针对燃气厂站管理模式较为传统、智慧化程度有待提升等情况,在国家大力推进新型基础设施建设和多项政策驱动的背景下,本文聚焦建筑信息模型(BIM)技术在智慧燃气厂站建设中的创新应用。通过融合三维激光扫描、物联网感知与BIM协同管理平台,构建燃气厂站三维数字孪生管理方案。研究证实BIM技术通过多维度数据融合与分析能力,其三维可视化和数据协同特性可以为燃气厂站的数据可视化、能效优化、风险预警等业务场景创新提供支持。为燃气行业智慧化转型提供了可复用的技术框架,对推进智慧燃气标准化建设具有实践参考价值。
关 键 词: BIM建模;智慧燃气;燃气厂站;三维场景
1 引言
基于5G、BIM、物联网、AI智能、大数据等前沿技术,通过使用智能物联终端设备对生产过程进行监测,并对生产运营数据进行梳理分析,实现可视化展示与智能决策辅助,能够推动燃气企业在生产、调度、服务和应急等各个业务环节提高运营精细化水平,强化风险管控能力,逐步完成智慧化转型升级,进一步提升管理模式的科学性与先进性。
国家发布多项政策,鼓励开展智慧燃气建设。2022年2月,国务院印发了《“十四五“国家应急体系规划》,要求充分利用物联网、工业互联网、遥感、视频识别、第五代移动通信(5G)等技术提高灾害事故监测感知能力,推进城市电力、燃气、供水、排水管网和桥梁等城市生命线及地质灾害隐患点、重大危
险源的城乡安全监测预警网络建设。2020年以来,深圳市政府、深圳市国资委相继印发了《关于加快智慧城市和数字政府建设的若干意见》《加快推进BIM技术应用的实施意见》《深圳市人民政府办公厅关于印发深圳市数字孪生先锋城市建设行动计划(2023)》等多项文件,要求加快落实智慧城市与数字政府建设,打造数字政府、数字经济和数字市民三位一体的数字深圳,以此提升产业数字化和数字产业化发展水平,助力深圳加快打造全球数字先锋城市。
2 厂站BIM建模的应用意义
燃气厂站作为组成城市燃气系统的重要环节之一,具有较多的管理难点。在设备设施管理方面,站内设备系统高度复杂,包括燃气管道、储气罐组、调
[第一作者简介] 谷虹霞,助理工程师,从事燃气技术研发工作。
压撬、各类阀门、计量终端等,管道节点少则数百个多则上千个,设备台账数据量较大。而在安全管理方面,传统燃气厂站比较依赖人工巡检、操作等,人力成本消耗较高。高度可视化的监测技术手段有助于优化燃气厂站管理方式,展示关键数据的实时变化情况,使管理人员能够实时准确地掌握厂站运行状态,及时发现异常,保障厂站的安全运行。智慧化转型已成为燃气厂站管理模式发展的必然趋势。
在此背景下,BIM技术在提高燃气厂站运营效率、提高安全管理能力以及推动智慧化发展等方面具有显著的重要性。BIM技术是采用数字化的方式,将建筑的属性、工程等各类信息与其三维模型进行集成,便于提高管理的效率和精确性。通过BIM技术手段,可以真实还原燃气管道及设备的三维空间形态,更直观地展示出管道和设备的分布情况,降低查找的难度,提高运维工作的效率。通过进一步运用物联网、大数据、5G、AI等新兴的前沿科技,可以对厂站进行实时监测和数据分析,随时掌握燃气管道及设备的运行状态和性能参数,有助于及时发现异常并降低燃气事故风险。
将传统的管理系统与运用了BIM技术的管理系统进行对比,存在明显差异。传统二维系统的截图见图1、图2,采用BIM技术三维建模的系统截图见图3。传统的管理系统中,以燃气管线信息管理系统为例,
图1 传统二维系统的截图1
图2 传统二维系统的截图2
图3 采用BIM技术三维建模的系统截图
平面管线交叉的地方靠人眼观察,对于交叉的复杂部位无法充分直观地表达;以燃气厂站信息管理系统为例,虽然系统可以显示站内工艺流程和实时数据,但难以呈现空间位置、建筑结构等立体属性信息。
而对燃气厂站进行高精度三维建模,能够真实还原燃气厂站的现场设备设施。通过将厂站的BIM模
2 城市燃气 2025 / 12 总第 610 期
