基于BIM的電力設(shè)備信息輕量化展示系統(tǒng)設(shè)計

韋 波，蔣曉東，弓國軍

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518022)

在電力系統(tǒng)不斷壯大的同時，電力的安全成為首要任務(wù)[1]，由于系統(tǒng)越來越復(fù)雜，為清晰明了地展示電力設(shè)備信息，國外早已利用可視化方法[2]將數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，但該方法的弊端較多，我國近年來為提高電網(wǎng)安全，也設(shè)計出電力設(shè)備展示系統(tǒng)，為簡化數(shù)據(jù)并完善系統(tǒng)，現(xiàn)利用BIM技術(shù)對展示系統(tǒng)展開研究。

蔡興泉[3]等人利用串口通信有效獲取電力設(shè)備信息，其次結(jié)合硬件模塊和展示應(yīng)用模塊展示電力設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備信息展示。張愛斌[4]等人運(yùn)用B/S架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，整體系統(tǒng)滿足電力設(shè)備信息展示的所有要求，其中包含設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)分析、報警管理以及設(shè)備管理四個模塊，以此實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備信息展示。

以上設(shè)計的兩種系統(tǒng)均沒有構(gòu)建電力設(shè)備平臺，無法解析不同格式的電力數(shù)據(jù)，因此無法保證數(shù)據(jù)的完整和簡潔，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中存在大量重復(fù)和冗余數(shù)據(jù)，存在電力設(shè)備信息全面性低和電力設(shè)備展示系統(tǒng)整體性能差的問題。

為了解決上述系統(tǒng)中存在的問題，設(shè)計基于BIM的電力設(shè)備信息輕量化展示系統(tǒng)。

1 基于BIM技術(shù)的電力設(shè)備平臺

根據(jù)BIM技術(shù)[5]可對信息共享的特點(diǎn)，可利用該技術(shù)得出電力設(shè)備信息平臺，該平臺可通過BIM輕量化技術(shù)解析出不同種類格式的電力數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證系統(tǒng)設(shè)計工具的統(tǒng)一，降低信息展示系統(tǒng)的設(shè)計成本。

利用該平臺將電力設(shè)備數(shù)據(jù)管理分成模型管理以及設(shè)備管理兩部分，用戶根據(jù)該模型得出電力設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計圖紙，并完善設(shè)備信息參數(shù)以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化安裝。

該平臺的主要功能就是將電力設(shè)備信息進(jìn)行輕量化展示以及解析數(shù)據(jù)，用戶根據(jù)平臺信息輔助展示系統(tǒng)的設(shè)計[6]。

模型的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化就是將用戶提供的相關(guān)信息規(guī)范成統(tǒng)一的文件，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行下載和保存。

在BIM電力設(shè)備平臺還帶有信息搜索、統(tǒng)計以及通知消息的功能，利用這三種功能進(jìn)行電力設(shè)備信息輕量化展示系統(tǒng)設(shè)計，并根據(jù)平臺對系統(tǒng)進(jìn)行定位和構(gòu)架。

模型的另一作用就是解析不同格式文件，并得出輕量化電力設(shè)備信息，進(jìn)而得出簡化的電力設(shè)備信息，在模型的幫助下不僅確保電力設(shè)備數(shù)據(jù)的完整和精度，同時實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮，模型輕量化架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 信息輕量化處理架構(gòu)圖

基于BIM技術(shù)下的信息展示系統(tǒng)不僅可以避免因設(shè)計工具限制導(dǎo)致的信息共享能力差以及硬件設(shè)施要求低的弊端，同時保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性和完整性，并且降低數(shù)據(jù)量。

2 電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)設(shè)計

2.1 電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)設(shè)計原則

電力工業(yè)是社會發(fā)展的基本保障，在電業(yè)能力增強(qiáng)的同時，電力設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)也日益龐大，為保證企業(yè)整體需求，可利用電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)查詢相關(guān)信息。

為提高系統(tǒng)整體的實(shí)用性，通過對電力設(shè)備相關(guān)信息的分析，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后得出展示系統(tǒng)的設(shè)計圖(見圖2)。

