基于資產(chǎn)編碼的工藝設(shè)備族庫(kù)建設(shè)研究
——以北京軌道交通項(xiàng)目為例

尹燊

（中鐵華鐵工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100071）

引言

城市軌道交通工程體系龐大，在建設(shè)過程中涉及到大量的新建設(shè)施與購(gòu)置設(shè)備，這些設(shè)施設(shè)備將作為軌道交通資產(chǎn)被統(tǒng)一管理。為了實(shí)現(xiàn)軌道交通資產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高效管理，資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[1]。管理系統(tǒng)中采用資產(chǎn)編碼的形式將實(shí)物資產(chǎn)與數(shù)字信息相關(guān)聯(lián)，資產(chǎn)編碼以其易于被計(jì)算機(jī)識(shí)別處理的特點(diǎn)在系統(tǒng)中起到基礎(chǔ)核心作用。

對(duì)于工藝設(shè)計(jì)而言，功能實(shí)現(xiàn)、工藝流程、各專業(yè)接口等方面無一不是圍繞著工藝設(shè)備為核心進(jìn)行的。因此進(jìn)行工藝BIM（建筑信息模型）正向設(shè)計(jì)工作時(shí)，構(gòu)建一套適配目標(biāo)工程項(xiàng)目需求的工藝設(shè)備模型族庫(kù)是必不可少的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。以成熟的資產(chǎn)信息編碼體系為框架，建立工藝設(shè)備BIM 模型族庫(kù)，將實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維的基礎(chǔ)信息體系貫通，有助于實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備全生命周期管理[2,3]。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 工藝設(shè)備族庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀分析

隨著軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中BIM 技術(shù)的落地應(yīng)用越來越頻繁，BIM 技術(shù)在軌道交通工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方的應(yīng)用已經(jīng)從設(shè)計(jì)圖紙翻模、空間設(shè)計(jì)優(yōu)化等逐步轉(zhuǎn)向全專業(yè)正向設(shè)計(jì)。對(duì)于軌道交通車輛基地設(shè)計(jì)而言，工藝設(shè)計(jì)專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中承擔(dān)先導(dǎo)性質(zhì)的角色，即車輛基地設(shè)計(jì)中各設(shè)計(jì)專業(yè)的工作內(nèi)容必然以工藝設(shè)計(jì)成果為前提。因此在實(shí)現(xiàn)協(xié)同正向設(shè)計(jì)的過程中，工藝BIM 正向設(shè)計(jì)是不可或缺的。

作為工藝設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，工藝設(shè)備承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能、聯(lián)通各專業(yè)接口的關(guān)鍵作用。在工藝BIM正向設(shè)計(jì)的過程中，一套完備的工藝設(shè)備信息模型體系[4]是優(yōu)質(zhì)的工藝設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)。但由于工藝設(shè)備存在的種類繁雜、供應(yīng)商分散、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)際問題，工藝設(shè)備模型庫(kù)的建設(shè)仍然是一個(gè)需要長(zhǎng)期積累優(yōu)化的過程。

工藝設(shè)備品類眾多、組成復(fù)雜，包含機(jī)械加工設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、電子設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、工具器具等[5]。在當(dāng)前階段，工藝設(shè)備BIM 模型主要來源主要包括設(shè)備供應(yīng)商提供、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)企業(yè)建模、向第三方購(gòu)買等。其中設(shè)備供應(yīng)商提供的三維模型往往存在模型文件格式不統(tǒng)一、設(shè)備細(xì)節(jié)不便公開的問題；設(shè)計(jì)企業(yè)在進(jìn)行工藝設(shè)備建模時(shí)面臨著數(shù)據(jù)資料不完整、建模周期長(zhǎng)的情況；第三方購(gòu)買的設(shè)備三維模型無法保證其建模準(zhǔn)確性。同時(shí)無論以何種方式獲取的工藝設(shè)備三維模型，在信息數(shù)據(jù)層面均難以滿足BIM正向設(shè)計(jì)的實(shí)際需求。因此，建設(shè)工藝設(shè)備信息模型族庫(kù)時(shí)必須有一套滿足工藝正向設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化信息參數(shù)，并通過統(tǒng)一的信息編碼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)族庫(kù)進(jìn)行有序的多層級(jí)線性分類管理。

