基于BIM技术的机电工程施工风险预警平台

2023-11-22周昊

物联网技术 2023年11期

周昊

（吉林建筑科技学院电气与机械工程学院，吉林长春 130000）

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机电工程包括电气、通风、给排水管道和设备等安装与调试。在机电工程施工过程中，某些部件需要通电、通气进行调试；且在焊接管道时，对施工人员的技术水平要求较高[1-2]。机电工程是复杂的集成系统，其在施工过程中存在的不确定性因素较多，常常会导致重大安全事故发生，给施工方带来不可预估的损失，甚至严重危害国家公共安全。因此对机电施工过程进行风险预警意义重大。现在已有学者设计机电施工过程风险预警平台，如兰峰涛等人[3]设计的施工过程管理平台，该平台通过采集机电施工过程中的参数，构建BIM模型，再利用安全风险预警机制实现机电工程施工中的风险预警。但该平台对运行环境要求较高，因此适用性不佳。于用庆等人[4]设计定位与施工人员安全风险预警平台，该平台着重于对机电工程施工人员进行定位和风险预警，其研究角度过小，因此应用效果也不佳。BIM技术是数据化管理工具，可通过其构建可视化工程模型[5]，为用户实时提供工程施工进展。本文以BIM技术为基础，设计基于BIM技术的机电工程施工风险预警平台，为机电工程施工安全提供保障。

1 机电工程施工风险预警平台

1.1 平台总体结构

依据“层次”思想，设计机电工程施工风险预警平台，该平台结构如图1所示。

图1 机电工程施工风险预警平台总体结构示意图

机电工程施工风险预警平台由数据采集层、通信传输层、分析处理层和输出表示层组成。在数据采集层内，将机电工程施工信息、监测信息、设计信息、施工环境信息存储到数据库内；通信传输层将数据库内机电施工相关信息经过网关和WSN管理协议、无线传感通信协议发送到用户服务器内，用户服务器再将机电施工相关信息分别发送到分析处理层内和BIM可视化展示层内，利用分析处理层内的基于频繁项集合Apriori算法的施工风险预警方法输出机电施工风险预警结果后，传输到输出表示层的预警中心内。输出表示层利用接收到的机电施工相关信息及BIM可视化展示模块构建机电施工可视化模型，并利用预警中心模块为用户呈现机电施工风险预警结果。

1.2 机电设备BIM模型构建方法

利用BIM技术构建机电工程施工三维模型，构建过程如图2所示。

图2 机电设备BIM模型构建过程示意图

在利用BIM技术构建机电设备BIM模型时，先构建机电工程施工对象，并构建其对应的族库，如依据建筑结构、电气设备分布结构、给排水结构等建立对应的族库后[6]，通过调用建筑和结构族库生成初始的电气施工环境BIM模型，再依据给排水、暖通、电气等上游信息建立专业的电气施工BIM模型，并结合初始的电气施工环境BIM模型，生成最终的电气施工综合模型。

1.3 基于频繁项集与Apriori算法的施工风险预警方法

机电工程施工风险预警平台利用分析处理层实现风险预警，其过程如下：

（1）建立机电工程施工数据的频繁项集，其过程为：扫描机电工程施工相关数据后[7-8]，设置项集最小支持度（施工风险阈值），将小于最小支持度的项集汇总生成新项集，标记为L1；依据L1搜索其他项集，并将新搜索到的项集标记为L2，依次循环后，直到所有符合条件的项集全部被找到，将其命名为k项集；然后对k项集进行连接、剪枝处理得到机电工程施工风险频繁项集。

（2）获得机电工程施工风险频繁项集后，依据最小支持度和最小置信度生成强关联规则[9]。机电工程施工风险的条件概率计算公式如下：

式中：A、B分别表示两个机电工程施工风险项集；support_count (A∪B)表示涵盖A∪B关系的记录数量；表示涵盖A项集的数量。

（3）生成每个机电工程施工风险项集的非空子集，用φ表示，利用式（1）计算非空子集的条件概率，若条件概率大于最小置信度阈值[10]，则说明此时机电工程施工无风险，反之则说明机电施工工程存在风险，将该风险结果发送到输出表示层展示给用户，实现机电工程风险预警。

2 实验分析

以某高层住宅电气施工项目作为实验对象，使用本文平台对其电气工程施工过程中的风险进行预警，分析本文方法的实际应用效果。

2.1 平台耦合度测试

平台运行环境影响其实际应用性能，以平台耦合度作为衡量指标，测试本文平台在Windows、Chrome OS和Linux运行环境下，在不同并发用户情况下，其耦合度变化情况，结果如图3所示。

图3 平台耦合度测试结果

分析图3可知，本文平台在不同运行环境下，其耦合度数值与并发用户数量呈负相关关系。其中本文平台在Windows运行环境下的耦合度数值最高，其次是Linux和Chrome OS。但本文系统在三种运行环境下的耦合度数值下降幅度较为缓慢，在并发用户数为300个时，本文系统在三种运行环境下的耦合度值均高于0.95。上述结果说明：本文平台在不同运行环境下的耦合度均较高。