基于BIM模型的工廠設備信息分類編碼技術(shù)研究

關(guān)俊濤，丁金聽，楊建光

(1.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟大學 經(jīng)濟與管理學院，上海 200092)

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基于BIM模型的工廠設備信息分類編碼技術(shù)研究

關(guān)俊濤1, 2，丁金聽1，楊建光1

(1.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟大學 經(jīng)濟與管理學院，上海 200092)

摘要：為實現(xiàn)工廠設計、施工和運維階段設備信息的傳遞共享，消除信息孤島，開展了基于BIM模型的設備信息分類編碼技術(shù)研究。提出了從功能、物理位置、邏輯位置和屬性等方面描述設備信息的分類模型，制定了適宜于工廠建設項目的設備信息編碼規(guī)則，開發(fā)了基于Revit平臺的編碼軟件，自動生成全廠的設備信息編碼。以某卷煙廠建設項目為例，開展了設備信息的分類編碼工作，獲得了全面準確的工廠設備信息編碼數(shù)據(jù)庫，為不同管理信息系統(tǒng)間的信息共享與集成奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：BIM；全生命周期；二次開發(fā)；分類；編碼

1信息分類與編碼簡介

信息分類與編碼是各類信息系統(tǒng)中實現(xiàn)信息表達、交換、管理和集成的基礎，是信息系統(tǒng)相互溝通的橋梁和紐帶[1]。隨著企業(yè)對信息化建設及管理的日益重視，許多制造企業(yè)都開展了信息分類編碼工作[2-3]；但多數(shù)是在建設項目完成后進行信息采集、收集和整理，可能出現(xiàn)信息采集困難、重復采集和信息疏漏等問題。此外，為滿足信息系統(tǒng)功能需求而設計的相互孤立的信息分類編碼標準是信息孤島產(chǎn)生的原因之一?；谕粩?shù)據(jù)源和統(tǒng)一的信息分類編碼標準，建立全面、準確和實時的工廠設備信息編碼數(shù)據(jù)庫，將為各種管理信息系統(tǒng)的應用和集成奠定基礎。

隨著信息技術(shù)在工程建設領(lǐng)域的應用，BIM(Building Information Modeling)技術(shù)以其貫穿全生命周期信息的理念獲得了國內(nèi)外的廣泛認同[4-5]。BIM模型中包含設備全生命周期內(nèi)的各種信息，可為項目參與各方提供實時的數(shù)據(jù)訪問。由于所有信息都基于同一個中心數(shù)據(jù)庫，以BIM模型為信息源進行分類編碼工作，有利于保證編碼的完整性、一致性、準確性和實時性[6]。因為BIM模型對建設項目的表現(xiàn)是三維的，以其作為信息源進行分類編碼工作還可降低信息編碼和解碼的難度。

統(tǒng)一的信息分類編碼標準是信息分類編碼的基礎。目前，國內(nèi)外已建立了較為完備的建設信息分類編碼體系，但其應用目的、信息范圍和組織形式存在差異。為實現(xiàn)集成化管理，近年來，建設信息分類編碼體系呈現(xiàn)出信息范圍全面化、全方位化和全生命周期化的趨勢。然而，新型建設信息分類編碼體系自身還不完整，仍在不斷修訂和完善[7]?，F(xiàn)有建設信息分類編碼體系多集中于建筑物本身及其附屬設施的編碼，對工廠建設項目的指導性不夠，主要是編碼系統(tǒng)性不足，涉及面較為寬泛，缺乏專用工藝設備編碼，難以做到一一對應。

本文提出一種適宜于工廠設備信息的分類編碼規(guī)則，開發(fā)基于BIM模型的信息分類編碼系統(tǒng)，并成功應用于某卷煙廠建設項目的設備信息分類編碼工作，建立全面準確的設備信息編碼數(shù)據(jù)庫。

2設備信息分類編碼規(guī)則

建立信息分類編碼規(guī)則是分類編碼工作應解決的首要問題[8]。為實現(xiàn)工廠建設項目全生命周期內(nèi)設備信息編碼的傳遞共享，本文從設計階段的信息出發(fā)，將設備信息分為功能、物理位置、邏輯位置和屬性四大類，且每個大類又可進一步細分。采用線分法和面分法相結(jié)合的分類方法，以設備功能和空間信息為分類依據(jù)，建立設備信息的分類模型(見圖1)。

為提高計算機處理編碼的效率，便于統(tǒng)計和分析，編碼時采用結(jié)構(gòu)化的有含義碼；同時，為兼顧人工識別的需要，選用數(shù)字、大寫字母混合的編碼類型。根據(jù)建立的設備信息分類模型，分別制定功能、物理位置、邏輯位置和屬性信息的編碼規(guī)則(見圖2)。

圖1　設備信息分類模型

圖2　設備信息編碼規(guī)則

3設備信息分類編碼系統(tǒng)

