智能算量在核電項目中的研究應用

文／張艷娜、周利明、李昊、劉長林、秦榮榮 核工業(yè)工程研究設計有限公司 北京 101300

引言：

目前國內外并沒有一款針對核電項目特點進行研發(fā)的智能算量軟件，國外基本還是采用以點為基礎的算量模式。以法國為例，根據(jù)法國核電站工程實踐，在法國的資源條件下（包括安裝程序、文件、規(guī)范、場地施工條件，使用的工機具，永久性消耗材料，人員的組織、經(jīng)驗、素質等等綜合因素），1 個點即一個法國工時（man hour）用來從事核島安裝活動時必須完成的工程量。

我國在非核電行業(yè)已有較成熟的商業(yè)軟件（如廣聯(lián)達、斯維爾、魯班等）可以使用，但此類軟件所依據(jù)的標準不適用于核電行業(yè)，目前核電項目通過人工扒圖匯總已出版圖紙上的工程量來進行統(tǒng)計，據(jù)此測算工程進度和工程款支付。

根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國核能年度發(fā)展與展望（2020）》中的預測數(shù)據(jù)顯示，到2025 年，我國在運核電裝機達到7000 萬千瓦，在建3000 萬千瓦；到2035 年，在運和在建核電裝機容量合計將達到2 億千瓦，而工程量統(tǒng)計貫穿核電項目的實施階段，其在施工階段中尤為重要。是核電施工企業(yè)編制工程形象進度統(tǒng)計報表，向工程建設投資方結算工程價款的重要依據(jù)。現(xiàn)有核電項目是采用人工撥圖方式進行工程量的計算、匯總等工作，計算過程復雜，投入人力多，花費時間長，同時無法保證工程量計算結果的準確性。面對核電大規(guī)模發(fā)展，快速、準確統(tǒng)計工程量顯得尤為緊迫、必要。

1.智能算量技術概述

智能算量技術是一種基于計算機科學和人工智能的先進技術，旨在實現(xiàn)工程量的自動化、智能化計算與統(tǒng)計。我們開發(fā)的軟件應用了智能算量技術，旨在解決傳統(tǒng)現(xiàn)場工程量統(tǒng)計方式的繁瑣和低效問題。傳統(tǒng)工程量統(tǒng)計方式依賴人工，工程師需要逐張翻閱圖紙，手動計算各項工程量指標。這種方式不僅耗時耗力，還容易出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤和遺漏，影響項目的進展和質量。而我們開發(fā)的軟件通過智能算量技術的應用，實現(xiàn)了工程量統(tǒng)計的自動化與智能化。軟件的使用流程相對簡單，只需導入對應的表格數(shù)據(jù)，并通過相關算法和計算模型，即可快速得到工程量計算書。工程師不再需要逐張翻圖、手動統(tǒng)計，從而節(jié)省了大量時間和人力資源。同時，智能算量技術的應用也提高了工程量統(tǒng)計的準確性，降低了統(tǒng)計錯誤的風險。通過這一智能算量技術的應用，我們的軟件能夠為現(xiàn)場工程量統(tǒng)計帶來革命性的變革。它將大大提高核電項目工程量統(tǒng)計的效率，減少統(tǒng)計工作的時間成本，使工程師能夠更專注于其他重要領域，提升核電項目的整體執(zhí)行效率。

總的來說，智能算量技術的應用使得核電項目現(xiàn)場工程量統(tǒng)計變得更加智能、高效、準確，是現(xiàn)代科技在核電領域的重要應用之一。隨著智能算量技術的不斷發(fā)展，相信我們的軟件將為核電行業(yè)帶來更多創(chuàng)新和進步，為核電工程的順利實施和運營管理提供有力支持。

2.智能算量技術在核電項目中的優(yōu)勢

加智能算量技術在核電項目中具有多方面的優(yōu)勢，其應用將為核電工程的實施和管理帶來顯著的改進和便利。以下是智能算量技術在核電項目中的四個主要優(yōu)勢。第一，高效快速的工程量統(tǒng)計。傳統(tǒng)的人工翻圖方式耗時且繁瑣，需要逐張圖紙進行統(tǒng)計，耗費大量的時間和人力資源。而智能算量技術的應用使得工程師只需通過導入對應表格數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相關計算和算法，即可快速得到工程量計算書。大大提高了工程量統(tǒng)計的效率，節(jié)省了寶貴的時間。第二，減少統(tǒng)計錯誤和遺漏。傳統(tǒng)人工統(tǒng)計方式容易出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤和遺漏，這可能導致工程量計算的不準確，進而影響項目的質量和進展。而智能算量技術采用自動化計算和智能分析，消除了手動統(tǒng)計中的主觀因素，大大降低了出錯概率，保障了工程量統(tǒng)計的準確性。第三，數(shù)字化管理與數(shù)據(jù)可視化。智能算量技術使得核電項目的工程量統(tǒng)計過程數(shù)字化，所有數(shù)據(jù)都可以以結構化的方式存儲和管理。這樣，項目管理者和工程師可以通過數(shù)據(jù)可視化的方式，直觀地了解工程量統(tǒng)計情況，發(fā)現(xiàn)潛在問題，做出更加明智的決策，提高項目的管理水平。第四，便于數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化。智能算量技術不僅能夠進行工程量統(tǒng)計，還可以對數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘。通過對統(tǒng)計結果的數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和趨勢，進而進行優(yōu)化和改進。這有助于核電項目的持續(xù)改進和高效運營，為核電行業(yè)的發(fā)展提供更多有價值的信息和建議。

