GQI 軟件在電力工程項(xiàng)目中的靈活應(yīng)用

張文平，張科陽，張倩倩

（1.國泰建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100116；2.天津農(nóng)學(xué)院，天津 300384；3.北京華茂新時(shí)代建筑工程有限公司，北京 100116）

0 引言

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，三維技術(shù)手段已在建筑、交通、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，電力領(lǐng)域內(nèi)也在穩(wěn)步推動(dòng)三維技術(shù)在各個(gè)階段的應(yīng)用，三維技術(shù)已成為一個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢［1］。國家電網(wǎng)公司先后發(fā)布了〔2018〕585 號(hào)《關(guān)于全面應(yīng)用輸變電工程三維設(shè)計(jì)及建設(shè)工程數(shù)據(jù)中心的意見》、〔2019〕63 號(hào)《輸變電工程三維設(shè)計(jì)模型交互規(guī)范》等多項(xiàng)文件［2］，以支撐三維數(shù)字化技術(shù)在變電設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)開展及數(shù)字化移交［3］。很多電力企業(yè)在項(xiàng)目實(shí)施過程中，對(duì)BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的需求也越來越強(qiáng)烈。工程量的計(jì)算是工程計(jì)價(jià)的基礎(chǔ)，同時(shí)是造價(jià)工作中工作量最大的環(huán)節(jié)。GQI（Glodon Quantity Installation）算量軟件是廣聯(lián)達(dá)公司基于BIM 三維模式算量開發(fā)、適用于各類民用建筑的一款安裝計(jì)算軟件，通過智能化識(shí)別、三維可視化、專業(yè)化計(jì)算規(guī)則，全面解決安裝算量計(jì)算效率低、難度大的問題［4］。軟件融合算量與建模于一體，一方面可高效、準(zhǔn)確計(jì)算工程量，另一方面同時(shí)3D建模，進(jìn)行碰撞檢查等BIM 級(jí)應(yīng)用，結(jié)合同系列BIM 工序動(dòng)畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件，實(shí)現(xiàn)工序動(dòng)畫化和施工組織模擬，為電力項(xiàng)目5D（5-Dimension，即3D ＋進(jìn)度＋成本）等可視化管理提供技術(shù)支持。本文通過GQI對(duì)具體電力工程項(xiàng)目進(jìn)行三維計(jì)算工程量，展現(xiàn)GQI在電力工程項(xiàng)目中的靈活應(yīng)用，以供同仁參考。但GQI等現(xiàn)有三維算量建模軟件存在功能不系統(tǒng)全面、適用性較差的問題，在GQI 應(yīng)用的基礎(chǔ)上，經(jīng)科學(xué)合理推演，提出一種適用于電力工程項(xiàng)目管理的新型電力工程項(xiàng)目管理軟件或平臺(tái)的研發(fā)，對(duì)提高電力工程項(xiàng)目的管理工作效率和水平有重要意義。

1 三維算量軟件GQI簡介

經(jīng)過十多年的發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)許多三維算量軟件品牌，如表1所示，對(duì)比分析（排名不分先后）選用三維算量軟件。

表1 國內(nèi)常見三維算量品牌對(duì)比表

不同三維算量軟件各具特色，根據(jù)項(xiàng)目和企業(yè)不同要求，可選用最適合的三維算量軟件。本文電力工程項(xiàng)目案例位于北方，而且很多北方企業(yè)采用的是廣聯(lián)達(dá)公司計(jì)量計(jì)價(jià)系列軟件，GQI項(xiàng)目管理配套軟件較為豐富，為方便模型、數(shù)據(jù)共享和技術(shù)交流，選用廣聯(lián)達(dá)BIM 安裝計(jì)量GQI 軟件進(jìn)行研究。廣聯(lián)達(dá)公司另有一款電力算量軟件GSM，由于模型價(jià)值不高、更新迭代速度慢等原因，不能滿足企業(yè)融合電力項(xiàng)目計(jì)量與BIM進(jìn)行項(xiàng)目管理需求，故而棄用。