圖2 系統(tǒng)的整體設(shè)計圖

展示系統(tǒng)主要組成部分分別是展示層、業(yè)務(wù)層以及數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)的三個模塊相輔相成，數(shù)據(jù)層主要任務(wù)是采集電力設(shè)備數(shù)據(jù)并統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)層主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證數(shù)據(jù)適用于展示層。

2.1.1 數(shù)據(jù)模塊設(shè)計

在計算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用的年代，計算機(jī)系統(tǒng)逐漸變得復(fù)雜，數(shù)據(jù)量變得十分龐大，因此電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要遵循規(guī)范性、完整性、優(yōu)化性以及安全性原則。由于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)種類多，數(shù)據(jù)量巨大，在此原則下的數(shù)據(jù)可有效分類[7]，同時為海量數(shù)據(jù)提供優(yōu)質(zhì)的存儲空間，為數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理提供便利。

數(shù)據(jù)層的優(yōu)化設(shè)計是該模塊的關(guān)鍵步驟，優(yōu)化設(shè)計的架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)模塊優(yōu)化架構(gòu)圖

索引優(yōu)化主要是在數(shù)據(jù)庫的幫助下加強(qiáng)數(shù)據(jù)檢索性能，sql優(yōu)化就是通過排除sql語句以此有效避免無用數(shù)據(jù)的儲存，聯(lián)合查詢優(yōu)化就是將兩者綜合完成數(shù)據(jù)模塊的索引，以此提高數(shù)據(jù)存儲性能同時降低冗余數(shù)據(jù)量，進(jìn)而保證所有數(shù)據(jù)的效用。

2.1.2 業(yè)務(wù)模塊設(shè)計

業(yè)務(wù)模塊是整個電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)的核心模塊，它是實(shí)現(xiàn)展示業(yè)務(wù)的主要模塊，但由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)會隨時發(fā)生變化，為避免系統(tǒng)業(yè)務(wù)量急劇增加導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，該模塊必須保證有較強(qiáng)的擴(kuò)展性以及維護(hù)性。

業(yè)務(wù)模塊必須帶有封裝性、維護(hù)性以及擴(kuò)展性，這三種性能的詳細(xì)說明如下。

(1)封裝性：將業(yè)務(wù)分類成不同需求下的各類業(yè)務(wù)，并對其進(jìn)行封裝處理，將其提供給外來訪客接口，進(jìn)而確保數(shù)據(jù)的安全性。

(2)維護(hù)性：針對每個已經(jīng)封裝的業(yè)務(wù)，為降低模塊之間的耦合度，可修正業(yè)務(wù)模塊中的業(yè)務(wù)邏輯方便模塊的維護(hù)。

(3)擴(kuò)展性：將接口進(jìn)行擴(kuò)展，方便新的業(yè)務(wù)可添加到系統(tǒng)中。

為保證電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)帶有以上三種性能，業(yè)務(wù)模塊需運(yùn)用EJB技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，該技術(shù)是根據(jù)分布式處理性能將展示系統(tǒng)進(jìn)行組件。

2.1.3 展示層設(shè)計

系統(tǒng)展示層即為此系統(tǒng)的主要目的，將電力設(shè)備信息展示給用戶，用戶通過該模塊迅速得到用戶所需數(shù)據(jù)，隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，信息展示系統(tǒng)的重要性日益顯著，為使得用戶可依照自身需求選擇數(shù)據(jù)展示方式，需在設(shè)計過程中保證此模塊的多樣性、交互性以及人性化設(shè)計。

2.2 電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)

根據(jù)以上要求得出整體電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)架構(gòu)圖(見圖4)。

圖4 電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

如圖4所示，電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)主要有五種信息展示模塊構(gòu)建而成，下列為五種模塊的詳細(xì)介紹。

2.2.1 電力設(shè)備信息展示模塊

電力設(shè)備信息是電力的重要組成信息，此模塊主要作用是將設(shè)備內(nèi)數(shù)據(jù)在可視化的基礎(chǔ)上進(jìn)行展示，此模塊主要包含一次接線圖信息展示、街景信息展示以及氣象信息展示，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 電力設(shè)備信息展示模塊

