油品储运工程的BIM平台设计

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　　【题目】石化项目油品储运工程BIM平台构建探究
　　【第一章】基于BIM的石化项目油品储运系统创建绪论
　　【2.1  2.2】石化项目油品储运安全影响因素分析
　　【2.3】石化项目油品储运安全管理分析
　　【3.1】BIM技术研究
　　【3.2】油品储运的工作流程及安全需求
　　【3.3】油品储运工程的BIM平台设计
　　【4.1】油品储运工程的BIM平台系统
　　【4.2】BIM平台在油品储运工程运维管理中的应用
　　【4.3】BIM平台的应用拓展
　　【结论/参考文献】石化油品储运工程安全管理系统研究结论与参考文献
　　
    3.3 油品储运工程的 BIM 平台设计

　　3.3.1 BIM 平台构建准备

　　依据油品储运工程的建模思路，建模前需做好相应准备工作，而其中最关键的是完成装置的结构分解（WBS）。WBS 是运用系统原理将工程项目按层次从项目总体一直分解到工作包的施工管理方法，分解单元之间并非完全独立，它们有着互相影响和联系，按照关联关系所有单元最终可以合并为一个工作整体，满足项目综合计划和控制的要求[67].WBS 有四种分解方式，依次是按照实施过程分解；按产品或项目的功能分解；按要素分解和按产品的物理结构进行分解，针对石化项目全寿命周期安全管理的要求，本文按项目实施过程进行分解。

　　与进度管理和造价管理类似，针对安全管理的 WBS 应尽可能分解到每道工序或每个最基本的构件，从而将安全管理的需求落实到每个实施对象中去，尤其是当某道工序对分部分项工程的安全有重要影响时则应该尽量细化。总的来讲，WBS将油品储运工程按树形结构逐层分解，依次分解为罐组、泵棚、管道、设备土建、阀门等。然后对罐组做进一步分解，如轻油储罐、重油储罐、航煤储罐、成品油储罐等，分解的层次越多，表明工作越细致，信息描述就越清晰。在整个 WBS 过程中，其核心是编码的确定，每一项工作都要设定唯一的编码，这个编码如同人的身份证号码。编码可以根据项目的复杂程度和装置的名称简码予以确定，可由字母、数字、其他符号组成，目的是确保每个分解部分都有唯一的代码。在获取了任务的唯一编码后，活动单元与安全信息就可以相互关联起来，当开展该项工作时，就可以准确获知需要具备的安全条件，从而有针对性的实施安全管理。某石化项目的WBS 示意图如 3-6 示：对油品储运工程进行 WBS 的同时，需要将设备设施的安全要求与装置结构的对应部件匹配起来，同时考虑在整个项目实施中所处的位置和阶段，即实现设备设施、工程构件的安全信息同工程实施状况相对应。比如，对轻油罐组整体而言，其安全信息表现为各储存罐体、阀门、油泵、法兰、管道等构件维系整体功能所必需的几何数据、功能数据、物理数据、关系数据、进度、质量数据、安全数据等，这些信息集成到平台模型后，可以实现与对应设备的关联，从而能在模型中迅速获知不同图元的安全管理要求。
　　
　　图 3-7 描述了模型中图元数据的构成。这样分解的好处是可以有效支持不同岗位员工的安全管理，即根据分解的层次，依次赋予不同层级、不同岗位员工对等的信息知情权和处理权，满足不同项目参与方的安全管理需求。比如，基层作业人员是直接面向基本构件或生产设备的，借助模型可以让他们及时知晓所操作对象的安全要求和安全状况，以及出现问题时应该从哪些方面着手处理；而中层管理者，不管是施工现场还是运营维护现场，通过模型他们可以知道属地内生产装置和设施的安全需求、安全条件和安全问题可能出现的环节，从而有利于布置好生产工作；而对领导层而言，他们所需要了解的信息是项目整体或区域性的安全状况，依靠分类后的安全信息模型，可以一目了然的知晓项目的整体安全状况和进展，有利于及时发布科学的指令，强化安全管理工作。

　　3.3.2 油品储运工程的 BIM 平台信息描述

　　1、储运工程 BIM 平台信息的分类

　　从实现管理信息化的需求来看，该平台应该涵盖 5 方面的信息：用户管理；设备管理；巡检管理；设备检测和安全培训。用户管理描述了参与该装置的所有相关人员的基本信息及所在岗位的权限分配。基本信息中涵盖了该员工的技能知识、培训教育等内容，权限分配则包括岗位职责、工作范围、可动用资源的情况。用户管理是一种动态的管理过程，可随着岗位的变动或责任的变更而动态调整。

　　设备信息主要有装置各组成部件的工艺信息及参数指标，如阀门、各类仪表、管道接口、防护设施等出厂信息、供货情况、配备情况、储存等信息。这些信息主要反映两方面情形，即原始信息和动态信息。在构建模型中设定的信息为原始信息，而在运维管理中因设备的调整变更产生的信息为动态信息。

　　设备管理指平台模块中确保装置正常运转而采取的综合管理措施。这些措施的运用依赖于设备信息的变化情况，同时设备的操作规程、标准等信息也是管理的重要依据，这些在平台中能得到很好地体现。

　　巡检管理指在 BIM 平台系统中，借助物联网的视频识别技术，获取现场实时的温度、流量、压力、周边环境等信息，这些设备信息能实时反馈到中央控制系统，BIM 平台通过与中控系统关联，能在平台中真实再现现场情形，实现信息的动态更新，发挥应急预警等功能，支持管理人员开展最具时效性管理。如同流量计、温度计、防溢液位开关、防静电接地开关、控制阀门等相配套的实时监测。

