胡安奎，黃 遙，劉曉輝，趙 瑞

(1.西華大學(xué)流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610039；2.西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 四川 成都 610039)

對泵閘而言，機(jī)電設(shè)備作為其重要組成部分，是保證工程正常工作的基礎(chǔ)。當(dāng)機(jī)電設(shè)備發(fā)生運(yùn)行異常，但未被管理人員及時(shí)察覺時(shí)，就會(huì)不斷加劇設(shè)備故障的安全隱患，進(jìn)而嚴(yán)重降低設(shè)備的使用壽命，此時(shí)需要對其維護(hù)和修理，以免造成連鎖式的故障。這就產(chǎn)生了大量的維修費(fèi)用，從而增加了水利項(xiàng)目在運(yùn)維階段的整體成本，甚者會(huì)引發(fā)機(jī)電設(shè)備事故，造成人員傷亡。而在傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備維修，依然存在以下問題：1)設(shè)備管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較多是通過分散無序、未格式化的設(shè)備信息，操作人員往往需要人工瀏覽、分類和選擇；2)泵閘工程機(jī)電設(shè)備數(shù)量、種類繁多，相關(guān)聯(lián)的維護(hù)說明書往往頁數(shù)眾多，部分內(nèi)容理解困難，而在事故發(fā)生的緊急情況下，可供翻閱理解的時(shí)間有限，設(shè)備維護(hù)工作變得異常艱難；3)部分泵閘工程工作人員專業(yè)技術(shù)水平有限，且新員工或在崗員工難以得到有效而專業(yè)的系統(tǒng)培訓(xùn)，致使新員工上手慢，且一旦發(fā)生設(shè)備故障，只能停產(chǎn)待修，既浪費(fèi)時(shí)間，又浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力。

自20世紀(jì)70年代，Chuck Eastman教授首次提出BIM概念后[1]，其在建筑工程各階段得到了廣泛應(yīng)用，其中主要以設(shè)計(jì)及施工階段的應(yīng)用為主。近年來，隨著BIM的優(yōu)勢被進(jìn)一步開發(fā)，逐漸有學(xué)者開始關(guān)注運(yùn)維階段BIM的應(yīng)用。目前，主要研究方向可分為以下3個(gè)方面。

1)設(shè)備管理。在設(shè)備管理方面，Orr等[2]基于IFC標(biāo)準(zhǔn)展示BIM模型，利用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)建筑運(yùn)維信息，并建立兩者之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)所需設(shè)備或構(gòu)件信息的快速查詢，并應(yīng)用于UNCC(北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校)的日常設(shè)備維護(hù)工作中；王朝存和于鳳[3]在運(yùn)維階段繼承設(shè)計(jì)、施工BIM模型，在設(shè)備維護(hù)過程中，以三維視圖的形式展示設(shè)備部件及其細(xì)觀結(jié)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)支持指導(dǎo)維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行維修保護(hù)，減少欠維護(hù)及過維護(hù)的可能性。

2)能耗管理。在能耗管理方面，Dong等[4]將BIM技術(shù)用于建筑節(jié)能實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷領(lǐng)域，通過實(shí)時(shí)采集能耗數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，真正支持建筑的能源性能實(shí)時(shí)在線仿真；張赟[5]提出實(shí)現(xiàn)BIM在運(yùn)維階段能耗管理的關(guān)鍵在于將運(yùn)維階段前的工作與運(yùn)維階段工作相結(jié)合，通過BIM和數(shù)據(jù)庫無條件傳遞，并利用BIM的信息完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性、復(fù)用性等特點(diǎn)，獲取建筑物中相關(guān)聯(lián)的信息，而后開展系統(tǒng)性的全范圍能耗管理。

3)安全管理。朱慶等[6]基于三維建筑空間表達(dá)，結(jié)合建筑防火專題的語義信息，建立了面向建筑物內(nèi)部空間劃分與通達(dá)性分析的一體化語義描述，并結(jié)合防火設(shè)備的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，創(chuàng)建了用于室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)疏散過程展示的BIM模型，進(jìn)而幫助分析及生成火災(zāi)應(yīng)急疏散的三維場景逃生線路；臺(tái)灣部分學(xué)者[7]基于BIM模型建立建筑消防安全管理系統(tǒng)，包括疏散評(píng)估、逃生路線規(guī)劃、安全教育和設(shè)備維護(hù)，并通過應(yīng)用，證明了BIM可以有效地為消防安全評(píng)估和規(guī)劃提供三維幾何數(shù)據(jù)支持。