1.2 軌道交通資產(chǎn)編碼現(xiàn)狀分析

1.2.1 資產(chǎn)編碼體系分析

軌道交通由于其本身的復(fù)雜性，屬于集多系統(tǒng)、多專業(yè)于一身的龐大系統(tǒng)工程[6]，設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)的投資、建設(shè)、交付、運(yùn)維管理信息量龐大。國(guó)內(nèi)對(duì)軌道交通資產(chǎn)進(jìn)行編碼管理的方式最早可追溯至20 世紀(jì)90 年代，資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)也已有十余年的發(fā)展歷程。雖然各地軌道交通資產(chǎn)編碼規(guī)范不盡相同，但基本遵循按線路、分類、位置等進(jìn)行代碼劃分的原則[7]。

以北京地區(qū)軌道交通為例，由北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司2020 年頒布的《北京軌道交通資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)編碼規(guī)范》。規(guī)范按照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與代碼》（DB11/T 717-2010）中的規(guī)則對(duì)軌道交通資產(chǎn)進(jìn)行了編碼規(guī)定。

設(shè)施設(shè)備號(hào)碼結(jié)構(gòu)由2 位初始線路編碼、8 位分類代碼、4 位順序號(hào)及兩位分隔符構(gòu)成，共16 位，編碼規(guī)則如圖1 所示。

圖1 北京軌道交通資產(chǎn)編碼規(guī)則

其中設(shè)施設(shè)備分類代碼由規(guī)范中的“數(shù)據(jù)字典”確定，8 位代碼中按劃分的“大類”、“小類”、“大組”、“小組”四個(gè)層級(jí)各2 位代碼組成，分類代碼數(shù)據(jù)字典如圖2 所示。

圖2 北京軌道交通資產(chǎn)編碼數(shù)據(jù)字典示例

1.2.2 現(xiàn)有資產(chǎn)編碼工作方式

在北京軌道交通資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實(shí)施應(yīng)用與《北京軌道交通資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)編碼規(guī)范》頒布后，北京地區(qū)軌道交通新建項(xiàng)目設(shè)施設(shè)備資產(chǎn)全部根據(jù)規(guī)范要求錄入系統(tǒng)平臺(tái)，通過系統(tǒng)生成的二維碼打印粘貼將數(shù)字資產(chǎn)信息與實(shí)物資產(chǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)進(jìn)入后期運(yùn)維階段。

資產(chǎn)錄入工作一般在項(xiàng)目竣工驗(yàn)收階段進(jìn)行，在項(xiàng)目建設(shè)主管單位的統(tǒng)一主導(dǎo)下，由設(shè)計(jì)方、施工方梳理設(shè)施設(shè)備資料，根據(jù)規(guī)范中的“數(shù)據(jù)字典”對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行初步人工編碼，編碼范圍為初始線路代碼與設(shè)備設(shè)施分類代碼。設(shè)計(jì)方將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以電子表格的形式提交項(xiàng)目建設(shè)方審核，完成審核后將資產(chǎn)信息手動(dòng)錄入資產(chǎn)管理信息平臺(tái)、自動(dòng)生成順序號(hào)后提交線上審批，資產(chǎn)管理信息平臺(tái)界面如圖3 所示。

圖3 北京軌道交通資產(chǎn)管理信息平臺(tái)界面

可見在資產(chǎn)管理過程中，設(shè)計(jì)方、施工方的介入時(shí)間嚴(yán)重滯后，在工程前期的設(shè)計(jì)階段、施工階段對(duì)于設(shè)施設(shè)備的管理并未納入到資產(chǎn)管理體系之中。而在BIM 正向設(shè)計(jì)環(huán)境下，采用即有的資產(chǎn)編碼體系對(duì)設(shè)計(jì)模型數(shù)字資產(chǎn)進(jìn)行編碼管理是完全可行的。尤其針對(duì)工藝設(shè)備族庫(kù)，資產(chǎn)編碼體系的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)從工藝設(shè)計(jì)到工藝設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝直至交付使用的全過程數(shù)字化管理，有助于提升工藝方案設(shè)計(jì)的可復(fù)制性，并且能夠有效提升工藝設(shè)備施工的管理效率。

2 工藝設(shè)備BIM 族庫(kù)的建設(shè)

2.1 工藝設(shè)備族的特點(diǎn)