一次接線圖信息展示模塊是為了方便獲取電力用戶信息，該模塊中的具體組成部分如圖6所示。

圖6 一次接線圖信息展示模塊

街景信息與氣象信息展示模塊均是為了加強(qiáng)數(shù)據(jù)展示質(zhì)量。

2.2.2 電力設(shè)備狀態(tài)信息展示模塊

此模塊的主要作用就是實(shí)時展現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)信息的分析結(jié)果，在此模塊中用戶根據(jù)自身需要得出電力狀態(tài)分析結(jié)果，從而生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)展示圖，該模塊的架構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 電力設(shè)備狀態(tài)信息展示模塊架構(gòu)圖

2.2.3 電力設(shè)備試驗(yàn)信息展示模塊

電力設(shè)備試驗(yàn)信息展示模塊是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備試驗(yàn)信息查詢、分析以及展示的主要模塊，其架構(gòu)圖如圖8所示。

圖8 電力設(shè)備試驗(yàn)信息展示模塊架構(gòu)圖

2.2.4 電力設(shè)備缺陷信息展示模塊

電力設(shè)備缺陷信息展示模塊主要是對電力設(shè)備缺陷信息進(jìn)行查詢等工作的展示模塊，在此模塊中用戶可按照要求得出電力狀態(tài)缺陷以及電力設(shè)備相關(guān)信息，此模塊的架構(gòu)圖如圖9所示。

圖9 電力設(shè)備缺陷信息展示模塊架構(gòu)圖

2.2.5 電力設(shè)備屬性展示模塊

電力設(shè)備屬性展示模塊主要是提取出電力設(shè)備屬性信息[8]，并將其進(jìn)行展示，用戶獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后將其進(jìn)行封裝，從而構(gòu)成可視化形式的界面進(jìn)行展示，此模塊的架構(gòu)圖如圖10所示。

圖10 電力設(shè)備屬性展示模塊

以上即為電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中即可得出電力設(shè)備的相關(guān)信息，加強(qiáng)用戶與計算機(jī)之間的交互性能。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證基于BIM的電力設(shè)備信息輕量化展示系統(tǒng)的整體有效性，現(xiàn)對所設(shè)計系統(tǒng)、文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)整體性能測試，測試結(jié)果如圖11～圖13所示。

圖11 三種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量

圖12 三種系統(tǒng)的系統(tǒng)使用內(nèi)存

圖13 三種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率

系統(tǒng)性能的檢測主要從信息量儲存、內(nèi)存占用和數(shù)據(jù)傳輸幀數(shù)三個方面進(jìn)行對比，得出最優(yōu)電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)。

系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫的空間往往有限，能在固定的空間中容納更多的數(shù)據(jù)可大大提高用戶體驗(yàn)度。假設(shè)三種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存空間相同，利用三種系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，并對比內(nèi)存占用和數(shù)據(jù)傳輸幀數(shù)，得出空間內(nèi)數(shù)據(jù)量最多、內(nèi)存占據(jù)空間最小以及傳輸幀數(shù)最多的方法即為最優(yōu)方法。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出空間內(nèi)數(shù)據(jù)量最多、內(nèi)存占據(jù)空間最小以及傳輸幀數(shù)最多的方法是所設(shè)計系統(tǒng)，從而驗(yàn)證所設(shè)計系統(tǒng)為最優(yōu)電力設(shè)備信息展示系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

電力安全是電力系統(tǒng)最重要的部分，電力設(shè)備的信息能實(shí)時反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，為清楚明了地展示電力設(shè)備整體信息，設(shè)計基于BIM的電力設(shè)備信息輕量化展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先基于BIM技術(shù)構(gòu)建電力設(shè)備平臺，得出輕量化電力設(shè)備數(shù)據(jù)，其次建立電力設(shè)備展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備信息展示，解決了電力設(shè)備信息全面性低和電力設(shè)備展示系統(tǒng)整體性能差的問題，保證電網(wǎng)的安全。