綜上，BIM技術(shù)已在建筑運(yùn)維階段進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了一定成果。本文針對泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修領(lǐng)域中存在的特定問題，將BIM技術(shù)引入到日常管理活動(dòng)中，并探討B(tài)IM技術(shù)及其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在維修管理方面的具體應(yīng)用模式及方法，以期通過信息化手段解決現(xiàn)有問題，提升設(shè)備維修的技術(shù)水平。

1 基于BIM的機(jī)電設(shè)備維修管理模型

BIM是一個(gè)富含信息的工程模型，其不僅僅能夠展示三維機(jī)電模型，而且能方便地與其他類型的數(shù)據(jù)集成，并能夠保證設(shè)計(jì)階段和施工階段的機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)在運(yùn)維階段維修管理方面得到持續(xù)應(yīng)用，避免重復(fù)錄入。因此針對傳統(tǒng)模式下的泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修管理的諸多不足，本文引入BIM技術(shù)，結(jié)合信息化手段重新建立業(yè)務(wù)管理模型，以期解決上述問題。

針對傳統(tǒng)模式下機(jī)電設(shè)備維修管理的維修計(jì)劃管理、設(shè)備現(xiàn)場維修管理、備件管理、維修人員培訓(xùn)等方面存在的弊端，本文基于上節(jié)所述的機(jī)電設(shè)備維修管理BIM模型，創(chuàng)建泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修管理信息化參考模型，如圖1所示。

和傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備維修管理模型相比，基于BIM的維修管理信息化模型擁有以下優(yōu)勢：

1)信息的連續(xù)性與完整性。BIM模型能夠集成從設(shè)計(jì)到施工交付過程的所有機(jī)電設(shè)備信息，保證了信息傳遞的連續(xù)性與完整性，為機(jī)電維修管理業(yè)務(wù)提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫。

2)維修管理過程中的信息積累形成統(tǒng)一知識(shí)庫。在維修過程中產(chǎn)生的大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過BIM接口，完整地導(dǎo)入模型中，形成信息動(dòng)態(tài)積累的知識(shí)庫。隨著數(shù)據(jù)的大量沉淀，將為后續(xù)的工作提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。

圖1 基于BIM的泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修管理信息化模型

3)模型構(gòu)件分類加快信息統(tǒng)計(jì)。模型構(gòu)件的分類創(chuàng)建，使各信息收集工作可以按照設(shè)備類型快速統(tǒng)計(jì)，避免了以設(shè)備實(shí)體為主的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法帶來的弊端。

4)模型的可視化表達(dá)。通過BIM模型可直觀清晰地將機(jī)電設(shè)備的空間布局和邏輯關(guān)系展現(xiàn)給用戶，改善了傳統(tǒng)二維視覺的感官認(rèn)識(shí)；有助于加強(qiáng)新員工對設(shè)備構(gòu)造的理解，提高設(shè)備故障溯源及維修速度。

5)故障設(shè)備的快速檢索。通過設(shè)計(jì)階段對閘室/泵房等BIM模型進(jìn)行豎直及水平方向的分層分區(qū)，加快故障設(shè)備的快速檢索，并可以此為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)備巡檢路線。

2 IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

2.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)體系

BIM應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)交互，通過建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員、各參建方能夠基于同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)BIM的協(xié)同化應(yīng)用。目前應(yīng)用最為廣泛的BIM數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)就是buildingSMART組織(前身為IAI)針對建筑工程特性制定的IFC標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外約有150家軟件開發(fā)商的產(chǎn)品支持通過IFC標(biāo)準(zhǔn)格式文件共享和交換BIM數(shù)據(jù)。

IFC標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)由4個(gè)層次構(gòu)成，從下到上依次為資源層(Resource Layer)、核心層(Core Layer)、交互層(Interoperability Layer)以及領(lǐng)域?qū)?Domain Layer)。各層均包含一系列信息描述模塊，并遵守如下規(guī)則：每層內(nèi)的實(shí)體只能對同層及下層的資源進(jìn)行引用，而不能直接引用上層的資源；當(dāng)上層資源發(fā)生變動(dòng)時(shí)，下層不會(huì)受到影響[8]。其標(biāo)準(zhǔn)體系主要由類型定義、實(shí)體、規(guī)程和相關(guān)的內(nèi)容定義組成，其中：