GQI2021版本支持全專業(yè)BIM三維模式算量，智能識(shí)別構(gòu)件、設(shè)備，準(zhǔn)確度高，調(diào)整靈活，BIM 三維建模，圖紙信息360°無死角排查，實(shí)時(shí)計(jì)算，多維度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，及時(shí)準(zhǔn)確［5］。重要的一點(diǎn)是還可以進(jìn)行土建專業(yè)建模，也可導(dǎo)入同系列BIM土建計(jì)量平臺(tái)GTJ 土建3D 模型，還可導(dǎo)入天正、MagiCAD、Revit等BIM模型，整個(gè)模型又可導(dǎo)出所需格式應(yīng)用到BIM 工序動(dòng)畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件中，提升模型的使用價(jià)值。

2 案例項(xiàng)目簡介

（1）項(xiàng)目概況

本案例為北方某城市美麗鄉(xiāng)村建設(shè)項(xiàng)目，建筑面積203 000 m2，4層新農(nóng)居396套。

（2）供電方案

從鎮(zhèn)變電所通過1 598 m現(xiàn)狀電纜隧道和新建620 m電纜隧道引來兩根ZC-YJY-8.7／15kV-3 ×300 mm22電纜作為10 kV高壓電源至小區(qū)內(nèi)新建開閉站，為小區(qū)內(nèi)新建的6 所10 kV變配電站提供電源［6］。

3 GQI靈活應(yīng)用于案例項(xiàng)目

廣聯(lián)達(dá)算量系列包含有電力算量軟件GSM，項(xiàng)目工程量計(jì)量建模初始采用此軟件，計(jì)量靈活性及三維模型不理想。后試用同系列市政BIM算量軟件GMA，只是在隧道建模方便了一些。同系列安裝三維算量GQI，雖然不是專門針對(duì)電力工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的，但得益于全專業(yè)建模性質(zhì)，靈活應(yīng)用于電力工程是可行的。

市政BIM 算量軟件GMA隧道及電力井建模與計(jì)量平視圖如圖1 所示。暗挖隧道、明開隧道局部三維模型如圖2所示。

圖1 隧道及電力井建模平視圖

圖2 暗挖隧道、明開隧道局部三維模型

對(duì)電力井、排管及通風(fēng)亭進(jìn)行計(jì)量與三維建模，如圖3所示。

圖3 電力井、排管局及通風(fēng)亭部三維模型

對(duì)于電力隧道，GMA 建立的三維模型，雖然也能導(dǎo)入到同系列BIM5D軟件中應(yīng)用，但是不能導(dǎo)入至GQI 中，BIM 模型發(fā)揮的價(jià)值有限。

使用者能夠靈活運(yùn)用GTJ土建三維算量軟件進(jìn)行計(jì)量與建模，精確計(jì)算鋼筋的工程量，同時(shí)能查看鋼筋三維模型。重要的是，GTJ建立的模型可導(dǎo)入到GQI中，然后運(yùn)用于同系列軟件BIM工序動(dòng)畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件，可視化管理體系更為完整、精細(xì)。GTJ土建三維算量軟件對(duì)以電力四通井的計(jì)量與精細(xì)建模。如圖4所示，能夠多角度查看隱蔽的鋼筋布置的三維模型，可以對(duì)鋼筋布置進(jìn)行可視化修正、優(yōu)化和交底。

圖4 電力四通井GTJ土建三模型

圖5所示是對(duì)GTJ土建三維算量軟件建立的通風(fēng)亭三維模型工程量查看，為電力項(xiàng)目5D可視化管理打下一定基礎(chǔ)。

圖5 GTJ土建三維模型查看工程量

電力隧道及電力井畢竟不是本案例的主要部分，對(duì)布置的精細(xì)度相對(duì)變電站房的變壓器、電力柜、母線等設(shè)備與管線來講相對(duì)不是很高。這是把廣聯(lián)達(dá)三維安裝算量軟件GQI靈活運(yùn)用電力工程的主要原因。

GQI安裝三維算量軟件在案例電力工程中的靈活應(yīng)用。開閉所及6座10 kV變配電站中的建筑安裝工程與一般民用建筑區(qū)別不大，利用GQI 進(jìn)行三維算量沒有問題。開閉站及1＃變電站如圖6所示。

圖6 GQI開閉站及1＃變電站局部3D模型

變配電站類及新農(nóng)居土建工程可以在GQI 中進(jìn)行粗略建模，如果需精細(xì)模型，可在GTJ中建模計(jì)量后導(dǎo)入到GQI 中。需要注意的是，GQI中的土建模型不能統(tǒng)計(jì)工程量，不論是在GQI 中建立的模型，還是導(dǎo)入的GTJ土建模型。