型、SCADA实时数据、设备设施属性信息、工艺流程等进行融合,将设备属性与对应的三维模型进行挂接,将燃气厂站SCADA实时数据接入三维数字孪生管理平台,以及对生产运行数据进行整合分析,能够实现三维场景中的设备属性查询管理,实时监测数据的查看显示,直观地模拟和展示厂站的工艺流程,进行三维可视化辅助决策,从而实现厂站生产的远程智控,提升燃气厂站的运营和管理效率。
3 燃气厂站BIM数据采集与建模
BIM建模的技术路线主要分为数据测绘采集、 BIM模型制作等环节。采用专业测绘设备现场采集获取点云数据、影像资料,结合图纸资料,使用专业虚拟仿真软件建模,构建基础3D模型,经过单体化、美化等处理步骤之后输出标准格式的三维模型。
3.1 燃气厂站BIM数据采集
3.1.1 数据采集范围
通过实地勘测获取厂站车辆管理区、管线区、压力转化区以及办公区的三维空间数据,准确还原整个厂站建筑与设备设施的物理分布情况,能够表现出建筑与设备设施的实体关系。
数据采集的范围包括但不限于:
(1)槽车装卸车区主体设备及管道等附属设施
(2)灌瓶区主体设备及管道等附属设施;
(3)气化区主体设备及管道等附属设施;
(4)储罐区主体设备及管道等附属设施;
(5)冷能撬区主体设备及管道等附属设施;
(6)高压/次高压/中压区域主体设备及管道等附属设施;
(7)厂站安全监控等附属设施;
(8)厂站消防主体设备及管道等附属设施;
(9)厂站办公区域建筑等。
3.1.2 数据采集设备
(1)在一般的地面数据采集时,可以使用地面站激光雷达扫描仪和小型手持扫描仪等设备,利用三维激光扫描技术对厂站设备及设备部件进行扫描以获取与其外形高度一致的三维点云数据。
(2)当需要进行空中采集数据时,可以使用无人机对燃气厂站整体全景数据、建筑高处、设备高处
等进行数据采集,采用全时段高效三维实时采集模式,实现复杂环境下的精准三维建模。
3.1.3 数据采集注意事项
利用手持设备对厂站设备设施进行拍照,获取其外貌纹理,构建设备纹理库,以便后期建模处理利用。注意选择恰当的天气、光线、透视角度、环境颜色等条件,清晰地获取设备的外貌纹理,同时保证拍摄的设备铭牌清晰可见。恰当的采集条件示例见图4,不恰当的采集条件示例见图5。
图4 恰当的采集条件示例(能见度正常)
图5 不恰当的采集条件示例(能见度过低)
因为照片的数据量较大,需要对照片及时归类。在拍摄过程中,注意按照前期规划的路径顺序拍摄。除此之外,应按照以下要求完成影像及纹理信息的采集:
(1)尽量拍摄到采集对象的正立面;
(2)规定范围内的所有对象必须全部采集;
(3)依据模型精度要求拍摄所需重点细节;
(4)需拍摄可作为纹理素材的表面;
(5)全方位地拍摄采集对象的表面影像,分类型采集纹理特征。重复纹理区域采集典型特征样本,
非重复区域采用全表面覆盖拍摄,特殊复杂结构采用多角度影像采集加数字化拼接的技术方案。
(6)纹理影像需严格匹配实地勘测数据,精确呈现材质表面属性,保留现状特征与历史痕迹。
(7)需采用多尺度影像记录。全景展示采集对象的空间关系,特写呈现细节特征,相邻照片保留相同之处确保序列连贯性。
3.2 燃气厂站BIM建模
3.2.1 点云数据预处理
燃气厂站三维精细化建模需对获取的点云数据进行预处理,主要包括3个环节:点云拼接整合多源数据、点云去噪提升数据精度、数据简化优化模型性能。点云模型见图6。
图6 点云模型
3.2.2 高精度三维模型制作
在进行燃气厂站整体场景创建时,首先在整体大概的点云模型数据上依次建立所需的线、面等对象,逐步得到实体模型,并结合拍摄的照片、视频以及工程图纸等素材资料,进行人工修模和模型单体化等处理,完成局部细节修正,得到高精度三维模型。模型单体化效果见图7。
3.2.3 模型美化
对模型进行表面贴图、选择适当材质等,如有必要时增加动效、调整光影、设计交互效果等,令三维模型及场景兼具美观与真实。美化后的模型见图8。