1)類型定義是IFC標(biāo)準(zhǔn)的主要部分，包括定義類型(DefinedType)、枚舉類型(Enumeration)和選擇類型(Select Types)。

2)實(shí)體(Entity)是信息交換與共享的載體，采用面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建，與面向?qū)ο笾蓄惖母拍钕鄬?yīng)，是IFC標(biāo)準(zhǔn)體系的核心內(nèi)容，實(shí)體均是依靠屬性對自身信息進(jìn)行描述，分為直接屬性、導(dǎo)出屬性和反屬性。直接屬性是指使用定義類型、枚舉類型、選擇類型表示實(shí)體的屬性值，如Globalld、Named等；導(dǎo)出屬性是指由其他實(shí)體來描述的屬性；反屬性是指通過關(guān)聯(lián)類型的實(shí)體進(jìn)行鏈接的屬性，如IsTypedBy通過關(guān)聯(lián)實(shí)體IfcRelDefinesByType關(guān)聯(lián)構(gòu)件的類型實(shí)體。

3種不同類別的屬性在其應(yīng)用范圍和應(yīng)用時(shí)機(jī)上各有其側(cè)重點(diǎn)。一般來講，如果一個(gè)實(shí)體中的某個(gè)屬性是專有屬性或不變屬性，則適合使用直接屬性進(jìn)行定義，如GlobalID定義了全局唯一標(biāo)識(shí)；反之則使用逆屬性進(jìn)行定義，比如IfcPropertySet屬性集實(shí)體中的DefinesOccurrence就是通過逆屬性來定義的，因?yàn)橐粋€(gè)屬性集可以由其他多個(gè)實(shí)例共用；導(dǎo)出屬性則多用于定義資源層的一些底層實(shí)體。

3)規(guī)程包括函數(shù)和規(guī)則兩個(gè)部分，主要用于計(jì)算實(shí)體類型的屬性值，控制實(shí)體類型屬性值滿足約束條件以及驗(yàn)證模型的正確性等。相關(guān)的內(nèi)容定義包括屬性集(Property Set)、數(shù)量集(Quantity Set)和個(gè)體特性集(Individual Properties Set)3個(gè)部分。IFC標(biāo)準(zhǔn)對常用的屬性集進(jìn)行了定義，稱之為預(yù)定義屬性集。數(shù)量集是對長度、面積、體積、重量、個(gè)數(shù)或時(shí)間等參數(shù)的度量。

2013年4月1日，IFC標(biāo)準(zhǔn)(IFC4標(biāo)準(zhǔn))在ISO體系中從PAS(公共可用規(guī)范)升級(jí)為IS標(biāo)準(zhǔn)，正式標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISO-16739：2013。此次標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的提升，將IFC體系中所有的內(nèi)容都納入ISO-16739標(biāo)準(zhǔn)中，擴(kuò)大了IFC標(biāo)準(zhǔn)在建筑工程管理領(lǐng)域的影響范圍。

目前，最新的IFC標(biāo)準(zhǔn)是2016年7月15日發(fā)布的IFC4 ADD2，共包含776個(gè)實(shí)體以及397個(gè)定義、枚舉、選擇等類型。

2.2 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型展示

本文采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)建立基于BIM的機(jī)電設(shè)備維修管理平臺(tái)，將更多的處理壓力留給服務(wù)器，用戶只需一臺(tái)裝有瀏覽器的電腦就可完成所有的管理工作，無需購買性能卓越的計(jì)算機(jī)，減輕維修管理人員的設(shè)備開支。為此，需要選用一款BIM服務(wù)器系統(tǒng)作為BIM信息的存儲(chǔ)載體，通過服務(wù)器與客戶端之間的通信完成BIM信息的交互。

BIM服務(wù)器通常采用安裝在服務(wù)器端的中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，用戶可從BIM服務(wù)器提取所需的信息，進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用的同時(shí)，擴(kuò)展模型信息，然后將擴(kuò)展的模型信息重新提交到服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、交換和應(yīng)用。目前，BIM服務(wù)器平臺(tái)主要有IFC Model Server、EDM Model Server、BIM Server、Eurostep Model Server以及各BIM軟件開發(fā)商自行開發(fā)的與設(shè)計(jì)軟件配套的協(xié)同設(shè)計(jì)服務(wù)器。其主要特征的比較如表1所示。