　　安全培训指平台中创建有各类案例的模块，案例是业内经典情形的总结，包括安全经验分享、安全事故处理等内容，涵盖作业区域装置可能的风险因素，为员工的规范标准作业提供科学、完整的指导，尤其是对风险大的部件提供完整的工艺信息及操作要求，旨在增强岗位员工的本质安全能力。

　　2、油品储运工程信息的关联分析

　　确定了平台分类信息，接下来的工作是将分类信息与工程构件关联起来加载到对应图元中去，实现三维模型安全维度的拓展。围绕这一任务，应该做好下述工作：

　　（1）识别储运工程全寿命周期不同阶段、各参与方涉及的安全要素，明确每一具体构件的安全需求，将安全需求转化为图元数据并与模型附合，从而丰富原有图元的安全属性。如为保障轻油罐组安全，需要设置泄漏指示仪、火灾指示仪、紧急切断阀、自动火灾报警、紧急信息系统、预备动力源和防火堤等设施，在构建轻油罐组模块时应考虑将这些要素转化为图元数据并与其关联起来[68].

　　（2）基于上一步工作，确定随着时间推移发生变化的安全信息，并将其与相关的构件对象关联起来，实现“牵一发而动全身”的效果，同时信息变化与实体变化具有高度一致性。如装置在运行过程中，输油管道受环境或其他介质的影响，出现了跑、冒、滴、漏等问题，这些现象可能是管道自身缺陷、锈蚀、老化等原因造成的，及时将这些信息反馈到平台模型中去，模型据此对装置进行整体危害分析，从而排除风险，为检维修决策提供参考。

　　（3）将模型中所有构件单元与具体的安全数据链接起来，通过基于 IFC 标准的数据平台实现模型与安全信息的映射关系，拓展 BIM 模型在安全管理中的功能。

　　基于 BIM 模型的安全信息实现过程就是由三维到四维拓展的过程，展示出 BIM 技术的广泛适应性。图 3-8 描述了安全信息的集成与关联关系。3、储运工程 BIM 平台信息的获取和表达完成工程信息的分类和信息的描述，逐步构建起储运工程 BIM 平台的基本构架，其后的关键环节是实现平台信息 IFC 条件下的获取和表达。概括来说，IFC 的信息获取主要有两个途径，其一是通过标准格式的文件交换信息；另一种是通过标准格式的程序接口访问信息。目前应用最为广泛的是第一种方式，即通过中性文件格式进行交换。

　　程序接口信息访问主要供本系统与其他不支持 IFC 标准的软件和系统之间的数据交换。这个过程包括两个步骤：首先，选择一个可以支持 IFC 标准的应用软件，生成基于 IFC 标准的信息模型，把这个模型保存在满足 IFC 标准的文件中。其次，用另一个需要交互的应用软件从该模型文件中读取数据，提取所有相关信息，这样就完成了信息的访问[69].信息交换的过程如图 3-9 所示。完成了 IFC 的信息描述和信息获取，就可以开展信息系统集成、数据交换与共享活动，任何工程类软件都可以 IFC 作为数据交换的中介和中转站实现数据的转化和交流，从而最大程度的实现数据共享。

　　3.3.3 油品储运工程 BIM 平台构架

　　油品储运工程 BIM 模型的构建，为安全信息的载入提供了基本框架。安全信息来源于两个维度：一是装置的全寿命周期不同阶段的安全需求；二是某一特定阶段的不同参与方及影响安全的各类因素。在获取了这两个维度的安全信息后，遵循 IFC标准，依据 BIM 模型构建的原则，将其转化为基本数据和扩展数据，并关联到模型的对应图元，从而形成油品储运工程的 BIM 安全管理模型。

　　通过对 BIM 技术的研究，装置的 BIM 平台应包括数据层、模型层、网络层和应用层，总体上表现为一个综合的网络结构体系，如图 3-10 所示。

　　对构架的各层次简要分析如下：

　　（1）数据层数据层是运用工程数据库对所有 BIM 数据进行存储和管理的单元，要实现模型中海量数据的存储和管理，就要建立从对象数据模型到关系数据模型的映射关系，通过映射关系完成从对象模型到关系型数据表格之间的有效转化。其中工程数据库是油品储运工程各分项的几何、属性、关系信息等转化为图元数据的集成形式。
　　
　　（2）模型层模型层需要借助 BIM 数据集成平台，实现 IFC 模型数据的读取、保存、提取、集成、验证和 3D 显示。它能根据项目全寿命周期不同阶段的安全需求，生成相应的子模型[70].比如设备检测与预警功能，就是平台系统模型层的一种表达。

　　（3）网络层网络层是在网络及通信协议基础上搭建的，能实现局域网和广域网的数据访问和交互支持，可以支持空间位置不同的项目各参与方分布式的工作模式。装置运行过程不同岗位基于平台开展的用户管理、检维修联动作业等就是网络层的应用表现。

　　（4）应用层应用层是通过利用网络技术来支持项目各参与方的协同工作，在其相应的阶段信息模型基础上，获取所需要的数据信息，为基于 BIM 技术的各种应用和数据共享提供支撑，是 BIM 技术实现功能拓展的重要基础。作业许可管理体现了协同工作。【图略】