變電站5D-BIM管控平臺(tái)模型編碼方法探究

朱 琛，周益磊，王 娟，付 婷，蘇 穎

(1.長(zhǎng)沙電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

0 引言

建筑信息模型(building information model，BIM)由Chuck Eastman教授在1975年提出[1]，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)愈發(fā)成熟，已在很多工程項(xiàng)目全生命周期管理中進(jìn)行運(yùn)用[2-3]，并可通過虛擬現(xiàn)實(shí)(AR、VA)相關(guān)的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和仿真等[4-5]。近年來，國(guó)家在輸變電工程領(lǐng)域出臺(tái)了一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范，希望能借此契機(jī)將BIM應(yīng)用到電力建設(shè)工程的全生命周期管理中。

五維建筑信息模型(5D-BIM)概念的出現(xiàn)，將費(fèi)用成本和時(shí)間成本納入到項(xiàng)目的各個(gè)階段，囊括了時(shí)間、費(fèi)用和質(zhì)量安全等諸多數(shù)據(jù)信息。由于工程建設(shè)中所涉及的信息數(shù)據(jù)龐大，在集成到BIM平臺(tái)之后需要將他們有機(jī)地聯(lián)系起來[6-9]，為方便關(guān)聯(lián)與檢索，需要一套編碼體系來保證這些信息的高效流通、交互和共享。

目前，基于一定用途的編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成并投入使用，但這些編碼標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)榫幋a結(jié)構(gòu)不同，使得各個(gè)專業(yè)之間的信息互通性很差，在變電站的全生命周期管理中難以進(jìn)行信息的交互。為解決此問題，提出研究具備唯一性、可識(shí)別性和共享性的編碼體系，以實(shí)現(xiàn)三維模型、施工進(jìn)度、費(fèi)用控制的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于信息的傳遞、處理和檢索，實(shí)現(xiàn)真正的5D-BIM管理。

1 電力系統(tǒng)現(xiàn)行編碼規(guī)范

電力系統(tǒng)工程是一個(gè)在縱向具有一定深度的行業(yè)，參與不同層次建設(shè)的人員需要參考的信息及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不盡相同，因而在電力系統(tǒng)建設(shè)的各環(huán)節(jié)中，各部門遵循的編碼規(guī)范不同。例如國(guó)家電網(wǎng)有限公司在工程計(jì)價(jià)方面采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5341—2021《電力建設(shè)工程工程量清單計(jì)算規(guī)范 變電工程》，電網(wǎng)三維設(shè)計(jì)采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11181.1—2014《電網(wǎng)三維模型 第1部分：模型分類與編碼》，電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備則采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51061—2014《電網(wǎng)工程標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼規(guī)范》，電網(wǎng)調(diào)度采用SD 240—87《電力系統(tǒng)部分設(shè)備統(tǒng)一編號(hào)準(zhǔn)則》，數(shù)據(jù)交互采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33603—2017《電力系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)消息編碼規(guī)范》，電網(wǎng)資產(chǎn)管理采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電網(wǎng)資產(chǎn)實(shí)物“ID”編碼規(guī)范》[10]，物料采購(gòu)采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 1936—2013《國(guó)家電網(wǎng)公司物料主數(shù)據(jù)分類與編碼規(guī)范》。

1.1 工程量清單編碼

變電工程在建造時(shí)一般采用國(guó)家能源局2011年發(fā)布的《電力建設(shè)工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范》以及現(xiàn)行的DL/T 5341—2021《電力建設(shè)工程工程量清單計(jì)算規(guī)范 變電工程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定項(xiàng)目編碼劃分為五個(gè)等級(jí)，使用12位的英文字母加阿拉伯?dāng)?shù)字混合編碼：列出的第一等級(jí)編碼為工程專業(yè)碼，由一位數(shù)字和一位大寫字母構(gòu)成；列出的第二等級(jí)編碼為項(xiàng)目劃分碼，由四位大寫字母構(gòu)成；列出的第三等級(jí)編碼為階段劃分碼，字母“C”表示為初步設(shè)計(jì)階段編碼，字母“S”表示為施工圖設(shè)計(jì)階段編碼；列出的第四等級(jí)編碼為清單項(xiàng)目碼，采用一位大寫英文字母加兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示；列出的第五等級(jí)編碼為清單項(xiàng)目特征碼，采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字，用以表示施工或者安裝順序[11]。通過12位字母與阿拉伯?dāng)?shù)字的組合，生成的一組項(xiàng)目編碼具有繼承性和唯一性，但是該編碼只在工程清單計(jì)價(jià)、項(xiàng)目概預(yù)算中使用，對(duì)其他專業(yè)則適用性不強(qiáng)，工程量清單編碼部分構(gòu)件設(shè)備編碼如表1所示。