表1 主流BIM服務(wù)器對比

從主流BIM服務(wù)器的特點(diǎn)以及維修管理平臺(tái)的實(shí)際需求出發(fā)，本文采用BIM Server作為BIM服務(wù)器。BIM Server軟件是由TNO組織使用Java語言開發(fā)的開放原始碼程序(第三方IFC Engine DLL插件除外)，用于BIM數(shù)據(jù)共享，與Windows、Apple、Unix、Linux等操作系統(tǒng)兼容，可在IE、Safari、Firefox，Chrome等瀏覽器使用，目前仍在不斷開發(fā)中。BIM Server使用Berkeley DB作為數(shù)據(jù)庫引擎，在用戶上傳IFC格式的BIM模型后，通過解譯IFC文件，將模型數(shù)據(jù)及管理信息存儲(chǔ)于Berkeley DB中，有篩選、查詢、自動(dòng)碰撞檢測、自動(dòng)判斷模型更動(dòng)變化、管理不同版本等功能。

BIM服務(wù)器的核心功能是對IFC模型文件進(jìn)行解析，并輸出三維幾何數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)及其他存在于BIM模型中的信息，后續(xù)的展示需要通過專業(yè)平臺(tái)進(jìn)行。本文采用BIM Surfer平臺(tái)，它是BIM Server的相關(guān)開源模型瀏覽平臺(tái)，基于WebGL中的SceneJS框架，能夠完成對BIM模型的簡單交互操作以及渲染過程的局部調(diào)整，同時(shí)能讀取本地的JSON格式模型文件，支持子模型的精確篩選以及屬性查詢功能。

2.3 基于IFC的模型構(gòu)建的快速檢索

泵閘工程機(jī)電設(shè)備種類繁多，設(shè)備數(shù)目巨大，所有設(shè)備集中在一個(gè)單一的BIM模型中，如何在單一數(shù)據(jù)源中進(jìn)行設(shè)備的快速檢索與定位是機(jī)電設(shè)備維修管理的重要內(nèi)容之一。此外，在設(shè)備維修管理中，設(shè)備的信息不是一成不變的，而是需要不斷地將諸如維修計(jì)劃、維修結(jié)果、設(shè)備狀態(tài)等信息注入到BIM模型中。因此，設(shè)備的快速查詢與信息修改是BIM模型在泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修管理領(lǐng)域能夠得到充分應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

目前，對BIM模型進(jìn)行構(gòu)件查詢與信息修改的主要技術(shù)有以下幾種。

1)EQL

BIM技術(shù)發(fā)展至今，人們開始創(chuàng)建越來越多的大型且復(fù)雜的BIM模型，這就產(chǎn)生了基于BIM的查詢語言的需求。早期查詢語言的典型例子是Huang[9]于1999年提出的EQL(EXPRESS Query Language，EXPRESS查詢語言)。EQL主要用于對以STEP Part 21文件格式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)執(zhí)行查詢。由于IFC是STEP的一個(gè)特例，針對STEP標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)查詢可以完全滿足對IFC的查詢要求。但EQL并沒有得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗哂胁樵兎忾]性，即查詢的結(jié)果不能再被查詢，如當(dāng)用戶檢索特定零件實(shí)體后，在結(jié)果基礎(chǔ)上，不能繼續(xù)檢索擁有這些零件設(shè)備實(shí)體。

2)PMQL

Adachi[10]提出了一種新的BIM查詢語言，即PMQL(Part Model Query Language，部分模型查詢語言)，旨在提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)檢索、更新、刪除部分模型數(shù)據(jù)的一般手段。該語言是完全基于IFC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，因此針對IFC模型的查詢是相當(dāng)簡單和直接的，如圖2所示為查詢模型中每個(gè)門的高度。

然而，目前它不提供創(chuàng)建或添加模型數(shù)據(jù)到現(xiàn)有BIM模型中的功能，并且它只支持XML語法的查詢語言，這就使得BIM應(yīng)用平臺(tái)的非程序員終端用戶使用額外的工具來構(gòu)件查詢過程。

3)SMC

SMC是商業(yè)應(yīng)用程序“Solibri Model Viewer”的簡稱，在其軟件內(nèi)提供了幾種選擇或查看BIM部分內(nèi)容的方法。但是，這些方法僅適用于SMC，其平臺(tái)相關(guān)性導(dǎo)致了這種方法無法在自開發(fā)的系統(tǒng)中使用。