在工業(yè)類工程建設(shè)項(xiàng)目中，工藝設(shè)備數(shù)量多、種類繁雜，既包括起重機(jī)械、運(yùn)輸載具等大型設(shè)備，又包括工具包、照明燈等小型設(shè)備。在工藝設(shè)計(jì)BIM 模型搭建時(shí)，為了保證建模效率及模型的易讀性，應(yīng)秉承“抓大放小”的原則，著重工藝設(shè)備族的外形空間尺寸、運(yùn)動(dòng)軌跡范圍等的表達(dá)，以解決工藝設(shè)備與建筑主體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、管線等的干涉問題，同時(shí)適當(dāng)忽略設(shè)備內(nèi)對(duì)模型整體無明顯影響的細(xì)節(jié)特征，將設(shè)計(jì)模型精度控制在LOD200 即可滿足設(shè)計(jì)需求，同時(shí)滿足設(shè)備供應(yīng)方的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)需求。

在工藝設(shè)備族建模時(shí)，需充分考慮到眾多與其他設(shè)計(jì)專業(yè)的接口，例如輪對(duì)轉(zhuǎn)盤、不落輪車輪車床等的設(shè)備基礎(chǔ)需與建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)協(xié)同配合，全自動(dòng)洗車機(jī)等設(shè)備需與給排水、電氣設(shè)計(jì)專業(yè)協(xié)同配合。為滿足工藝設(shè)計(jì)專業(yè)模塊化、自動(dòng)化的正向設(shè)計(jì)，工藝設(shè)備族建模時(shí)需附加工藝設(shè)備附屬的結(jié)構(gòu)、供電、供水、動(dòng)力等接口信息（如圖4 所示），通過軟件統(tǒng)計(jì)功能形成向各設(shè)計(jì)專業(yè)傳遞的設(shè)計(jì)資料并在圖紙中進(jìn)行表達(dá)。

圖4 工藝設(shè)備族接口參數(shù)信息

2.2 工藝設(shè)備族的模型信息要素

為了方便在設(shè)計(jì)項(xiàng)目BIM 模型中對(duì)工藝設(shè)備信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一般通過采用共享參數(shù)的方式將工藝設(shè)備族的耗電功率、電壓、動(dòng)力接口需求等信息向項(xiàng)目模型傳遞；對(duì)于零部件組成相對(duì)復(fù)雜的工藝設(shè)備，應(yīng)對(duì)各部件分別建模后進(jìn)行嵌套組合；各部件屬性應(yīng)分別定義為族參數(shù)層層傳遞以便在項(xiàng)目中調(diào)整使用。

除了在設(shè)計(jì)階段各專業(yè)間協(xié)同所需的設(shè)備信息內(nèi)容外，伴隨著工藝設(shè)備招標(biāo)、購(gòu)置、安裝施工直至交付使用的過程，項(xiàng)目模型內(nèi)應(yīng)逐步添加工藝設(shè)備的型號(hào)規(guī)格、單價(jià)、生產(chǎn)廠家、安裝位置、合同、交付日期等信息。而為了實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)的全過程工藝設(shè)備管理[8]，工藝設(shè)備的信息編碼應(yīng)作為這些信息添加的前提，故而設(shè)計(jì)方需在設(shè)計(jì)開始前或初期根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)方的資產(chǎn)管理體系對(duì)工藝設(shè)備族庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，即將工藝設(shè)備族文件存儲(chǔ)路徑按編碼體系分層存儲(chǔ)，以便在項(xiàng)目模型搭建的過程中隨時(shí)將載入的工藝設(shè)備族文件的存儲(chǔ)路徑映射為編碼寫入族參數(shù)中。

2.3 工藝設(shè)備族的編碼生成

由于對(duì)資產(chǎn)信息編碼沒有全國(guó)統(tǒng)一規(guī)范進(jìn)行規(guī)定，各地編碼體系存在一定差異[9]，設(shè)計(jì)企業(yè)無法采用唯一工藝設(shè)備族庫(kù)匹配全部設(shè)計(jì)項(xiàng)目。因此在建立企業(yè)級(jí)工藝設(shè)備族庫(kù)時(shí)需根據(jù)企業(yè)承接的項(xiàng)目特點(diǎn)先行建立一套基礎(chǔ)庫(kù)，再根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目?jī)?nèi)容將基礎(chǔ)庫(kù)整理轉(zhuǎn)化為地區(qū)級(jí)或項(xiàng)目級(jí)工藝設(shè)備族庫(kù)。基于同樣的原因，工藝設(shè)備信息編碼的錄入應(yīng)在搭建項(xiàng)目BIM 模型時(shí)隨著族文件的插入而生成。