在GQI中進(jìn)行土建建模的目的是更形象直觀地展現(xiàn)電力設(shè)備與建筑物的相對(duì)位置，以直觀檢查安全空間是否足夠，是否存在布置位置沖突問題。如同AutoCAD一樣，GQI不同的構(gòu)件（配電柜、箱，設(shè)備等的三維模型的統(tǒng)稱）布置在不同的圖層，這樣可以很方便地顯示需要展現(xiàn)的模型，關(guān)閉不需要現(xiàn)示的模形。

GQI安裝三維算量軟件應(yīng)用于案例電力工程項(xiàng)目，比較突出的困難是室外電纜的計(jì)量。解決此問題方案有兩個(gè)：一是沿隧道、排管、電力井一條電纜一條電纜逐個(gè)手工布置；二是先沿電纜路徑布置合適規(guī)格的橋架，再根據(jù)GQI橋架配線方法布置電纜。對(duì)于方法一，效率低，布置雜亂。對(duì)于方案二，因?yàn)闃蚣苁沁B通的，能夠自動(dòng)連接始末端，在橋架中自動(dòng)排列，整齊而美觀，計(jì)量準(zhǔn)確，工作效率高。這是把GQI靈活運(yùn)用于電力工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，如圖7所示。

圖7 GQI運(yùn)用橋架計(jì)量建模隧道內(nèi)電纜

布置橋架時(shí)，嚴(yán)格按照計(jì)算規(guī)則和設(shè)計(jì)進(jìn)行布置。如電力電纜在電力井中的敷設(shè)要求不是直線通過，而是要繞井壁敷設(shè)，以保證工程量的準(zhǔn)確性。

如果不希望在工程量報(bào)表中不體現(xiàn)此類起輔助性質(zhì)的橋架，可在布置的橋架構(gòu)件屬性的“計(jì)算”項(xiàng)目中的子項(xiàng)“是否計(jì)算”，設(shè)置值為“否”。如果不希望出現(xiàn)橋架模型，其方法是在布置完成電纜后，可以在GQI中選中橋架中的電纜（可以批量選擇），轉(zhuǎn)換成脫離橋架的線纜，然后可以刪除橋架構(gòu)件模型。

GQI靈活運(yùn)用電力工程的關(guān)鍵技術(shù)之二，可以利用導(dǎo)入的GTJ土建模型，提前規(guī)避土建與安裝管線的碰撞及時(shí)進(jìn)行管線的避讓。

GQI靈活運(yùn)用電力工程的關(guān)鍵技術(shù)之三，可以導(dǎo)入天正、MagiCAD、Revit安裝專業(yè)的BIM 模型進(jìn)行計(jì)量或轉(zhuǎn)換后計(jì)量，可減少重復(fù)建模。

GQI靈活運(yùn)用電力工程的關(guān)鍵技術(shù)之四，GQI 2021-3 月之后的版本，其“實(shí)體模型”功能模塊，實(shí)現(xiàn)了云端存儲(chǔ)模型，模型隨用隨下；模型參數(shù)化編輯，精細(xì)化顯示；設(shè)備與管線之間連接更細(xì)膩、真實(shí)。

GQI靈活運(yùn)用電力工程的關(guān)鍵技術(shù)之五，模型直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到同系列軟件BIM5D、BIM工序動(dòng)畫制作軟件、BIM 施工組織模擬軟件等數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工序動(dòng)畫化和施工組織模擬等可視化、一體化管理。

總而言之，BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)是三維建模技術(shù)，即依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況構(gòu)建相關(guān)數(shù)據(jù)庫，動(dòng)態(tài)模擬工程項(xiàng)目實(shí)體，呈現(xiàn)工程實(shí)體的三維模型［7］。三維模型質(zhì)量將直接影響后續(xù)模型應(yīng)用效率和效果。GQI及其同系列軟件功能不止于此，有待人們深入研究加以靈活應(yīng)用。