4)BIM Server

BIM Server是開源的BIM服務(wù)器(將在第四章中重點(diǎn)介紹)，它提供了多種方法實(shí)現(xiàn)從全局BIM中提取部分信息模型，比如通過輸入IFC模式中的對象ID、GUID或類的名稱來進(jìn)行選擇，也可以通過編寫Java代碼來創(chuàng)建自定義的復(fù)雜查詢，但開發(fā)成本過高，且不支持模型信息的創(chuàng)建與修改。

5)BimQL

盡管上述各方法均提出了部分解決方案，但是它們在開源、查詢與修改功能完整、操作簡單、平臺(tái)無關(guān)等各類需求上均存在一定的不足。針對上述問題，Mazairac等[11]提出了一種新的檢索與信息更新技術(shù)，即BimQL。BimQL是一種用于BIM模型的、開放的查詢語言，用于檢索和更新存儲(chǔ)在IFC模型中的數(shù)據(jù)，且滿足各類需求。

任何一種查詢語言均有自己的規(guī)則約束，BimQL語言也是。通過制定的若干條查詢規(guī)則，BimQL能夠?qū)崿F(xiàn)對IFC模型的復(fù)雜查詢與信息更新。BimQL查詢語言的主要規(guī)則包括如下部分。

①bimql規(guī)則：用戶可以選擇“select”(選擇)作為BimQL查詢語言的開始，表示用戶在進(jìn)行后續(xù)操作前必須獲得一個(gè)實(shí)體定義。

②select規(guī)則：表示用戶進(jìn)行查詢操作，后面緊跟一個(gè)變量名，用于存儲(chǔ)結(jié)果列表，并可被后續(xù)動(dòng)作引用；變量后可緊跟“where”規(guī)則，用于縮小選擇范圍，或“cascade”規(guī)則，用于選擇相關(guān)實(shí)體，或“set”規(guī)則，用于更改所選實(shí)體的屬性。

③cascade規(guī)則：表示級(jí)聯(lián)規(guī)則，用于在一次查詢結(jié)果范圍內(nèi)進(jìn)行二次查詢。此時(shí)，實(shí)體的直接屬性，乃至屬性集內(nèi)的屬性均可作為查詢條件，如圖3所示。在IFC中，發(fā)電機(jī)實(shí)體的狀態(tài)屬性存在于與實(shí)體相關(guān)聯(lián)的Pset_ElectricGeneratorTypeCommon屬性集中，通過IsDefinedBy及HasProperties兩個(gè)遞進(jìn)的逆屬性表示。當(dāng)用戶希望通過“Status”屬性查詢“正在運(yùn)行”的發(fā)電機(jī)實(shí)體集，按照IFC標(biāo)準(zhǔn)思路，必須先獲取相關(guān)聯(lián)的IfcPropertySet，然后檢索所有相關(guān)聯(lián)屬性集中名為“Status”的屬性，最后通過匹配“Status”屬性值獲取實(shí)體集。這對于不了解IFC標(biāo)準(zhǔn)的用戶來說比較困難，因此BimQL在級(jí)聯(lián)規(guī)則中通過封裝底層查詢語言，使這部分屬性能像直接屬性一樣，被用戶檢索到，并且用戶可以通過設(shè)置“depth”值選擇查詢深度，如“1”表示查詢實(shí)體逆屬性所關(guān)聯(lián)的實(shí)體，“2”表示關(guān)聯(lián)實(shí)體的關(guān)聯(lián)實(shí)體也會(huì)被檢索。

圖3 支持使用屬性集中的屬性直接查詢

④Where規(guī)則：根據(jù)條件縮小選擇范圍。

⑤Set規(guī)則：修改對象直接屬性的屬性值。

⑥還有其他的一些規(guī)則，比如支持在查詢中使用“*”代表通配符查詢等。

如圖4所示，通過檢索獲得擁有PredefinedType屬性，且其值為WATERTURBINE的IfcElectricGenerator實(shí)體對象(即發(fā)電機(jī)模型)。

圖4 利用select、cascade、where規(guī)則進(jìn)行發(fā)電機(jī)的檢索

3 管理平臺(tái)開發(fā)

3.1 基于IFC的模型構(gòu)建的快速檢索

平臺(tái)由下而上可分為4層，分別為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表現(xiàn)層、應(yīng)用層，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 基于BIM的泵閘工程機(jī)電設(shè)備維修管理平臺(tái)總體架構(gòu)