在制定分類編碼規(guī)則的基礎上，開發(fā)軟件工具自動生成編碼是分類編碼工作應解決的另一難題。下述從體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)兩方面介紹開發(fā)的設備信息分類編碼系統(tǒng)。

3.1體系結(jié)構(gòu)

基于BIM模型的設備信息分類編碼系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。根據(jù)設備特征定義編碼規(guī)則(流水碼編制方式和特殊設備編碼約定等)，建立編碼規(guī)則庫。以BIM模型為信息來源，結(jié)合編制的編碼索引庫，通過軟件自動生成編碼。新生成的編碼必須在檢驗是否符合編碼規(guī)則和唯一性后才可應用。參建各方的數(shù)據(jù)庫操作人員根據(jù)相應權(quán)限進行查詢、解碼及管理操作。

圖3　分類編碼系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3.2關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1基于BIM模型的空間劃分與編碼

空間位置信息從工廠建設項目的設計階段開始出現(xiàn)，一直應用于施工和后期運維階段，是全生命周期內(nèi)最穩(wěn)定和最本質(zhì)的特征之一。實現(xiàn)建筑物內(nèi)部空間的劃分與編碼，將為設備的安裝、管理和維護提供便利。

本文以工廠BIM模型(土建模型)為空間編碼依據(jù)，按照建筑物→分區(qū)→樓層→空間(房間)的層次結(jié)構(gòu)對空間進行劃分、識別和編碼。首先，添加輔助線，以通道為依據(jù)將分區(qū)劃分為多個形狀規(guī)則的塊；然后，沿水平軸網(wǎng)按照從上到下，從左向右順序搜索塊內(nèi)部空間并賦以編碼，編碼的起始流水號可自行指定，隨后自動遞增，全部塊內(nèi)部空間編碼完成后，再對通道進行編碼；最后，檢驗編碼是否符合規(guī)則及有無疏漏，同時驗證編碼的唯一性，符合標準后存入數(shù)據(jù)庫。

在C#環(huán)境下，利用Revit提供的API(Application Programming Interface)進行二次開發(fā)，實現(xiàn)BIM模型中空間的自動劃分與編碼。

3.2.2基于BIM模型的設備識別與編碼

在建筑物內(nèi)部空間劃分與編碼的基礎上，對BIM模型中各空間內(nèi)部的設備進行識別與編碼。本文對未包含設備信息的土建模型進行空間劃分編碼，將包含設備的機電模型同土建模型鏈接，比對機電模型中設備的空間坐標和土建模型中劃分空間的坐標范圍。如果設備的中心坐標在某一空間的三維坐標范圍內(nèi)，則認為設備位于該空間內(nèi)部，空間編碼即設備的物理位置編碼。

設備功能編碼按照專業(yè)→系統(tǒng)→設備的層次結(jié)構(gòu)編制，如果僅標記一個系統(tǒng)，則系統(tǒng)流水號可以省略。設備流水號可以按照系統(tǒng)從1開始編制，也可以按照房間從1開始編制，具體規(guī)則由參建各方共同商定。在編制設備的物理位置和功能編碼后，將其組合作為設備在全廠范圍內(nèi)的唯一標識，同其他類型編碼和信息關(guān)聯(lián)。

本文在C#環(huán)境下，利用Revit提供的API進行二次開發(fā)，實現(xiàn)BIM模型中各劃分空間內(nèi)部設備的自動識別與編碼。

3.2.3AutoCAD圖樣中表格信息提取

受到表現(xiàn)形式的限制，BIM模型中未包含連接設備→配電箱和配電箱→配電箱的線纜信息，應從AutoCAD圖樣中自動或手動提取信息，以生成邏輯位置編碼。建立AutoCAD圖樣、編碼信息和編碼系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)模型(見圖4)。從AutoCAD圖樣的電氣系統(tǒng)圖中，批量提取設備編號、端口編號、回路編號、設備名稱和設備編號等信息，其中，(上)表示上游設備，(下)表示下游設備。由于編制的設備功能編碼同設計圖樣中的設備編號和BIM模型中的空間編碼進行關(guān)聯(lián)，提取的相關(guān)信息可按照位置→功能→端口的層次結(jié)構(gòu)生成設備的邏輯位置編碼。

目前，已有許多在AutoCAD平臺上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)AutoCAD同管理信息系統(tǒng)集成的研究[9]。本文在C#環(huán)境下開發(fā)Object ARX程序提取AutoCAD圖樣中的表格信息，其工作流程如下：刪除表格中非表格線的其他圖形(主要是圖例)；根據(jù)表格線中的橫線和豎線，計算表格的行數(shù)和列數(shù)，以及每一行的豎坐標，每一列的橫坐標；根據(jù)文字的坐標計算文字所在的行和列；根據(jù)文字的行、列坐標導出信息至Excel。