綜上所述，智能算量技術的應用將極大地提升核電項目的工程量統(tǒng)計效率和準確性，同時為項目管理和優(yōu)化帶來便利和洞察力。這一先進技術的引入將為核電行業(yè)注入新的活力，推動核電項目的可持續(xù)發(fā)展。

3.智能算量流程

為提高核電行業(yè)工程量統(tǒng)計效率，課題組開展了核電智能算量研究，開發(fā)相應軟件即核電智能算量軟件。該軟件是以實現(xiàn)核電工程現(xiàn)場工程量的統(tǒng)計為目的，實現(xiàn)從BIM 三維模型或者輸機信息中提取工程量數(shù)據(jù)形成約定格式的中間數(shù)據(jù)文件，并結合現(xiàn)場計量室其它數(shù)據(jù)表單，用算量主體軟件對工程量、分部分項工程量清單等進行詳細分析與計算，最終導出項目現(xiàn)場所需的工程量計算書（包括封面、說明、圖紙清單、工程量量匯總、底稿），以達到提高項目現(xiàn)場工程量計算工作效率的總體要求[1]。

依據(jù)預先設置的基礎數(shù)據(jù)庫、工程量數(shù)據(jù)庫、預算定額規(guī)則庫、工程量清單規(guī)則庫以及工程量計算規(guī)則庫進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過業(yè)務邏輯開發(fā)后智能得到安裝工程工程量清單工程量、預算定額工程量并智能生成相關報表信息，具體流程如圖1。

圖1 流程圖

4.智能算量開發(fā)思路

工程量計算書主要由圖紙上工程項目中各子項對應屬性、材料量及分部分項工程量清單中相關數(shù)據(jù)組成，工程項目中各子項對應信息表主要來源于模型或輸機信息。該軟件主要涉及專業(yè)有管道、通風、電氣、儀控四個專業(yè)。下面以管道專業(yè)為例對軟件開發(fā)過程進行介紹。

4.1 研究計算規(guī)則

對管道、通風、電氣、儀控安裝工程核電工程量清單計價規(guī)范（2021 版）相關要求及計算規(guī)則進行研究。根據(jù)某核電項目安裝特點，分析管道、通風、電氣、儀控安裝工程項目特征，建立工程量清單。以管道專業(yè)為例，包括但不限于一下內容。

管道：按設計圖示管道中心線延長米計算，不扣除閥門、管件及在線部件長度，煨彎按兩管交叉中心線計算；

管件：按個計量，異徑管件按大管徑計量，對應非本工程預制范圍的核2 級核3 級碳鋼管件，其安裝工程量按0.5 個計量；

支架以重量統(tǒng)計，重量必須和圖紙保持一致，膨脹螺栓按個計量；

法蘭：按副計量（一副兩個）。

4.2 計算書分析

根據(jù)項目要求，確定要輸出的工程量計算書格式及對應參數(shù)要求。工程量計算書主要由圖紙上工程項目中各子項對應屬性、材料量及分部分項工程量清單中相關數(shù)據(jù)組成。根據(jù)現(xiàn)有工程量計算書確定軟件輸出計算書格式，軟件輸出計算書格式要便于后續(xù)與現(xiàn)有工程量計算書對比分析即便于后續(xù)軟件校核模塊開發(fā)（目前校核模已開發(fā)完成）及數(shù)據(jù)準確性分析[2]。

4.3 模型分析

確定需提取物項名稱：

根據(jù)分部分項工程清單，確定對應工程需要統(tǒng)計的物項類型，結合模型逐一確認各物項在模型中的對應名稱屬性。

模型提取只針對已建模物項，如：鋼管（tube）、管件（擋板（plate）、堵頭（plug）短管（Ftube）、管接頭（coup）、管帽（cap）、連管節(jié)（coup）、三通（tee）、彎頭（elbow）、異徑接頭（reduce）、法蘭（flange）、凸耳、閥門（valve）、管座（olete）等。

確定各物項需提取屬性：

根據(jù)工程量計算書要求，確定需從模型提取的屬性名稱，并結合模型確認各個屬性對應BIM 中屬性名稱及具體位置，如表1。

4.4 軟件開發(fā)

模型插件開發(fā)：

模型插件開發(fā)分析模型中各物項及屬性關系，開發(fā)相關信息提取插件，并導出對應信息，如表2。

表2 模型提取表

主題軟件開發(fā)：

分析各專業(yè)需要用到的數(shù)據(jù)表，以管道為例需要用到的輸入表格有：管道基礎信息表、大宗材料表、單價號字典、圖紙與計算書編號對應表等，系統(tǒng)需要安裝MySQL 數(shù)據(jù)庫對項目現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行存儲，根據(jù)軟件設計方案中軟件基于C/S 架構進行開發(fā)。

