基于BIM的机电设备系统建模方法

文/张志远 王辉，.身份证号：4089850955X；.身份证号：4009880409070

基于BIM的机电设备系统建模方法

文/张志远1王辉2，1.身份证号：41108119851109155X；2.身份证号：410102198804090170

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是信息化技术在建筑行业的直接应用，其中以Revit为代表的主流BIM设计软件不仅结合了传统的AutoCAD二维设计，同时展现了三维参数化建筑信息模型。随着Revit的应用日益广泛，设计方和施工方对Revit的要求越来越高，特别是对于复杂机房的机电设计和机电施工方面，希望Revit可以提供更有效的方法，来提高复杂机电机房施工效率和机电设备系统建模效率。

BIM；机电设备系统；建模方法

1 基于BIM的机电设备系统建模方法框架

基于BIM的机电设备系统建模方法在设计过程中提高了机电设备系统的建模效率，同时将BIM模型机电设备的参数信息生成二维码，并批量打印。在施工过程中，施工人员通过扫描采购方贴至机电设备上的二维码，获得设备对应参数信息，包括机电设备名称、型号、标高(放置楼层)等信息，并依据机电设备所属建筑机房归类(如制冷机房、锅炉房、人防机房、水泵房等)，运输至对应的机房;施工方通过手机APP查看定位信息功能，即可查看机电设备在机房的具体定位;由于机房管道的密集复杂性，施工人员无法通过机电设备定位信息获得机电设备之间的准确连接关系，需要通过手机APP的空间关系功能获取当前机电设备的一级连接关系和二级连接关系，以实现指导机电设备和管道的安装施工。

2 关键技术

2.1 基于IFC的信息共享接口

BIM-FIM是作为一个可快速整合各施工参与方不同格式模型的平台，通过此平台对模型进行管理。通过开发IFC接口，导入不同建模软件建立BIM模型，通过IFC文件导入BIM-FIM系统，并保存模型的所有属性信息。

2.2 BIM模型多维存储与优化BIM三

维模型BIM三维模型数据量极其巨大，通过采用实体扫掠法和边界描述法等，从多维角度对同一构件进行存储，并在不同需求情况下，动态获取各维度信息。同时，对BIM模型中的三维构件，采用模型转化机制、位置映射、边界简化等技术和算法，大大优化并降低了BIM模型信息的存储量。实体扫掠和边界描述法是指通过扫描实体模型的多边形表面，将扫描后的多边形表面分割成更小的多边形，最后将多边行分割成多个三角形，从而得到了由保存实体模型的三角形数据。这样形成的三维模型只是一个空壳，只有模型的表面信息以及几何信息，相比较实体模型信息更加简单。

2.3 基于网络的BIM数据库及其访问控制

通过搭建完备、高效的信息数据库，实现建筑及机电设备竣工图的BIM模型信息存储，并通过并发访问控制机制，确保多用户协同工作的数据安全性。

2.4 设备成组标识与基于移动平台的设备识别

通过开发二维码接口，将单个设备及区域内设备的关键信息成组，并主要以二维码标签的方式标识并保存，亦可通过射频识别技术（RFID）输出成标识卡。当移动平台设备扫描到该标识时，能提取其相关信息，并在无线网络环境下，从BIM数据库中获取其他相关属性信息，为维护人员提供支持。例如在维护维修过程中，快速获取设备参数，使维修过程简便、高效。

2.5 海量运营维护信息的动态关联技术

面向海量的施工和运营维护信息，针对机电设备不同的系统划分，研究了其基于构件的信息动态成组技术与动态关联技术，形成上下游动态模型，实现了高效的信息检索、查询、统计、分析与应急预案决策支持。

3 基于BIM的机电设备系统建模方法

基于BIM的机电设备系统建模方法设计主要分为3个功能模块:查看机电设备参数信息功能，查看机电设备定位信息功能，查看机电设备连接关系信息功能。通过Revit插件提取机电设备参数信息、定位信息和空间连接关系信息，同时将机电设备的参数信息生成QR二维码并批量打印，为施工方查看机电设备对应信息提供方便。

3.1 机电设备参数信息和二维码功能模块

考虑到项目的多样性，设定每个机电设备的唯一标识参数为项目ID+机电设备族ID。根据施工技术和施工原理，通过RevitAPI，提取实际工程施工所需机电设备的具体类型参数、实例参数和项目共享参数。采取QR二维码的生成算法，将提取的机电设备参数信息和机电设备缩略图生成二维码，并打印。在采购的机电设备进入施工现场的同时，将机电设备模型参数信息生成的二维码贴至对应的机电设备上，便于施工人员扫码获得参数信息，如安装楼层信息(标高)、机电设备的扬程/流量等参数信息。

3.2 机电设备定位功能模块

通过RevitAPI，获得当前机电设备ID所对应的机电设备在模型坐标系下的几何坐标，即该族在Revit模型中的坐标。在实现机电设备定位功能后，将机电设备定位信息保存为Revit视图，并将定位视图输出至数据库，以便施工人员扫描二维码时在客户端显示定位视图图片。

3.3 机电设备空间连接关系功能模块

在Revit实际工程项目模型中，机房的三维可视化模型空间小，而机房房间却布满管道系统，从单一的Revit机房模型中无法判断出单个机电设备与其相连管道之间的连接关系，需要单一提取。将提取机电设备的空间连接关系分为单个机电设备的一级连接关系和二级连接关系。

4 试验测试结果及数据分析

结合主要功能模块的结构特点，基于BIM的机电设备系统建模方法设计主要分为PC端、数据库端和移动终端。

(1)PC端试验结果及数据分析。PC端主要实现基于Revit的设备参数信息提取、设备定位信息提取和设备一级连接关系和二级连接关系提取功能，同时与生成二维码功能结合，将提取的对应数据导入数据库，最后依据对应方法生成对应的Revit自启动功能插件。

(2)移动终端试验结果及数据分析。移动终端的APP功能与PC端功能相对应，具有查看设备参数信息功能、设备定位信息功能和设备连接关系信息功能。手机APP扫描二维码，解析二维码数据中的ID信息，在用户选择不同的功能按钮时，通过二维码的机电设备ID参数从数据库对应的表读取数据，并将其相应信息显示给用户。

总之，本文针对BIM机电模型的结构特点，提出采用EECTG模型用来描述机电设备的连通关系，并构造MEDNT模型和邻接矩阵，获得机电设备的空间连接关系，同时结合RevitAPI提取的机电设备参数信息和定位信息功能，实现基于BIM的机电设备系统建模方法。由于BIM机电模型测试库规模较小，测试的机电设备的种类有限，后期将构造大规模的BIM机电机房模型库。

[1]李东锋,陈臻颖.BIM技术在我国的应用现状研究[J].安徽建筑.2014(02)

[2]丁贞魁,王娜,张福祥.建筑设备管理系统的设计与开发[J].山东建筑大学学报.2007(03)