一种基于BIM的化工厂安全布局系统及方法

技术领域

本发明涉及化工厂安防领域，具体涉及一种基于BIM的化工厂安全布局系统及方法。

背景技术

化学工业园区是现代化学工业为适应产品消费区或原料产地、国际集约化和效率的产物，而化工厂作为化学工业园区的生产基地，集中面临各种易燃易爆的化工原材料，并且随着化工产品的生产也不可避免的衍生出废气、废水和固体废弃物。由于化工厂所处环境特殊，因此当化工厂一旦发生火灾或者其他爆炸性灾害时则会迅速形成连锁反应，导致整片工业园区面临巨大的人员伤亡和经济损失。而现有技术中针对化工厂的安防侧重于设备故障引发泄露的监控预警，忽视了化工厂布局不合理导致设备之间存在的安全隐患以及设备采用原料本身的危害。同时，建设现代数字化的化学工业园区需要充分利用计算机和信息技术辅助进行规划和设计，BIM技术在化工厂设计中应用较少。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种基于BIM的化工厂安全布局系统及方法，使用BIM技术构建化工厂整体建筑结构，并合理规划内部各设备之间的布局，通过优化设备的安装区域从而有效避免设备之间关联的安全隐患，提升了化学工业园区整体的安防性能。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于BIM的化工厂安全布局系统，包括：

依次连接的测控终端，数据传输系统和数据服务器，还包括与数据服务器连接的BIM模型构建模块，数据分析模块、区域划分模块和用户终端；所述BIM模型构建模块用于根据用户终端前期输入的化工厂建筑参数构建化工厂BIM模型，并将构建的化工厂BIM模型发送至数据服务器；所述区域划分模块调用化工厂BIM模型对化工厂内部进行划分，得到若干个布局区域并发送至数据服务器；所述测控终端根据划分的布局区域采集区域内部的设备数据和区域数据，将所述设备数据和区域数据通过数据传输系统发送至数据服务器；所述数据分析模块根据区域数据计算各个布局区域的区域等级值并确定其区域等级，根据设备数据计算设备使用值，然后将区域等级值、区域等级和设备使用值发送至所述数据服务器；所述数据服务器预先存储有布局匹配表，所述布局匹配表包括相互对应的区域等级和设备使用阈值；数据服务器依据布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配，如匹配则向用户终端发送匹配信号，保持设备位置不变；如不匹配则根据设备使用值比对设备使用阈值，确定符合该设备使用值的区域等级，然后根据区域等级选定目标布局区域，向用户终端发送调换信号，用户终端根据调换信号获取目标布局区域信息通知工作人员将设备位置调换至所述目标布局区域。

进一步的，化工厂建筑参数包括钢筋笼位置信息，建筑模板信息，特定位置结构件信息；所述化工厂BIM模型通过以下步骤建立得到：

获取钢筋笼的位置信息，所述位置信息以三维坐标的形式进行表征；

获取所述建筑模板信息，所述钢筋笼基于所述建筑模板搭设；

基于化工厂整体建筑结构中特定位置结构件的边界条件和受荷情况，进行拓扑优化预分析，得到拓扑优化预分析结果；

基于所述位置信息、模板信息以及所述拓扑优化预分析结果，构建化工厂BIM模型。

进一步的，所述区域数据包括区域面积和区域位置；所述设备数据包括三班制一天24小时内设备使用的总次数n；单次设备使用时长t

所述数据分析模块根据区域数据计算各个布局区域的区域等级值并确定其区域等级包括：

在化工厂整体平面图中确定中心点位置；

根据布局区域的区域位置确定该布局区域到中心点的距离d；

获取布局区域的区域面积S；

根据公式D=S/d计算出布局区域的等级值D，然后根据数据服务器中预先设置的等级阈值Y1和Y2进行布局区域的等级划分，若D＜Y1，则布局区域的区域等级为第三等级区域；若Y1≤D＜Y2，则布局区域的区域等级为第二等级区域；若Y2≤D，则布局区域的区域等级为第一等级区域；区域等级越高表示对应的布局区域相对中心点位置越分散。