工藝設(shè)備族的編碼宜采用共享族參數(shù)的形式寫入族文件，以便于統(tǒng)計(jì)與信息傳遞。編碼生成宜采用Dynamo 可視化編程的方式進(jìn)行，通過程序自動(dòng)化添加編碼參數(shù)可以極大地提升錄入效率，避免人工錄入時(shí)易出現(xiàn)的錯(cuò)漏。

首先選擇需插入的族文件，獲取文件存儲(chǔ)路徑，然后載入族文件時(shí)獲取選擇的族，并把文件路徑信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成編碼寫入族參數(shù)中。Dynamo 節(jié)點(diǎn)程序如圖5~圖6 所示。

圖5 自動(dòng)生成編碼dynamo 程序節(jié)點(diǎn)

圖6 寫入編碼dynamo 程序節(jié)點(diǎn)

3 工藝設(shè)備族庫(kù)的應(yīng)用

3.1 工藝設(shè)備族庫(kù)應(yīng)用路線

以北京軌道交通為例，依據(jù)發(fā)布的《北京軌道交通資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)編碼規(guī)范》，提取車輛段工藝設(shè)計(jì)專業(yè)相關(guān)的設(shè)備字段（主要包括車輛、通用設(shè)備、測(cè)量設(shè)備三大類）分別建立文件存儲(chǔ)路徑。再在大類目錄下逐級(jí)建立小類、大組、小組的存放路徑。建模人員根據(jù)設(shè)備供應(yīng)方提供的設(shè)備圖紙，文檔等基礎(chǔ)資料，采用Revit 軟件建?；蚱渌T如SolidWorks、CATIA 等機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件建模后通過Inventor 軟件發(fā)布為Revit 族文件的方式，根據(jù)設(shè)計(jì)需求完成模型搭建后提交審核。在必要時(shí)，族文件應(yīng)附帶說明文檔用以說明其功能、特性、參數(shù)等信息供使用者進(jìn)行參考。

族文件審核分為模型審核與專業(yè)審核兩部分內(nèi)容。模型審核主要控制工藝設(shè)備族的外形尺寸、運(yùn)動(dòng)范圍、圖例等視覺層面因素及其參數(shù)驅(qū)動(dòng)性能、插入點(diǎn)等功能性因素；專業(yè)審核主要控制工藝設(shè)備族的各專業(yè)接口信息是否完整準(zhǔn)確、參數(shù)傳遞格式是否規(guī)范等內(nèi)容。

經(jīng)審核通過的族文件由族庫(kù)管理人員進(jìn)行入庫(kù)管理，入庫(kù)時(shí)匹配信息編碼規(guī)則確定族文件存儲(chǔ)路徑并根據(jù)數(shù)據(jù)字典的更新持續(xù)維護(hù)族庫(kù)。族庫(kù)管理員同時(shí)負(fù)責(zé)編寫族文件索引文檔并按設(shè)計(jì)企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一規(guī)范對(duì)族文件添加版權(quán)聲明等參數(shù)內(nèi)容。

在完成了族庫(kù)體系的基礎(chǔ)工作后，工藝設(shè)計(jì)人員僅需在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)索引文件，查找項(xiàng)目中需添加的工藝設(shè)備族，在載入項(xiàng)目中后運(yùn)行dynamo 程序添加編碼信息，即可完成正向設(shè)計(jì)的初步工作。隨后通過搭建完成的項(xiàng)目模型自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工藝設(shè)備模型信息，生成工藝設(shè)備表（如圖7 所示）等各專業(yè)所需設(shè)計(jì)資料、平面圖紙（如圖8 所示）等文件向各設(shè)計(jì)專業(yè)傳遞。族庫(kù)應(yīng)用路線規(guī)劃如圖9 所示。

圖7 工藝設(shè)備表

圖8 工藝平面圖

圖9 族庫(kù)應(yīng)用路線圖

3.2 工藝設(shè)備族庫(kù)的擴(kuò)展

對(duì)于工藝設(shè)計(jì)專業(yè)而言，工藝設(shè)備在不同類型設(shè)計(jì)項(xiàng)目中存在非常大的差異，但在相同類型的項(xiàng)目中應(yīng)用的工藝設(shè)備差異較小。因此設(shè)計(jì)企業(yè)一般著眼于自身主要工作領(lǐng)域開展完備的工藝設(shè)備族庫(kù)建設(shè)，并隨著設(shè)計(jì)項(xiàng)目逐漸積累企業(yè)級(jí)設(shè)備族庫(kù)。通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目中獲取的設(shè)備相關(guān)資料數(shù)據(jù)，以三維信息模型的形式將設(shè)備資料轉(zhuǎn)化為數(shù)字資產(chǎn)進(jìn)行保存。企業(yè)級(jí)工藝設(shè)備族庫(kù)蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)信息將在未來的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中進(jìn)行復(fù)用，指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。信息模型在工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一定程度上替代了原有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的傳播方式，形成數(shù)字資產(chǎn)不斷循環(huán)上升的良性發(fā)展迭代模式。