圖4　AutoCAD圖樣、編碼信息和編碼系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)模型

4系統(tǒng)應用案例

下述以某卷煙廠建設項目為例，闡述設備信息分類編碼工作的實施流程，驗證開發(fā)的信息分類編碼系統(tǒng)。

4.1設備信息分類編碼流程

為獲取全面、準確的工廠設備信息編碼數(shù)據(jù)庫，以工廠BIM模型為主要數(shù)據(jù)來源，以AutoCAD圖樣為補充數(shù)據(jù)源，結(jié)合制定的分類編碼規(guī)則和編制的設備、建筑物索引庫，建立編碼系統(tǒng)，由參建各方共同完成設備信息的分類編碼工作。建立編碼系統(tǒng)的主要功能如下：1)可定制適合工廠的編碼規(guī)則，按照規(guī)則自動生成正確編碼；2)能保證所有數(shù)據(jù)的唯一性和一致性；3)可根據(jù)要求統(tǒng)計已編碼對象的各種信息；4)系統(tǒng)對每個用戶賦予不同的數(shù)據(jù)庫權(quán)限，編碼主導單位具有所有權(quán)限，而一般單位僅具備查詢、獲取及補充信息的權(quán)限。設備信息分類編碼工作的實施流程如圖5所示。

圖5　設備信息分類編碼實施流程圖

4.2空間劃分與編碼

利用開發(fā)的空間編碼功能，實現(xiàn)工廠BIM模型內(nèi)部空間的劃分與編碼。卷煙廠動力中心某區(qū)域空間劃分與編碼結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，開發(fā)的分類編碼軟件能夠自動賦予分區(qū)內(nèi)所有空間唯一的編碼，且相鄰空間的編碼具有連續(xù)性。需要說明的是，根據(jù)空間高度的差別將空間分為房間和豎井兩大類，并分別編制順序號。

圖6　BIM模型中空間劃分及編碼結(jié)果

4.3設備信息編碼結(jié)果

在空間劃分編碼的基礎上，按照制定的設備編碼規(guī)則，對BIM模型中包含的所有設備進行自動識別編碼。在設備編碼的同時可自動讀取各設備的物理位置編碼，并自動存入設備的相應參數(shù)(見圖7)。某建筑物內(nèi)部暖通專業(yè)通風、防排煙系統(tǒng)涉及的部分設備編碼表如圖8所示。

4.4提取AutoCAD表格數(shù)據(jù)至Excel表格

為了提取設備→配電箱和配電箱→配電箱間的連接信息，利用二次開發(fā)的AutoCAD插件提取《XX系統(tǒng)配電系統(tǒng)圖》中的表格數(shù)據(jù)(見圖9)。其中，第1行“用途”為下游設備名稱，第3行為回路編號，第6行“備注”為下游設備的圖樣標注，第2～第7列分別為上游設備的第1～第6個端口，手動添加上游設備名稱和編號后即形成了完善的邏輯位置編碼信息。

圖7　Revit模型中設備信息編碼結(jié)果

圖8　工廠部分設備編碼表

圖9　提取AutoCAD表格信息至Excel表格

5結(jié)語

本文提出了從功能、物理位置、邏輯位置和屬性等方面描述設備信息的分類模型，建立了設備信息分類編碼規(guī)則。開發(fā)了基于BIM模型的設備信息分類編碼系統(tǒng)?；赗evit平臺進行了二次開發(fā)，實現(xiàn)了BIM模型內(nèi)部空間的劃分編碼與空間內(nèi)部設備的識別與編碼?；贏utoCAD平臺進行了二次開發(fā)，將設計圖樣中表格數(shù)據(jù)提取至Excel表格。最后，以某卷煙廠建設項目的為例，開展了設備信息分類編碼工作，驗證了開發(fā)分類編碼系統(tǒng)的有效性。

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責任編輯馬彤

Research on BIM-based Equipment Information Classifying and Coding Technology for Plant Construction Project

GUAN Juntao1, 2, DING Jinting1, YANG Jianguang1

(1.SIPPR Engineering Group Co., Ltd., Zhengzhou 450007, China; 2.School of Economics and Management,

Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract：In order to meet the requirements of information transferring and sharing among all the parties involved in the plant construction project, the research on BIM-based equipment information classifying and coding technology is proposed. The classifying model of equipment is presented, which contains information about function, location, logical location and attribute. The coding rules satisfying equipment information management requirement in the plant construction project is proposed. The coding software based on Revit is developed, which generates code automatically. The established information classifying and coding system has been used in a cigarette plant construction project. A comprehensive and accurate code database is obtained. It lays a solid foundation on information sharing and integration between different management information systems.

Key words:BIM, whole life cycle, secondary development, classifying, coding

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：關(guān)俊濤(1983-),男，博士后，工程師，主要從事數(shù)字化工廠、信息分類與編碼技術(shù)等方面的研究。

中圖分類號：TP 391.7

文獻標志碼:A