所述数据分析模块根据设备数据计算设备使用值包括：

根据一天24小时内设备使用的总次数n计算设备使用频率P=n/24；

计算设备使用的单次平均时长t=

根据公式h=P*t/T

数据服务器依据布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配包括：

将设备使用值h与布局匹配表中设备使用阈值进行比较，确定设备使用值h所处范围，通过布局匹配表中相互对应的区域等级和设备使用阈值确定该设备对应的预期区域等级；

将计算得到的该设备当前所处布局区域的区域等级与所述预期区域等级进行匹配，若两者相同则认为该设备所处布局区域符合要求，若两者不相同则认为该设备所处布局区域不符合要求，需要进行设备调换，具体为根据预期区域等级选定目标布局区域，将设备位置调换至所述目标布局区域。

进一步的，进行匹配调整之后还包括设备的局部微调，对相同区域等级的各布局区域进行编号，将上述各布局区域中所有设备根据其设备使用原材料危险系数m进行分为三类，然后根据布局区域编号将每一类设备中的单个设备依次放置在不同的布局区域，从而达到分散布置的目的。

一种基于BIM的化工厂安全布局方法，包括：

步骤S1，用户终端输入化工厂建筑参数，BIM模型构建模块基于化工厂建筑参数构建化工厂BIM模型；

步骤S2，所述区域划分模块调用化工厂BIM模型对化工厂内部进行划分，得到若干个布局区域；

步骤S3，根据划分的布局区域采集该区域内部的设备数据和区域数据；

步骤S4，对设备数据和区域数据进行分析处理，计算布局区域的区域等级值并确定区域等级，计算布局区域内设备使用值；

步骤S5，调用布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配，如匹配则保持设备位置不变，进入步骤S7；如不匹配则根据设备使用值比对设备使用阈值，确定符合该设备使用值的区域等级，然后根据区域等级选定目标布局区域，进入步骤S6；

步骤S6，用户终端获取目标布局区域，然后将设备位置调换至所述目标布局区域，进入步骤S7；

步骤S7, 对相同区域等级的各布局区域进行编号，将上述各布局区域中所有设备根据其设备使用原材料危险系数m进行分为三类，然后根据布局区域编号将每一类设备中的单个设备依次放置在不同的布局区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于BIM技术通过对化工厂进行布局区域划分，获取布局区域的区域等级值，区域等级以及区域内部设备使用值，再结合布局优化表生成调换信号或匹配信号，若生成调换信号，将该设备调换至对应的目标布局区域即可，若生成匹配信号，将保持设备位置不变，完成上述整体布局之后，再根据原材料危险系数进行局部调整。本发明依据化工厂的区域位置、设备数据、化学原材料等因素，从而实现化工厂的科学布置，通过布局优化有效避免设备之间关联的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于BIM的化工厂安全布局系统框图；

图2为基于BIM的化工厂安全布局方法工作流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

作为本发明的优选一个实施例，如图1所示，一种基于BIM的化工厂安全布局系统，包括：

依次连接的测控终端，数据传输系统和数据服务器，还包括与数据服务器连接的BIM模型构建模块，数据分析模块、区域划分模块和用户终端；所述BIM模型构建模块用于根据用户终端前期输入的化工厂建筑参数构建化工厂BIM模型，并将构建的化工厂BIM模型发送至数据服务器；所述区域划分模块调用化工厂BIM模型对化工厂内部进行划分，得到若干个布局区域并发送至数据服务器；所述测控终端根据划分的布局区域采集区域内部的设备数据和区域数据，将所述设备数据和区域数据通过数据传输系统发送至数据服务器；所述数据分析模块根据区域数据计算各个布局区域的区域等级值并确定其区域等级，根据设备数据计算设备使用值，然后将区域等级值、区域等级和设备使用值发送至所述数据服务器；所述数据服务器预先存储有布局匹配表，所述布局匹配表包括相互对应的区域等级和设备使用阈值；数据服务器依据布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配，如匹配则向用户终端发送匹配信号，保持设备位置不变；如不匹配则根据设备使用值比对设备使用阈值，确定符合该设备使用值的区域等级，然后根据区域等级选定目标布局区域，向用户终端发送调换信号，用户终端根据调换信号获取目标布局区域信息通知工作人员将设备位置调换至所述目标布局区域。

