AR结合BIM的机电工程巡检系统设计

AR结合BIM的机电工程巡检系统设计

吴涛涛

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摘要：为解决传统的机电项目数据管理模式中由于现场环境的复杂性而造成的不足，引入了建筑信息模型（BIM）技术来进行引导，但是 BIM技术过分依赖计算机端的操作，很难与项目现场进行直接联系，使 BIM的功能发挥受到了限制，不能满足项目的需要。以此为基础，在 AR产业技术快速发展的背景下，试图将 AR技术与 BIM技术相结合，设计出适用于机电工程全生命周期的现场巡检系统，对系统总体架构及各功能模块进行分析，并通过案例试验对机电工程选件系统的可行性和实用价值进行验证，以期进一步提高机电工程现场管理水平和效率。

关键词：AR；BIM；机电工程；巡检系统；设计

引言

在建设项目中，机电设备起着举足轻重的作用，能够为建设项目的顺利进行，提供强有力的支撑。所以，建设单位应该对建筑机电设备的重要性有一个清晰的认识，高度重视其安装和管理环节，并积极引入当前最先进的 BIM技术，使其充分发挥出该技术的优势。利用 BIM技术对建筑机电设备安装进行科学设计，优化安装作业，加强设备安装管理，可促进建筑机电设备的良好应用，实时跟踪设备的运行，从而实现对各施工环节的全面掌控。

1机电工程结构分解与编码

为了保证有关工作的顺利进行，在进行课题的研究之前，必须对机械工程的结构进行分解和编码。WBS划分的结果应该包括在整个工程建设过程中的工作内容，以机电工程作为一个研究对象，利用 BIM技术，对已有的实体进行了三维建模，这样就可以把机电工程项目每一个阶段的工作内容和工作任务联系起来，从而达到对机电工程操作结构的层次分解。在 BIM建模中，按照系统的类型对所有的部件进行了分类，在对工作结构进行分解的时候，对相同类型的部件按其所属的任务进行了分类，并根据有关工作的特定要求，将机电工程项目的实施分成了几个阶段，并在将来的进度计划中对信息资源进行了重新分配。以分部项目、子项目和分项项目为基础，结合机电工程施工过程、施工现场和各专业要素，将施工组织划分为工作组织，将分解后的组织用树形层级图表达。根据 WBS的层级结构，将工程任务分为区域、场所、行为和子行为四个层级。使用者不必将所有的 WBS代码都记在心里，而可以藉由搜寻并选取有关的条目，来产生相应的代码。WBS编码是机械机械信息数据库中最重要的编码，它能把系统的功能模块与工程任务联系起来。本研究中所使用之 WBS程式码架构，包含两个部份，分别为：工作程式码与地点程式码。

2机电工程巡检系统总体设计

2.1系统设计思路

遵循实时性、准确性、模块化、可视化的设计原则，将机电信息需求和现场应用场景相结合，建立以动态数据为基础的中央数据中心，负责读取、上传构件或相关机电信息，并与 BIM模型相结合，获得构件的几何信息，使用 AR技术，将虚拟的模型与信息加载到现实场景中，以此为基础，实现了通过移动终端就可以在机电工程现场完成巡检工作。BIM模型在开发平台中以. fbx格式导入，使得巡检系统可以获得与现场相匹配的虚拟模型，并利用 WBS编码将任务进度和构件进行关联，不同构件都有对应的工作完成状态值，通过整合就可以得到初始的动态数据库。

2.2系统总体架构

本文从模型层、数据层、应用层、用户层四个方面对该系统进行了研究。

2.2.1模型层

Revit平台是模型层的核心，它主要负责对 BIM模型中的综合信息进行初步处理，其中包含了许多专业部件的基本属性，可以从中选择出与机电工程相关的信息，并把. fbx格式的几何参数和附带属性引入到应用层，再通过 ODBC把它们传输到数据层的动态数据库中。

2.2.2数据层

PostgreSQL数据库是数据层的核心，在整个机电工程巡检系统中，数据层主要是与现场管理信息相关的动态数据库，它作为系统的数据源，包含了大量的项目数据和机电安装数据，可以为应用层提供所需的全部数据信息。在数据层中，共有三个部分，分别是项目进度计划、模型信息与 WBS编码。将这三个部分的信息进行整合，可以有效地实现动态数据库与应用层之间的数据交互，以保证巡检系统信息的精确性和实时性。