分析模型導出表格與上游數(shù)據(jù)表格之間的關聯(lián)關系，例如可以通過基礎數(shù)據(jù)表中物料碼關聯(lián)大宗材料表中單重以及單價號字典中的單價號，設置對應計算規(guī)則，開發(fā)對應主體算量軟件，最終生成我們需要的工程量計算書[3]。

5.軟件功能介紹

智能算量軟件可分賬號登陸，主要為超級管理員賬號、各專業(yè)賬號，其中超級管理員賬號主要的權限功能包含組織機構，用戶管理，項目管理，角色管理和權限管理，通過配置角色的權限給不同的用戶賬戶分配不同的權限，一個用戶賬戶可以有一個或多個角色的權限，從而使用戶賬號能管理到對應的專業(yè)模塊。超級管理賬號也可執(zhí)行各專業(yè)賬號下的所有功能操作。

各專業(yè)賬號用于各專業(yè)數(shù)據(jù)的導入及工程量計算書的導出工作，主要具備以下功能：

（1）一鍵生成：輸入計算報告號，軟件可一鍵生成對應工程量計算書；

（2）在線編輯：對于生成的工程量計算書，可在軟件底稿進行刪除、新增、修改等功能；

（3）自動套價：對于單價號字典里沒有對應物項，可手動輸入單價號軟件自動帶出對應項目名稱、項目特征描述；

（4）數(shù)據(jù)篩選：可對計算書中數(shù)據(jù)進行篩選、查詢；

（5）一鍵更新：對底稿修改后，點擊一鍵更新即可自動更新工程量匯總表及對應工程量清單；

（6）自動校核:通過上傳待校核工程量計算書，點擊校核文件，軟件可對待校核文件進行自動校核。

6.建模規(guī)則

通過模型計算工程量，首先要解決的問題就是建模規(guī)則，如果按照現(xiàn)有BIM 模型自身建模規(guī)則，提取出來的信息直接用于工程量計算會與實際工程量存在差異。

管道延長米、部分管材制部件如護板、加強板、假三通等需要按照計量清單要求進行建模，需要計量的焊口需按照計量清單要求設置對應管件標識等。計量用基礎信息的獲取均來自模型，如果建模不完整或者提取不全，直接影響工程量統(tǒng)計的準確性[4]。

通風、電氣、儀表專業(yè)建模均需按照計量清單要求進行建模，對應參數(shù)設置需完整。按照工程量清單要求進行建模的各個專業(yè)，模型提取的計量用數(shù)據(jù)可直接用于算量主題軟件進行工程量統(tǒng)計，經(jīng)與原計算報告對比，精確度滿足要求。

7.智能算量帶來的效益

智能算量軟件可以解決華龍一號施工圖設計階段工程量量統(tǒng)計需求，如需用于其他階段工程量統(tǒng)計，要需要根據(jù)對應階段工程量特點，因地制宜，研究對應解決方案。

目前該軟件已在部分項目開展使用，此算量軟件可在局部范圍實現(xiàn)多臺電腦共享使用，可實現(xiàn)多人同時使用，數(shù)據(jù)共享且互不影響。

通過智能算量技術成果應用，達到了提質增效的目的，較人工處理表格方式生成工程量計算書效率提高40%，較采用人工拔圖統(tǒng)計工程量生成工程量計算書的效率提高200%。在這個核電大發(fā)展的時代里，三維模型的使用率越來越高，合理利用模型已有數(shù)據(jù)進行智能算量，將大大降低企業(yè)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

8.前景展望

隨著我國科學技術的不斷進步，智能信息技術在諸多領域廣泛應用，實現(xiàn)工程項目智能信息化、信息化處理正在快速成為當今的主流趨勢。尤其是核電項目，建設周期長、投資大、施工工藝復雜、涵蓋施工專業(yè)全且各專業(yè)交叉作業(yè)，造成工程量計算、統(tǒng)計需要大量的人力支持，并且工程量計算結果的準確性和及時性并不能完全滿足核電項目建設過程中的需求。核電智能算量可以有效的解決當前核電行業(yè)所面臨的這一瓶頸問題，在充分提高生產(chǎn)效率的同時大大降低人工成本。

無紙化施工將是未來發(fā)展的一個重要方向，主要通過BIM 模型來滿足現(xiàn)場安裝需要。核電各個階段圖紙信息將全部在BIM 模型中展現(xiàn)，通過智能算量軟件方便、快捷、準確的通過BIM 模型實現(xiàn)工程量統(tǒng)計將是未來發(fā)展的重要方向。

核電智能算量軟件可以解決核電項目BIM 模型中已有數(shù)據(jù)對應的工程量的需求。在處理未建模物項時，還需要根據(jù)項目特點，因地制宜，研究對應解決方案。后續(xù)將以此為切入點，向多個核電項目推廣，不斷優(yōu)化計算方法，增加輸出信息量。