BIM下机电设备安装工程管理系统浅议

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摘要：为了降低由于信息更新效果较差引起的工程进度异常问题，本文以实际施工数据为基础，通过bim建立工程的三维模型，采用PLC实现模型与现场数据之间的交互，系统根据实际数据与模型的匹配程度，输出控制数据包至PLC，最终通过变频器实现对工程进度的控制。测试结果表明，本文设计的系统可以按时竣工，并有效进行成本控制，具有良好的实际应用效果。

关键词：BIM；机电设备安装；工程管理

在社会工业化程度不断加深的背景下，机电设备的应用已经成为各个行业和领域中的一个重要环节[1]。机电设备安装质量与建筑的居住环境密切相关，在其他诸多行业都有着重要的地位[2]。因此，机电设备的制造、管理、维护都成为了备受关注的研究内容。目前，机电设备安装工程的管理常常被人们忽视[3]，主要是以人为的角度、以实际的施工情况为主要参考标准，对施工进度及质量进行约束。但其变量因素较多，缺乏系统的管理[4]，导致了工程的竣工时间与预期时间存在较大差异，工程质量也参差不齐。因此，本文通过更加系统的管理方法，提高工程的施工进度和质量，使机电设备的安装具有更高的可控性。通过BIM的机电设备安装工程管理系统设计，以期为工程管理工作提供有价值的参考。

1硬件设计

1.1主控制器PLC

系统中PLC处于核心位置，可以实现数据交换。首先需采集施工相关信息，如施工设备过热信号[5]、设备安置定位信号、启停控制信号、检测信号等；其次，其对信号的输出起到控制作用，对施工设备的启动、停止、调速等操作进行控制[6-8]。同时，也与PC端进行通讯，向其发送相关数据并对输入的数据进行分析和执行[9]。考虑本文设计的系统主要应用于工程管理之中，因此，本文选用三菱公司的FX2N-64MTPLC作为控制设备，其具有I/O接口多，且输入输出接口灵活，容易扩展的特点，对数据的处理速度也更加迅速，并且体积更小，适用于各种不同环境[10]。

1.2变频器

管理系统在实际工作中，通过变频器对待安装的工程设备进行调节，并以此对其运行速度进行管理，提高工程的管理效率。对于不同的设备管理，往往需要不同的调节强度，对于使用频率较高的设备，需要有针对性地提高其运行速度，使其利用价值得到最大限度发挥。变频器的工作是通过改变电源频率实现的，通过对电源强度进行控制，对其运行速度进行调节。但同时，变频器的过流、过压、过载等保护措施，导致其在启动时可能会有较大的电流，对电网和电机设备造成损害。本文选用三菱FR-E740-1.5K-CHT变频器作为硬件设备，采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），在启动时不会对电网和设备造成损坏。

2软件设计

2.1基于BIM的工程模型构建

在BIM模型中，形、量、位置等信息是管理系统运行的基础。因此，需要与实际信息进行匹配，使其与工程具有更高的适配性。在BIM模型的基础上，计算出切实适用的工程三维模型，通过模型对工程进展情况相结合，对过程数据和信息进行调整和控制。采用Revit作为构建BIM模型的平台，以施工设计规划为基础，建立工程的三维模型。首先，对工程中机电安装的内容进行分类；然后检查模型的准确性，并做出修正。通过管线碰撞检验，对其调整效果进行分析。此次采用Navisworks软件进行碰撞检测。检测内容包括：（1）机电管线与建筑结构模型的碰撞。当出现碰撞报告后，对模型进行调整，以避免机电管线的碰撞，如果无法调整，建筑或者二次结构可以修改、调整。（2）机电各专业管线之间的碰撞检测。通过BIM将不同专业管线设备碰撞检验，提高综合效率；最终通过生成的检测报告实现对模型的协调修改。

2.2模型信息与进度信息匹配

在上述基础上，将机电安装工程逐层划分，并最终形成2×32mm的树状结构，以此提高工程管理的细致程度，最后得到的数据包中包含工程信息的WBS编码、工作名称以及工作类型。PLC通过分解WBS，系统传输的工程管理信息逐步分解为各个对应设备的数据包，用变频器调整运行状态。BIM模型与实际工程信息之间的关联是建立在工作包的基础上，因此将工程进行分解并编码，使其在系统中生成进度计划链接。通过关键字及编码，控制相应的工程构件与工序节点。

2.3工程管理的实现

工程管理作为本系统应用于工程的核心内容，主要依赖于系统与PLC及变频器之间的交互实现的。将工程BIM模型采用分区、分专业的方式导入系统，系统将自动生成施工计划。模型转化为IFC格式，系统对信息进行识别，实现系统与实际数据之间的交互。以此为基础，对施工工序中的设备制作与安装、检测、试运行进行设计，并输出到PLC端。通过变频器对待安装的工程设备的运行速度进行控制，实现对工程的有效管理。

3试验测试

分别采用基于BIM技术在建设工程全生命周期管理方法和基于计算机技术下水利工程管理信息化系统同时进行测试，验证本设计系统的有效性。

3.1测试环境

测试的环境中，服务器内存为6G，硬盘大小为1T，使用的操作系统为Windows7。实验对象为某五星级的酒店机电设备安装工程，该工程低压配电系统用WAD-BCZ穿镀锌金属管敷设，整个系统结合了树干式和放射式。另外，应急照明配电箱的出线部分采用的是WBNN-BCZ-3.5~4.5mm×2.8mm^SC（ND25），其他照明的出线设计为WAD-BCZ-3.5mm×2.8mm（ND25），并要求在暗敷施工中，有3根出线要穿过YC15（ND25）。消防应急照明采用中央供电分布控制的方式，以AC220V/380V50HZ进行供电，中央空调包含两台螺杆式冷水机组，并对应冷却水泵和冷却塔等设备。空气系统为转轮式全热回收组合式空调机组。每个系统分别使用一个三菱FR-E740-1.5K-CHT变频器，每个变频器约750元，符合节约理念，变频器控制设备见表1。工程设计预计在50d内完成所用设备的安装，在上述工程背景下，分别采用三种方法对其进行管理，通过模拟试验，并对比其管理结果。

3.2测试结果

三种方法对应的完工时间见表2。从表2中可以看出，在三种管理方法中，基于BIM技术在建设工程全生命周期管理方法和基于计算机技术下水利工程管理信息化系统的完工时间均超出了预计时间6d，而本文方法的完工时间与预期时间一致，共为50d。在照明系统和空调系统的施工阶段，本文方法的优势尤为明显，可有效缩短施工时间6d，表明设计的管理系统可以实现对工程进度的有效控制，具有实际应用价值。在上述基础上，对比了三种方法在整个工程中的成本情况，其结果见表3。从表3中可以看出，在三种方法中，基于BIM技术在建设工程全生命周期管理方法和基于计算机技术下水利工程管理信息化系统的管理结果均表现出较高的经济成本，其总成本均在10万元以上，而本文方法的整体成本不足8.7万元，这也与完工时间的对比结果相对应。在同样的施工环境下，施工周期越长，产生的费用越高。因此本文方法实际成本与完工时间一致，均最少，表明本文方法实现对完工时间的有效控制并非通过增加施工人数的方式实现的，验证了本文设计系统在工程管理方面的有效性。

4结语

工程施工进度的管理是有效控制安装成本的关键，而质量控制是提高机电设备使用寿命的重要方式。基于BIM的机电设备安装工程管理系统设计，实现了对施工进度的有效控制和规范化管理，为各个行业和领域的机电安装工程降低成本提供了借鉴。

作者:李永文 单位:山西省安装集团股份有限公司