2.2.3应用层

在应用层面，以Unity3D为中心，以此为中心，为整个巡视系统的核心层，对巡视管理中各种需要的应用程序进行设计和开发。应用层可以从模型层与数据层获得项目信息、模型信息、作业信息及 Revit模型补充信息，然后利用 AR开发工具对适用于相应需求的场景进行设计。

3BIM技术在建筑机电设备安装及管理中的应用

3.1机电设备安装模拟

施工仿真又称虚拟施工，其本质上就是通过 BIM技术的科学应用，来模拟真实的建筑施工流程，并利用计算机设备的内存运算功能，整合建筑工程施工活动中的人、料、机等一系列信息参数，转化为计算机数值，并以可视化形式直观地呈现，以便有关人员及时发现和处理建筑技术问题。对于建设项目来说，在实际的施工过程中，经常会使用到一些辅助的机械、电气、电气等设备的安装管道和设备的安装。在项目前期阶段，项目参与者可以利用 BIM技术对项目实施过程进行深入研究，从而达到对项目实施过程中不合理的步骤进行优化的目的。此外，在机电安装阶段，有关工作人员还需要高度重视管道布置次序，如果不能完全掌握管道空间内的排布顺序，就很容易出现上层管道尚未布置而下层管道已布置的情况，而利用 BIM技术进行的建筑仿真，就可以有效地避免上述问题，在实际施工之前，可根据施工进度节点对安装区域进行施工模拟，各专业共同协商，明确最为恰当、科学的施工方案，从而为后续安装操作的顺利开展奠定了良好的基础。

3.2整体布局设计中应用BIM技术

在综合管网的设计中，它是进行工程机械和电气设备安装工作的基本前提。管网设计的科学性、合理性在一定程度上与前期施工图纸的设计效果有关。但是，以前的二维施工图纸具有较大的局限性，这使得建筑机电安装施工遇到了诸多困难[4]。基于此，可将 BIM技术应用到整体布局设计中，通过构建三维立体模型，使施工作业人员可以直观、全面地观察施工现场，并根据既有的机电安装施工方案，进行管道铺设及水电基础设备安装，在 BIM技术的支持下，对总体布局设计工作进行有效管控，可明显提高建筑机电安装施工的质量和效率。同时，以建筑机电安装中电气工程为例，电气工程的安装质量直接影响到建筑后期使用效果，如果电气工程安装施工质量并不完全符合国家有关规定，不仅会大大增加安全事故发生的几率，而且还会在后期建筑物应用过程中频繁发生漏电、停电等问题，从而对建筑物使用者的人身安全造成严重威胁。

3.3辅助管道预制装配

在过去，在管道工程施工中，一般都是由施工作业人员来完成机械的组装，但是由于受人为因素的影响，很容易导致施工进度缓慢，产品质量得不到充分的保证，所以，利用 BIM技术来进行制作，可以让管线提前完成预制，然后再使用机械设备对已经预制好的管道线路进行连接，这样不仅可以大大降低机械安装施工的成本，还可以有效地缩短建筑施工工期。

结束语

目前，我国的机电工程在设计、施工、运行等方面均以文件为依据，但随着工程的发展，工程的规模越来越大，结构越来越复杂，仅凭文件已不能满足工程的需要。大量的纸质文件不但难以保存，而且在转移和归档时，工程信息的真伪也难以得到保障，使得工程信息也失去了法律效力。为了解决这一方面的问题，提高机电工程现场巡检的可靠性，本论文进行了此次的研究，虽然该研究的内容能够为工程的标准化建设和巡检工作的实施起到一定的指导和辅助作用，但是要想在实际意义上对这一方面的工作进行优化，必须要在明确机电工程管理与现场巡检工作的重要性的前提下，从多个角度对巡检作业方案进行改进。在此基础上，选取一个试点项目，根据所提出的方法，开展现场巡查工作，并结合实际工作，了解巡查工作的实施效果，为进一步优化和改进巡查工作方案提供依据。

参考文献

[1]杨嘉妮,杨利波,何婕,等.基于北斗星基增强技术的无人机电网全域覆盖巡检方法[J].微型电脑应用,2023,39(1):114-117.