變電站項目管理BIM 模型識別系統研究

趙宏波

0 引言

變電站項目的發展在很大程度上影響著人們的生活水平、城市現代化水平和國家銀行的投資回報。優化項目管理旨在降低成本和提高質量。由于構建過程是動態的和受損害的交互活動，因此應處理和監控不同階段的大量中間變化信息。在項目調度過程中，信息傳遞和整合存在障礙。BIM 是一個全面的信息通信技術（ICT）和協作框架，它使傳統上變電站項目的不同活動中工作的各種項目參與者獲得知識。BIM 已在發達國家的多個涉及變電站的大型項目中得到應用。同樣，在中國使用BIM 進行的項目在變電站方面也將具有重要意義。

劉葵（2003）對 BIM 技術在我國的運用進行了調查，結果顯示，自2002 以來，BIM 技術在我國的施工企業中得到了廣泛的認可。BIM 技術在工程施工中的發展和運用，與國際上其他國家相似，尤其是BIM 技術。2004 年，清華大學建筑系在第12 次全國工程土木工程會議中，對BIM 技術的內涵進行了較為全面、系統的闡述和剖析，從而引起了整個施工企業對其在施工領域中的運用的反思。BIM 技術在我國香港、臺灣率先在工程實踐中得到推廣。自2006 起，香港住宅管理局便將BIM 技術運用于工程建設，并制定相關標準、用戶指南、資料室等相關的BIM 技術規范與參考。BIM 技術在臺灣的業界、政府及科研機構中已引起高度重視，政府更是明文規定，無論是在規劃、建設等方面，都必須使用BIM 技術。相對而言，BIM 技術在國內的應用已從概念化過渡到實際運用的關鍵階段，隨著BIM 技術在國內的廣泛運用，許多施工企業開始重視BIM 技術，并在實際中進行了大量的實踐，尤其是BIM 技術已在許多大型、繁復的工程中獲得了廣泛的運用。2011 年5 月，住房和城鄉建設部頒布了《2011-2015 年建筑業信息化發展綱要》，其中明確指出：在建設工程中進行BIM 技術的研發和運用，促進BIM技術的推廣，減少信息傳輸的損耗。《綱要》出臺后，BIM 技術在國內得到了廣泛的推廣。本文主要探討BIM 技術在大型、復雜的工程建設中的運用，以及如何進行可視化的管理。

1 BIM 的特點

（1）資料的完整。工程項目的詳細說明，不僅包含三維空間的幾何資料和結構的拓撲結構，還包含工程資料的全貌（物體名稱、結構類型、建筑材料、工程性能等）；施工過程，成本，質量，進度，人員，材料資源，機械等施工資料；工程安全性能，材料耐久性能等維修資料；物體的工程學上的聯系等。

（2）資訊相關。在資訊模式中，物件不但可以辨識，也可以互相聯系。該軟件能夠收集和處理各種數據，并產生相應的文件和圖表。為了保證模式的完整，模型中的任何一個物體都會被更改。

（3）資料的連貫性。在整個項目的整個過程中，盡管存在著各個階段，但是在建模過程中所得到的信息都是相同的，而且沒有重復的輸入。另外，該模型能夠實現動態進化，在各個階段無需再建立和更新，可以實現對模型目標的任意更改和擴充，從而可以有效地防止因修改后的信息不一致而導致的誤差。

（4）對參量進行描述。在 BIM 技術中，參數性建模是其最大的優點，三維模型可以完整地展現出實際項目中的設備。該模式具有較強的參數性，既方便了前期的方案對比，方便了項目的設計變更，方便了對模型的及時更新，又使項目在某種意義上得到了最優解。

（5）視覺效果。在工程項目中，設備參數化建模為實現工程可視化奠定了基礎。有別于常規的建筑施工方式，在平面的建筑設計中，以直線的方式呈現出一種三維實體形態，向項目參與者們演示。BIM 可視化是一種使設備 B 之間具有較強的互聯能力的一種擔憂，它可以顯示出工程的期望結果，也可以產生不同的工程報告。更有實際意義的是，在項目規劃、設計、施工和運營過程中，各個環節的溝通、討論和決策都能在可視性的條件下完成。