表1 部分構(gòu)件設(shè)備編碼(工程量清單編碼)

1.2 工程標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2014年頒布的GB/T 51061—2014《電網(wǎng)工程標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼規(guī)范》中要求按照KKS的結(jié)構(gòu)編碼框架，對(duì)涵蓋國(guó)家電網(wǎng)的各個(gè)系統(tǒng)、元件、裝置設(shè)備，根據(jù)制造流程和放置安裝點(diǎn)等，依據(jù)其固有的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)行統(tǒng)一分門別類、統(tǒng)一編碼、統(tǒng)一標(biāo)記識(shí)別。其編碼可以較為完善地表示直流換流站/變電站電氣一次、電氣二次，架空線路，電纜線路，照明、暖通和給排水等任何系統(tǒng)或設(shè)備；該編碼應(yīng)用在這些設(shè)備的全生命周期管理中，能夠追溯生產(chǎn)流程、安裝空間位置和具體建(構(gòu))筑物安裝位置，具有的唯一性和邏輯位置指引功能，能夠應(yīng)用在電網(wǎng)工程的建設(shè)和運(yùn)維階段，在系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢查、維修、更換時(shí)可做到快速定位，提高電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)字管理精細(xì)化和安全運(yùn)行保障水平[9]。電網(wǎng)工程標(biāo)識(shí)編碼分為以下三類，分別對(duì)應(yīng)三種不同表示對(duì)象，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)工程標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼

1) 工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)：適用于標(biāo)識(shí)工藝的系統(tǒng)、部件、設(shè)備。

2) 安裝點(diǎn)標(biāo)識(shí)：適用于標(biāo)識(shí)電氣以及監(jiān)控系統(tǒng)、部件，包括接線和安裝位置。

3) 位置標(biāo)識(shí)：適用于建(構(gòu))筑物。

土建部分無直接對(duì)應(yīng)編碼，可依據(jù)規(guī)范擴(kuò)充編碼，部分構(gòu)件設(shè)備編碼見表2。

表2 部分構(gòu)件設(shè)備編碼(GB/T 51061—2014)

1.3 三維模型設(shè)計(jì)編碼

對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，通過三維模型渲染和著色，得到的三維效果圖能讓參與工程的各方對(duì)項(xiàng)目有更加直觀的了解，同時(shí)三維設(shè)計(jì)能夠計(jì)算出模型的體積、質(zhì)量、力學(xué)參數(shù)等，進(jìn)而推求實(shí)際工程的成本預(yù)算，有利于設(shè)計(jì)人員和決策人員對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行決策、減少人力資源投入及縮短審批周期，提高效率。

國(guó)家電網(wǎng)有限公司為統(tǒng)一電網(wǎng)三維建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)三維模型數(shù)據(jù)資料的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化，達(dá)到模型共享的需求，制定了Q/GDW 11181.1—2014《電網(wǎng)三維模型 第1部分：模型分類與編碼》用以促進(jìn)三維模型在電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維管理階段的應(yīng)用，但土建部分的編碼缺乏明確的要求。該規(guī)范規(guī)定編碼應(yīng)具備可擴(kuò)展性，采用線性分類和分層編碼的搭配法，使用英文字母、羅馬數(shù)字、阿拉伯?dāng)?shù)字以及在每層之間以下劃線“_”作為分割。類型碼與標(biāo)識(shí)碼組成了模型編碼，類型碼具體分為兩級(jí)：第一級(jí)以B代表基礎(chǔ)模型、S代表標(biāo)準(zhǔn)模型、P代表精細(xì)模型；第二級(jí)以T代表輸電線路模型、S表示變電站(換流站)模型、C表示通訊設(shè)備模型、M表示檢測(cè)裝置模型、F表示公共設(shè)施模型。標(biāo)識(shí)碼按照具體模型對(duì)象命名，例如“設(shè)備型號(hào)_電壓等級(jí)_廠家代碼”等具有典型意義的實(shí)際參數(shù)組合，也可應(yīng)用參數(shù)漢語(yǔ)名稱首字母縮寫或者英文縮寫進(jìn)行標(biāo)識(shí)，部分構(gòu)件設(shè)備編碼見表3。

表3 部分構(gòu)件設(shè)備編碼(Q/GDW 11181.1—2014)