其中，化工厂建筑参数包括钢筋笼位置信息，建筑模板信息，特定位置结构件信息；所述化工厂BIM模型通过以下步骤建立得到：

获取钢筋笼的位置信息，所述位置信息以三维坐标的形式进行表征；

获取所述建筑模板信息，所述钢筋笼基于所述建筑模板搭设；

基于化工厂整体建筑结构中特定位置结构件的边界条件和受荷情况，进行拓扑优化预分析，得到拓扑优化预分析结果；

基于所述位置信息、模板信息以及所述拓扑优化预分析结果，构建化工厂BIM模型。

在一个实施例中，所述区域数据包括区域面积和区域位置；所述设备数据包括三班制一天24小时内设备使用的总次数n；单次设备使用时长t

在一个实施例中，所述数据分析模块根据区域数据计算各个布局区域的区域等级值并确定其区域等级包括：

在化工厂整体平面图中确定中心点位置；

根据布局区域的区域位置确定该布局区域到中心点的距离d；

获取布局区域的区域面积S；

根据公式D=S/d计算出布局区域的等级值D，然后根据数据服务器中预先设置的等级阈值Y1和Y2进行布局区域的等级划分，若D＜Y1，则布局区域的区域等级为第三等级区域；若Y1≤D＜Y2，则布局区域的区域等级为第二等级区域；若Y2≤D，则布局区域的区域等级为第一等级区域；区域等级越高表示对应的布局区域相对中心点位置越分散。

在一个实施例中，所述数据分析模块根据设备数据计算设备使用值包括：

根据一天24小时内设备使用的总次数n计算设备使用频率P=n/24；

计算设备使用的单次平均时长t=

根据公式h=P*t/T

根据设备使用值可以表示该设备被使用的需求程度，对于一台化工厂设备，按照化工厂三班制24小时工作时间计算，设备使用的单次平均时长越长则相对应的平均间隔时间就越短，上述公式的分子表征该设备总的使用时长，而分母则表征停用时长，设备使用值h越大则表明该设备需求越高，应该放在离中心点位置越近的区域，即区域等级低的地方，而其中分母的指数为危险系数，则表明原料对设备的影响程度更重，危险系数越高则导致使用值越小，表示该设备安全隐患越重，应该放置在远离中心点的区域。

在一个实施例中，数据服务器依据布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配包括：

将设备使用值h与布局匹配表中设备使用阈值进行比较，确定设备使用值h所处范围，通过布局匹配表中相互对应的区域等级和设备使用阈值确定该设备对应的预期区域等级；

将计算得到的该设备当前所处布局区域的区域等级与所述预期区域等级进行匹配，若两者相同则认为该设备所处布局区域符合要求，若两者不相同则认为该设备所处布局区域不符合要求，需要进行设备调换，具体为根据预期区域等级选定目标布局区域，将设备位置调换至所述目标布局区域。

进一步的，进行匹配调整之后还包括设备的局部微调，对相同区域等级的各布局区域进行编号，将上述各布局区域中所有设备根据其设备使用原材料危险系数m进行分为三类，然后根据布局区域编号将每一类设备中的单个设备依次放置在不同的布局区域，从而达到分散布置的目的。

作为本发明的优选一个实施例，如图2所示，一种基于BIM的化工厂安全布局方法，包括：

步骤S1，用户终端输入化工厂建筑参数，BIM模型构建模块基于化工厂建筑参数构建化工厂BIM模型；

步骤S2，所述区域划分模块调用化工厂BIM模型对化工厂内部进行划分，得到若干个布局区域；

步骤S3，根据划分的布局区域采集该区域内部的设备数据和区域数据；

步骤S4，对设备数据和区域数据进行分析处理，计算布局区域的区域等级值并确定区域等级，计算布局区域内设备使用值；

步骤S5，调用布局匹配表分析区域等级和设备使用值是否匹配，如匹配则保持设备位置不变，进入步骤S7；如不匹配则根据设备使用值比对设备使用阈值，确定符合该设备使用值的区域等级，然后根据区域等级选定目标布局区域，进入步骤S6；

步骤S6，用户终端获取目标布局区域，然后将设备位置调换至所述目标布局区域，进入步骤S7；

步骤S7, 对相同区域等级的各布局区域进行编号，将上述各布局区域中所有设备根据其设备使用原材料危险系数m进行分为三类，然后根据布局区域编号将每一类设备中的单个设备依次放置在不同的布局区域。

本发明根据设备是否常用来进行化工厂内部的布局，同时将涉及危险化学原料的设备设置在远离中心点的区域，在完成整体优化后还将相同区域等级的布局区域内所有设备进行分类分散布置，提升了化工厂设备使用效率的同时降低了设备之间相互影响导致的安全隐患。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。