

4結語

工程施工進度的管理是有效控制安裝成本的關鍵，而質量控制是提高機電設備使用壽命的重要方式。基于BIM的機電設備安裝工程管理系統設計，實現了對施工進度的有效控制和規(guī)范化管理，為各個行業(yè)和領域的機電安裝工程降低成本提供了借鑒。

作者:李永文 單位:山西省安裝集團股份有限公司