目前，編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成并投入使用，但這些編碼標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)榫幋a結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致各專業(yè)之間的信息互通性很差，在變電站全生命周期管理中難以進(jìn)行信息的交互。為解決此類問題，基于5D-BIM管控理念，并融合三維模型、施工進(jìn)度和費(fèi)用控制的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究出一套可繼承性、可擴(kuò)展性、唯一性、可識(shí)別性和共享性的編碼體系，應(yīng)用于信息的傳遞、處理和檢索，實(shí)現(xiàn)真正的5D-BIM管理。

2 5D-BIM管理平臺(tái)編碼應(yīng)用方案

以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，制定一套滿足變電站5D-BIM管理平臺(tái)的編碼體系，使得三維模型能夠與施工進(jìn)度以及費(fèi)用控制相對(duì)應(yīng)。以BIM技術(shù)在某110 kV變電站的應(yīng)用為例，該變電站工程劃分為建筑工程項(xiàng)目和安裝工程項(xiàng)目?jī)纱箅A段，依據(jù)各項(xiàng)目階段所需完成的任務(wù)，投資估算和設(shè)計(jì)概算在項(xiàng)目建議書和可行性研究階段完成，而BIM的三維設(shè)計(jì)在初步設(shè)計(jì)階段[11]，因此三維模型編碼需要對(duì)DL/T 5341—2021有一定的繼承；同時(shí)三維編碼還要考慮在施工進(jìn)度的應(yīng)用，在可視化的三維環(huán)境下，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)的模擬，并根據(jù)施工進(jìn)度展示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工組織順序調(diào)整。

2.1 編碼規(guī)則

1) 參考電網(wǎng)現(xiàn)行規(guī)范，編碼采用級(jí)編碼，英文字母與阿拉伯?dāng)?shù)字混合，每級(jí)編碼之間以“_”(下劃線)區(qū)分。

2) 編碼前兩級(jí)繼承DL/T 5341—2021規(guī)范的要求，使得三維構(gòu)建能夠與相應(yīng)的價(jià)格費(fèi)用一一相對(duì)應(yīng)：第一級(jí)編碼“2AXXXX”對(duì)應(yīng)變電站建筑工程項(xiàng)目，“2BXXXX”對(duì)應(yīng)變電站安裝工程項(xiàng)目，前兩位為工程專業(yè)碼，后四位則為項(xiàng)目劃分代碼；第二級(jí)編碼為一個(gè)英文大寫字母+三位數(shù)字的清單項(xiàng)目代碼。

3) 編碼中間兩級(jí)為施工組織碼，第三級(jí)編碼中大寫字母“S”代表施工階段，后三位數(shù)字對(duì)應(yīng)施工進(jìn)度計(jì)劃?rùn)M道圖的土建施工階段，可根據(jù)實(shí)際情況流水編碼或由工程各方約定；第四級(jí)編碼為施工順序碼，代表該構(gòu)件在第三級(jí)編碼表示的施工階段的施工順序，編碼結(jié)構(gòu)如圖2所示，部分構(gòu)件設(shè)備編碼見表4。

圖2 變電站5D-BIM管理平臺(tái)編碼結(jié)構(gòu)

表4 部分構(gòu)件設(shè)備編碼

例如編碼中2AAAGA_F001_S15_001表示110 kV變電站一般土建的一號(hào)門，在施工計(jì)劃第15階段的第一步安裝；2AAAGA_B001_S05_001表示110 kV變電站一般土建的一號(hào)樁基，在施工計(jì)劃第5階段的第一步施工。

2.2 應(yīng)用情況

以上編碼規(guī)則在變電站5D-BIM管理平臺(tái)中進(jìn)行了應(yīng)用，能夠完成三維模型與施工進(jìn)度的對(duì)應(yīng)，較好地完成變電站施工模擬仿真的任務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了各部件與其費(fèi)用控制相對(duì)應(yīng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過研究電網(wǎng)系統(tǒng)不同專業(yè)信息分類和編碼規(guī)范，分析了現(xiàn)有編碼規(guī)范在變電站BIM管理平臺(tái)應(yīng)用中的不足，構(gòu)建出一套適用于5D-BIM平臺(tái)的編碼體系，較好地完成了可視化三維模型與施工進(jìn)度模擬以及工程建設(shè)費(fèi)用控制的關(guān)系對(duì)應(yīng)，發(fā)揮出BIM技術(shù)表達(dá)直觀、信息集成和數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供電網(wǎng)工程項(xiàng)目管理參考。