1)數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括非結(jié)構(gòu)化信息(主要是文檔資料)，作為BIM模型的外部引用存在；維修過程信息，在工作過程中動(dòng)態(tài)更新，并集成到BIM模型中；以及BIM數(shù)據(jù)庫，將幾何、空間、業(yè)務(wù)、文檔等數(shù)據(jù)集成在一個(gè)統(tǒng)一的BIM數(shù)據(jù)源中，并為用戶提供對象、構(gòu)件、子模型等不同粒度的訪問層次。

2)邏輯層：邏輯層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列邏輯處理，并推送到表現(xiàn)層進(jìn)行展示，包括IFC數(shù)據(jù)解析、子模型的劃分和提取及基于坐標(biāo)的集成、BIM信息訪問與控制、基于BimQL的設(shè)備信息檢索與更新及維修管理業(yè)務(wù)的邏輯處理流程。

3)表現(xiàn)層：基于BIM Surfer平臺(tái)獲取邏輯層處理結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型渲染及其各種屬性的展示，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要從屬性中提取維修業(yè)務(wù)管理信息，分類形成不同管理內(nèi)容的應(yīng)用模塊。

4)應(yīng)用層：根據(jù)業(yè)務(wù)功能類別的不同，劃分為系統(tǒng)管理、可視化管理、維修計(jì)劃管理、維修過程管理、備件管理、知識(shí)庫管理等6大模塊，這層是最終呈現(xiàn)給用戶的界面。

3.2 平臺(tái)功能

3.2.1 設(shè)備三維可視化

1)BIM模型管理

當(dāng)?shù)顷懲瓿珊?，進(jìn)入系統(tǒng)的第一個(gè)模塊即是三維可視化模塊。BIM模型被分成暖通、水工、建筑、電氣、金結(jié)、水機(jī)等部分，不同類型的維修人員被賦予不同的子模型訪問權(quán)限(在系統(tǒng)管理中設(shè)置)。如電氣維修人員可以查看水工和電氣部分的模型，在進(jìn)行可視化操作時(shí)，這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)被同時(shí)加載，既保證了模型安全，又減輕了不相關(guān)的子模型對電氣維修人員管理工作的干擾。在BIM模型結(jié)構(gòu)樹左側(cè)，集成了部分BIM Server支持的插件，包括IFC數(shù)據(jù)解析組件、渲染引擎等，使用者可以根據(jù)需要進(jìn)行合理的配置。

2)構(gòu)件檢索與屬性展示

BimQL暫不能新增屬性參數(shù)，只能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，因此為使用BimQL實(shí)現(xiàn)模型維修信息的動(dòng)態(tài)修改，本平臺(tái)采用的IFC數(shù)據(jù)模型內(nèi)置了大量待確定參數(shù)，在維修管理過程中，對這些參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)賦值。此外，平臺(tái)對BimQL進(jìn)行了進(jìn)一步的封裝，用戶僅需通過在輸入框中輸入查詢條件，即可完成構(gòu)件的快速檢索，如圖6所示。

3)維修模擬

首先對設(shè)備中各細(xì)粒度的零配件進(jìn)行實(shí)體定義，接著通過檢索關(guān)聯(lián)實(shí)體IfcRelSequence獲取各零部件的維修先后順序，即可在模型視圖中對設(shè)備維修過程進(jìn)行三維模擬，增強(qiáng)維修人員的技術(shù)水平，如圖7所示。

圖6 構(gòu)建檢索與屬性展示

圖7 三維維修模擬

3.2.2 設(shè)備維修計(jì)劃管理

設(shè)備維修計(jì)劃管理主要實(shí)現(xiàn)對中長期維修規(guī)劃、三年維修滾動(dòng)計(jì)劃、年度維修計(jì)劃及設(shè)備巡檢計(jì)劃的有效管理。首先通過對IFC模型文件的檢索，根據(jù)實(shí)體定義及預(yù)定義類型獲得機(jī)電設(shè)備的分類清單；接著依照知識(shí)庫的歷史經(jīng)驗(yàn)及規(guī)章內(nèi)容(需要用戶提前根據(jù)相關(guān)規(guī)定提取有關(guān)信息錄入知識(shí)庫管理)對各類型設(shè)備的維修計(jì)劃進(jìn)行初始化安排；接著計(jì)劃制定人員可以在此基礎(chǔ)上針對泵閘及區(qū)域用電安排的實(shí)際情況進(jìn)行微小的修改，即可完成計(jì)劃的制定。