4 展望

雖然現(xiàn)在BIM 在電力工程項(xiàng)目中應(yīng)用不盡人意，但BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以建立一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，讓各方得到統(tǒng)一的管理［8］。展望未來，隨著國網(wǎng)公司《輸變電工程三維設(shè)計(jì)模型交互規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，電網(wǎng)信息模型（Grid Information Model，GIM）進(jìn)入工程化階段，達(dá)到了統(tǒng)一模型構(gòu)建方法、數(shù)據(jù)組織、編碼統(tǒng)一和交互規(guī)則的目的［9］。搭乘國家“新基建”的快車，結(jié)合蓬勃發(fā)展的AI 人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器深度學(xué)習(xí)、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）技術(shù)，根據(jù)電力工程標(biāo)準(zhǔn)化程度高、模塊化強(qiáng)、智能化程度高的行業(yè)特點(diǎn)，融合設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營管理于一體的電力工程行業(yè)專用的高標(biāo)準(zhǔn)、高智能、專業(yè)性強(qiáng)、云端一體、適用性好的國產(chǎn)電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺(tái)，一定會(huì)在“十四五”期間面世。屆時(shí)，電力人將在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行電力工程項(xiàng)目全生命周期管理，模擬其應(yīng)用場景如下。

（1）電力工程項(xiàng)目方案及施工圖設(shè)計(jì)階段

調(diào)查客戶用電需求，把信息輸入軟件或平臺(tái)，軟件AI 首先對(duì)信息進(jìn)行分析，輸出要補(bǔ)充的信息表。待信息完整后，根據(jù)專家數(shù)據(jù)庫，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及供電局規(guī)定要求，自動(dòng)計(jì)算生成3～5個(gè)方案，經(jīng)人工優(yōu)選調(diào)整，確定方案后上報(bào)審核審批。根據(jù)審批后的方案，軟件AI 通過專家數(shù)據(jù)庫、廠商產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，智能生成電力項(xiàng)目BIM和施工圖，通過模擬功能模塊，在人工監(jiān)視與適時(shí)干預(yù)下，軟件AI 自動(dòng)演示設(shè)備布置、線纜連接、驗(yàn)算驗(yàn)證、參數(shù)設(shè)定、上電調(diào)試、數(shù)據(jù)與效果展示、故障模擬等。供配電系統(tǒng)模擬達(dá)到送電條件后，軟件AI 自動(dòng)生成設(shè)計(jì)概算，進(jìn)行報(bào)審報(bào)批。審批后，進(jìn)入電力工程項(xiàng)目實(shí)施階段。

（2）電力工程項(xiàng)目實(shí)施階段

利用電力項(xiàng)目BIM 和施工圖，結(jié)合現(xiàn)場后續(xù)實(shí)際情況信息，在專家?guī)斓闹С窒?，模擬功能模塊進(jìn)行模擬施工，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖、BIM進(jìn)一步地深化優(yōu)化，直至達(dá)到竣工驗(yàn)收條件。之后軟件AI自動(dòng)生成實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)和項(xiàng)目造價(jià)，人工審核調(diào)整后，進(jìn)行報(bào)批或投標(biāo)。通過后，軟件AI根據(jù)施工計(jì)劃，運(yùn)用模擬功能模塊分部分項(xiàng)生成可視化技術(shù)交底，同時(shí)根據(jù)進(jìn)度進(jìn)展，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)模擬施工，同步在時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖上展現(xiàn)前峰線，同步展現(xiàn)掙值管理實(shí)時(shí)圖表，并對(duì)變更部分進(jìn)行突出標(biāo)示，軟件AI根據(jù)變更和廠商資料對(duì)項(xiàng)目BIM 模型實(shí)時(shí)修正和信息補(bǔ)充，直至竣工驗(yàn)收?？⒐を?yàn)收時(shí)，軟件AI 首先進(jìn)行驗(yàn)收前模擬調(diào)試和試運(yùn)行，通過驗(yàn)收后，生成項(xiàng)目竣工BIM模型和竣工圖紙，同時(shí)生成竣工結(jié)算造價(jià)，實(shí)現(xiàn)電力項(xiàng)目實(shí)施建造階段的5D化管理。軟件AI還可利用MR技術(shù)，將施工作業(yè)中的其他信息融入到可視化模型，在現(xiàn)場真實(shí)環(huán)境中利用可視化模型，可更直觀有效地對(duì)施工技術(shù)和管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，利用多通道人機(jī)自然交互技術(shù)，可多人實(shí)時(shí)互動(dòng)，并參與指導(dǎo)現(xiàn)場的安裝與調(diào)試［10］。