為滿足工藝設(shè)計(jì)工作的實(shí)際需求，工藝設(shè)計(jì)族庫(kù)除了工藝設(shè)備外應(yīng)主動(dòng)向相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行一定程度的擴(kuò)展。例如軌道交通項(xiàng)目中站場(chǎng)專業(yè)范疇的軌道、道岔，電氣專業(yè)的插座箱、配電箱，給排水專業(yè)的供水、排水設(shè)施等。

在BIM 正向設(shè)計(jì)的工作模式下，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中各專業(yè)間清晰的界限在一定程度上出現(xiàn)了模糊，對(duì)各設(shè)計(jì)專業(yè)間的溝通提出了更高的要求。

3.3 工藝設(shè)備資產(chǎn)的數(shù)字化交付

隨著工藝設(shè)計(jì)BIM 模型在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段的建立，項(xiàng)目的數(shù)字虛擬資產(chǎn)已經(jīng)能夠初步形成，應(yīng)用BIM 正向設(shè)計(jì)的手段將原有項(xiàng)目竣工驗(yàn)收階段的資產(chǎn)編碼工作提前至項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)階段。隨著設(shè)計(jì)的不斷深化，在工藝設(shè)備招標(biāo)階段第一次數(shù)模分離，將數(shù)據(jù)反映在工藝設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中供招標(biāo)采購(gòu)使用。

完成工藝設(shè)備采購(gòu)后，通過設(shè)備供貨方提供的數(shù)據(jù)將工藝設(shè)備模型的信息進(jìn)一步補(bǔ)充，增加供貨商、設(shè)備價(jià)格、供貨周期等信息數(shù)據(jù)，并隨著工藝設(shè)備施工的逐步實(shí)施以數(shù)據(jù)資產(chǎn)形式對(duì)供貨商履約情況進(jìn)行統(tǒng)一管理。

最終隨著項(xiàng)目竣工驗(yàn)收完成工藝設(shè)備BIM 模型的深化，在向建設(shè)方提交竣工模型的同時(shí)進(jìn)行第二次數(shù)模分離，將工藝設(shè)備數(shù)據(jù)資產(chǎn)提交至資產(chǎn)管理平臺(tái)系統(tǒng)，生成設(shè)備順序碼，直至完成資產(chǎn)移交工作進(jìn)入項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段。

4 結(jié)語

作為應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工業(yè)項(xiàng)目正向設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，建立適配目標(biāo)項(xiàng)目的工藝設(shè)備族庫(kù)是極其重要的。軌道交通建設(shè)行業(yè)作為具備成熟資產(chǎn)編碼體系的領(lǐng)域，移植其資產(chǎn)編碼系統(tǒng)作為工藝設(shè)備族庫(kù)的構(gòu)建框架，是有效在數(shù)字化層面聯(lián)通設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維并建立信息溝通的統(tǒng)一語言[10]的有效手段。此構(gòu)件庫(kù)搭建體系同樣適用于Revit 軟件平臺(tái)外的其他BIM 平臺(tái)，但更換軟件平臺(tái)帶來的重新建模工作量無疑是巨大的，因此需在逐步建立工藝設(shè)備族庫(kù)的同時(shí)充分考慮模型及其信息要素在不同軟件平臺(tái)間的可傳遞性。尤其針對(duì)國(guó)產(chǎn)BIM 軟件平臺(tái)，更加開放的二次開發(fā)信息接口將是突破軟件壁壘的重要途徑。

通過參考北京地區(qū)軌道交通資產(chǎn)編碼體系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以降低在建立企業(yè)級(jí)族庫(kù)的初期階段探索編碼系統(tǒng)時(shí)的試錯(cuò)成本，縮短族庫(kù)編碼體系的研發(fā)周期，對(duì)設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)工作的開展具有積極意義。