3.2.3 設(shè)備現(xiàn)場維修管理

設(shè)備現(xiàn)場維修管理主要是對維修人員在機(jī)電設(shè)備維修現(xiàn)場產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括各類設(shè)備的維修規(guī)程/電氣設(shè)備維修前填寫的工作票、設(shè)備維修完成后填寫的維修單及設(shè)備大修完成后進(jìn)行的試運(yùn)行工作報(bào)告等。

3.2.4 備件管理

備件管理主要包括備件采購計(jì)劃管理、備件庫存管理及合格備件供應(yīng)商管理3部分。通過維修計(jì)劃建立備件采購計(jì)劃，包括用于定期維修的一次性采購和用于不定期維修的年度采購計(jì)劃，并進(jìn)行采購活動(dòng)，對不定期維修所需備件進(jìn)行驗(yàn)收入庫，定期維修所需備件進(jìn)行使用、登記，并根據(jù)實(shí)際情況對供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為后續(xù)選擇供應(yīng)商的參考意見。在非定期維修備件驗(yàn)收入庫后，對其進(jìn)行庫存管理，包括領(lǐng)用登記、退料登記等。

3.2.5 設(shè)備維修知識(shí)庫

1)規(guī)章知識(shí)庫：存儲(chǔ)設(shè)備維修有關(guān)的國際公約或法規(guī)、國家法規(guī)、行業(yè)法規(guī)、行業(yè)規(guī)章、屬地規(guī)章、企業(yè)規(guī)范及其他規(guī)章制度等內(nèi)容，用于指導(dǎo)維修管理的相關(guān)活動(dòng)。

2)歷史經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫：不僅包括泵閘工程自身在維修管理活動(dòng)中產(chǎn)生的大量文件，而且對以往其他泵閘工程、市政項(xiàng)目等工程在設(shè)備維修領(lǐng)域的優(yōu)秀行為及事故進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)，為設(shè)備維修管理的決策判斷提供大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊的主要功能包括以下幾個(gè)方面。

1)訪問控制：基于RBAC(Role-Based Access Control，基于角色的訪問控制)原理，創(chuàng)建用戶組，并根據(jù)各組工作內(nèi)容的不同，授予各用戶組不同的平臺(tái)操作權(quán)限；接著通過確定各用戶所屬用戶組類別，進(jìn)行用戶的權(quán)限管理。

2)安全審計(jì)：記錄用戶在系統(tǒng)中的訪問及操作痕跡，檢查、審查和檢驗(yàn)操作事件的環(huán)境及活動(dòng)，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞、入侵行為或改善系統(tǒng)性能的過程。

3.3 平臺(tái)應(yīng)用

本平臺(tái)目前僅處于功能試運(yùn)行階段，尚未進(jìn)行完整流程的應(yīng)用，具體應(yīng)用效果有待長期使用驗(yàn)證。不過在具體功能上，構(gòu)件檢索效率較以往而言，速度得到了較大提高；三維維修模擬讓初出茅廬的維修新手能夠快速成長；維修計(jì)劃、備件管理、現(xiàn)場維修管理等功能的串聯(lián)，對維修過程的信息化管控能力有較大提升。

4 結(jié)論

本文通過分析BIM模型在維修管理中的應(yīng)用模式，并根據(jù)維修工作特點(diǎn)，在IFC相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了機(jī)電設(shè)備維修管理平臺(tái)。本文的主要研究成果如下。

1)引入BIM模型及信息化手段，對維修管理工作中的主要業(yè)務(wù)參考模型進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)建了基于BIM的機(jī)電設(shè)備維修管理信息化模型，從而為BIM技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用指明了方向。

2)以基于BIM的機(jī)電設(shè)備維修管理信息化模型為基礎(chǔ)，利用IFC標(biāo)準(zhǔn)及BimQL等技術(shù)，開發(fā)基于BIM的機(jī)電設(shè)備維修管理平臺(tái)。

不過由于水電站機(jī)電設(shè)備種類及數(shù)目繁多，維修工作的管理非常復(fù)雜，因此平臺(tái)還存在較多細(xì)節(jié)工作以及數(shù)據(jù)的傳輸和處理工作，還需在后續(xù)研究中不斷完善。