（3）電力工程項(xiàng)目運(yùn)維階段

根據(jù)竣工BIM、施工圖，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程和電力機(jī)器人，軟件實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)變壓器、斷路器、電容器、電力自動(dòng)化柜、通訊柜、母線等設(shè)備材料進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合大數(shù)據(jù)對(duì)同類同型號(hào)易出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，生成系統(tǒng)體檢報(bào)告和預(yù)案，進(jìn)而對(duì)其壽命進(jìn)行估測，并通過模擬功能模塊，實(shí)時(shí)展示在BIM上，達(dá)到限定值時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行預(yù)警，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。同時(shí)，軟件能夠?qū)\(yùn)營成本進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、預(yù)測，并進(jìn)行報(bào)告。例如：現(xiàn)在無人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡檢已經(jīng)成為一種趨勢［11］，可把無人機(jī)傳輸過來的信息，經(jīng)軟件AI 處理后，將環(huán)境溫濕度及風(fēng)度、風(fēng)向等環(huán)境量通過3D顯示技術(shù)融入到視頻顯示中，達(dá)到仿真、立體的效果，給人以身臨其境的感受［12］。在BIM 模型與運(yùn)用和維護(hù)管理系統(tǒng)的作用下，可以對(duì)電力設(shè)備的實(shí)際所在位置進(jìn)行快速定位，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的問題，而后經(jīng)過檢索具體資料，將設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行記錄，根據(jù)整理好的信息，制訂更加完善的設(shè)備檢修計(jì)劃，不僅能提高運(yùn)用與維護(hù)的水平，也可以更好地規(guī)避電力設(shè)備的使用風(fēng)險(xiǎn)，確保供電系統(tǒng)的安全性［13］。

（4）電力工程項(xiàng)目改造或結(jié)束階段

根據(jù)電力工程項(xiàng)目運(yùn)維階段提供的供電系統(tǒng)體檢和預(yù)測報(bào)告，軟件AI智能適時(shí)生成3～5 個(gè)項(xiàng)目改造方案，進(jìn)入電力改造工程項(xiàng)目生命周期。如果軟件AI 評(píng)測設(shè)備老化程度已超過繼續(xù)運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)，不具備改造價(jià)值，自動(dòng)生成了報(bào)廢報(bào)告，經(jīng)人工審核審批后，進(jìn)入報(bào)廢流程，項(xiàng)目生命周期結(jié)束。

上述未來電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺(tái)應(yīng)用場景模擬，是在GQI三維算量在電力工程項(xiàng)目中靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件工程技術(shù)的進(jìn)展，合理想象而來的?？梢灶A(yù)見的是，這種軟件或平臺(tái)，這種應(yīng)用場景在“十四五”期間一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，而且會(huì)更加智能、高效和適用。

5 結(jié)束語

通過三維算量軟件GQI 在案例電力工程項(xiàng)目中的靈活應(yīng)用，在計(jì)算工程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了三維建模，配合同系列其他軟件，初步實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目自動(dòng)碰撞檢查、可視化交底、5D 模式管理，減少了項(xiàng)目實(shí)施中由于圖紙深化不到位、交底不清等傳統(tǒng)管理模式下的管理成本，提高了項(xiàng)目整體工作效率，提升了企業(yè)項(xiàng)目管理水平，增強(qiáng)了企業(yè)的核心競爭力，為企業(yè)數(shù)字化管理奠定一定的基礎(chǔ)。

目前，相對(duì)于Revit 等專業(yè)建模軟件，GQI 建立的三維模型相對(duì)粗略，也只是能滿足電力工程項(xiàng)目數(shù)字化管理、可視化最基本的需要，存在專業(yè)性不強(qiáng)、三維模型粗糙、應(yīng)用范圍受到限制、一體化管理還需多種軟件配合、軟件本身功能不完善等諸多缺陷，于項(xiàng)目數(shù)字化、可視化、一體化電力工程管理的需求還有較大的差距。為滿足電力工程項(xiàng)目的需求，特別是BIM模型精細(xì)化的要求，可以將GQI建立的三維模型導(dǎo)出IFC標(biāo)準(zhǔn)格式，導(dǎo)入到Revit等專業(yè)建模軟件中，進(jìn)行優(yōu)化和細(xì)化，提高模型的使用價(jià)值。

電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺(tái)在未來研發(fā)成功，將對(duì)電力工程項(xiàng)目管理方式變革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。