BIM下機(jī)電設(shè)備安裝工程管理系統(tǒng)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(jìn)度異常問(wèn)題，本文以實(shí)際施工數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)bim建立工程的三維模型，采用PLC實(shí)現(xiàn)模型與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)之間的交互，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)與模型的匹配程度，輸出控制數(shù)據(jù)包至PLC，最終通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)工程進(jìn)度的控制。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以按時(shí)竣工，并有效進(jìn)行成本控制，具有良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：BIM；機(jī)電設(shè)備安裝；工程管理

在社會(huì)工業(yè)化程度不斷加深的背景下，機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。機(jī)電設(shè)備安裝質(zhì)量與建筑的居住環(huán)境密切相關(guān)，在其他諸多行業(yè)都有著重要的地位[2]。因此，機(jī)電設(shè)備的制造、管理、維護(hù)都成為了備受關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。目前，機(jī)電設(shè)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(shí)際的施工情況為主要參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工進(jìn)度及質(zhì)量進(jìn)行約束。但其變量因素較多，缺乏系統(tǒng)的管理[4]，導(dǎo)致了工程的竣工時(shí)間與預(yù)期時(shí)間存在較大差異，工程質(zhì)量也參差不齊。因此，本文通過(guò)更加系統(tǒng)的管理方法，提高工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量，使機(jī)電設(shè)備的安裝具有更高的可控性。通過(guò)BIM的機(jī)電設(shè)備安裝工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為工程管理工作提供有價(jià)值的參考。

1硬件設(shè)計(jì)

1.1主控制器PLC

系統(tǒng)中PLC處于核心位置，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。首先需采集施工相關(guān)信息，如施工設(shè)備過(guò)熱信號(hào)[5]、設(shè)備安置定位信號(hào)、啟?？刂菩盘?hào)、檢測(cè)信號(hào)等；其次，其對(duì)信號(hào)的輸出起到控制作用，對(duì)施工設(shè)備的啟動(dòng)、停止、調(diào)速等操作進(jìn)行控制[6-8]。同時(shí)，也與PC端進(jìn)行通訊，向其發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和執(zhí)行[9]?？紤]本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要應(yīng)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(shè)備，其具有I/O接口多，且輸入輸出接口靈活，容易擴(kuò)展的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)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(tǒng)在實(shí)際工作中，通過(guò)變頻器對(duì)待安裝的工程設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，并以此對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行管理，提高工程的管理效率。對(duì)于不同的設(shè)備管理，往往需要不同的調(diào)節(jié)強(qiáng)度，對(duì)于使用頻率較高的設(shè)備，需要有針對(duì)性地提高其運(yùn)行速度，使其利用價(jià)值得到最大限度發(fā)揮。變頻器的工作是通過(guò)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)電源強(qiáng)度進(jìn)行控制，對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。但同時(shí)，變頻器的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載等保護(hù)措施，導(dǎo)致其在啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)有較大的電流，對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)設(shè)備造成損害。本文選用三菱FR-E740-1.5K-CHT變頻器作為硬件設(shè)備，采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），在啟動(dòng)時(shí)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備造成損壞。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1基于BIM的工程模型構(gòu)建

在BIM模型中，形、量、位置等信息是管理系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此，需要與實(shí)際信息進(jìn)行匹配，使其與工程具有更高的適配性。在BIM模型的基礎(chǔ)上，計(jì)算出切實(shí)適用的工程三維模型，通過(guò)模型對(duì)工程進(jìn)展情況相結(jié)合，對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行調(diào)整和控制。采用Revit作為構(gòu)建BIM模型的平臺(tái)，以施工設(shè)計(jì)規(guī)劃為基礎(chǔ)，建立工程的三維模型。首先，對(duì)工程中機(jī)電安裝的內(nèi)容進(jìn)行分類；然后檢查模型的準(zhǔn)確性，并做出修正。通過(guò)管線碰撞檢驗(yàn)，對(duì)其調(diào)整效果進(jìn)行分析。此次采用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括：（1）機(jī)電管線與建筑結(jié)構(gòu)模型的碰撞。當(dāng)出現(xiàn)碰撞報(bào)告后，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整，以避免機(jī)電管線的碰撞，如果無(wú)法調(diào)整，建筑或者二次結(jié)構(gòu)可以修改、調(diào)整。（2）機(jī)電各專業(yè)管線之間的碰撞檢測(cè)。通過(guò)BIM將不同專業(yè)管線設(shè)備碰撞檢驗(yàn)，提高綜合效率；最終通過(guò)生成的檢測(cè)報(bào)告實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的協(xié)調(diào)修改。

2.2模型信息與進(jìn)度信息匹配

在上述基礎(chǔ)上，將機(jī)電安裝工程逐層劃分，并最終形成2×32mm的樹狀結(jié)構(gòu)，以此提高工程管理的細(xì)致程度，最后得到的數(shù)據(jù)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(guò)分解WBS，系統(tǒng)傳輸?shù)墓こ坦芾硇畔⒅鸩椒纸鉃楦鱾€(gè)對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)包，用變頻器調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。BIM模型與實(shí)際工程信息之間的關(guān)聯(lián)是建立在工作包的基礎(chǔ)上，因此將工程進(jìn)行分解并編碼，使其在系統(tǒng)中生成進(jìn)度計(jì)劃鏈接。通過(guò)關(guān)鍵字及編碼，控制相應(yīng)的工程構(gòu)件與工序節(jié)點(diǎn)。

2.3工程管理的實(shí)現(xiàn)

工程管理作為本系統(tǒng)應(yīng)用于工程的核心內(nèi)容，主要依賴于系統(tǒng)與PLC及變頻器之間的交互實(shí)現(xiàn)的。將工程BIM模型采用分區(qū)、分專業(yè)的方式導(dǎo)入系統(tǒng)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成施工計(jì)劃。模型轉(zhuǎn)化為IFC格式，系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的交互。以此為基礎(chǔ)，對(duì)施工工序中的設(shè)備制作與安裝、檢測(cè)、試運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)，并輸出到PLC端。通過(guò)變頻器對(duì)待安裝的工程設(shè)備的運(yùn)行速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的有效管理。

3試驗(yàn)測(cè)試

分別采用基于BIM技術(shù)在建設(shè)工程全生命周期管理方法和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)下水利工程管理信息化系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性。

3.1測(cè)試環(huán)境

測(cè)試的環(huán)境中，服務(wù)器內(nèi)存為6G，硬盤大小為1T，使用的操作系統(tǒng)為Windows7。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某五星級(jí)的酒店機(jī)電設(shè)備安裝工程，該工程低壓配電系統(tǒng)用WAD-BCZ穿鍍鋅金屬管敷設(shè)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了樹干式和放射式。另外，應(yīng)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(shè)計(jì)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(guò)YC15（ND25）。消防應(yīng)急照明采用中央供電分布控制的方式，以AC220V/380V50HZ進(jìn)行供電，中央空調(diào)包含兩臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，并對(duì)應(yīng)冷卻水泵和冷卻塔等設(shè)備?？諝庀到y(tǒng)為轉(zhuǎn)輪式全熱回收組合式空調(diào)機(jī)組。每個(gè)系統(tǒng)分別使用一個(gè)三菱FR-E740-1.5K-CHT變頻器，每個(gè)變頻器約750元，符合節(jié)約理念，變頻器控制設(shè)備見表1。工程設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)在50d內(nèi)完成所用設(shè)備的安裝，在上述工程背景下，分別采用三種方法對(duì)其進(jìn)行管理，通過(guò)模擬試驗(yàn)，并對(duì)比其管理結(jié)果。

3.2測(cè)試結(jié)果

三種方法對(duì)應(yīng)的完工時(shí)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(shù)在建設(shè)工程全生命周期管理方法和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)下水利工程管理信息化系統(tǒng)的完工時(shí)間均超出了預(yù)計(jì)時(shí)間6d，而本文方法的完工時(shí)間與預(yù)期時(shí)間一致，共為50d。在照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的施工階段，本文方法的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，可有效縮短施工時(shí)間6d，表明設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程進(jìn)度的有效控制，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在上述基礎(chǔ)上，對(duì)比了三種方法在整個(gè)工程中的成本情況，其結(jié)果見表3。從表3中可以看出，在三種方法中，基于BIM技術(shù)在建設(shè)工程全生命周期管理方法和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)下水利工程管理信息化系統(tǒng)的管理結(jié)果均表現(xiàn)出較高的經(jīng)濟(jì)成本，其總成本均在10萬(wàn)元以上，而本文方法的整體成本不足8.7萬(wàn)元，這也與完工時(shí)間的對(duì)比結(jié)果相對(duì)應(yīng)。在同樣的施工環(huán)境下，施工周期越長(zhǎng)，產(chǎn)生的費(fèi)用越高。因此本文方法實(shí)際成本與完工時(shí)間一致，均最少，表明本文方法實(shí)現(xiàn)對(duì)完工時(shí)間的有效控制并非通過(guò)增加施工人數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)的，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)在工程管理方面的有效性。

4結(jié)語(yǔ)

工程施工進(jìn)度的管理是有效控制安裝成本的關(guān)鍵，而質(zhì)量控制是提高機(jī)電設(shè)備使用壽命的重要方式。基于BIM的機(jī)電設(shè)備安裝工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工進(jìn)度的有效控制和規(guī)范化管理，為各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的機(jī)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(tuán)股份有限公司