（6）協調。在施工中，最關鍵的問題是協調。在工程設計中，不同專業技術人員缺乏有效的交流，導致了不同行業在建設過程中產生的矛盾，比如建筑結構、建筑物的定位等；鋼制橋與鋼結構，閥門冷卻管道，暖氣管道等發生碰撞。利用 BIM 技術構建的三元數據，能夠將工程建設初期各個學科的建模整合起來，對各個學科進行檢驗，產生沖突檢驗和協同分析，從而為工程建設的實際應用奠定基礎。

2 概述現有KKS 識別系統的優缺點

目前，KKS 代碼是全球電力行業項目中應用最廣泛、最成熟的識別系統。自20 世紀90 年代在電力工程項目建設中引入識別系統以來，中國通過實踐和比較，逐步確定了基于KKS 碼編碼的框架結構。2010 年，國家標準《電廠工程識別系統規范》（GB/T 50549）發布。2014 年頒布國家標準《電力系統工程識別系統規范》（GB/T 51061）。

2.1 KKS 識別系統的優點

KKS 規范內容完備、擴充方便、使用靈活、結構嚴謹、標識獨特，融合了電力工程主要流程的技術規則，在電力工程建設的實際應用中被廣泛接受。

2.2 KKS 識別系統在BIM 項目管理中應用的缺陷

在將BIM 技術應用于項目管理時，GB/T 51061 國家標準KKS 代碼體系顯示出以下缺陷：

（1）KKS 編碼對于非進程系統的構建具有較淺的編碼深度，僅表達到房間的位置。建筑的結構構件不夠精細化，而建筑的管理又是工程建設的重要組成部分，無法滿足施工管理的要求。（2）組成表達式為三行：工藝相關標識、安裝點標識、位置標識。三種標識表示形式部分重疊，三行格式也使得屬性輸入的三維模型實現更加繁瑣，管理軟件認識到讀取邏輯難以創建。（3）某些進程相關標識符的分層分布模式不適合計算機軟件讀取。（4）在對建筑等特定場景進行編碼時，需要增加原有KKS 中固有的與流程相關的識別代碼的數量。（5）KKS 代碼中的位置識別主要用于設備的位置識別。在使用三維模型的背景下，其原有的主要用途被削弱。（6）存在一種中間省略代碼，不滿足軟件讀取格式固化的要求。（7）識別碼的復雜性使得參與者需要花費大量的時間和精力來編寫和學習使用。

2.3 BIM 項目管理識別體系應滿足的條件

基于以上分析，提出BIM 背景項目管理應用識別系統應滿足的條件：（1）滿足項目主要技術規范要求；（2）符合項目施工管理規定；（3）適應計算機應用程序讀寫邏輯的要求；（4）滿足計算機讀寫格式要求它有一種利用計算機計算能力的方法。KKS 編碼滿足條件（1）和（2），且具有推廣的優點。因此，基于KKS 代碼進行適配，形成滿足（3）（4）條件的變電站BIM 模型識別系統。

3 基于KKS 代碼的變電站BIM 模型識別系統的創建

對KKS 規范的具體適應主要體現在規范格式、精簡內容、提高識別水平、擴大民事部分的編碼內容等方面。

3.1 規范編碼格式

從需求確定的平臺軟件，建筑規范的結構和電氣系統代碼保持一致，使用o 級代碼（1位，G）+1級代碼（6位，FOFIF2F3FNIFN2）+2級代碼（6位，AlA2ANIAN2AN3A3）+3級（4位，BIB2BNIBN2）+延續代碼（沒有限制，CIC2C3……）結構。當不包括延續代碼時，具體為：RNAAANNAANNΝΑΑΑΝΝ，其中，R 代表字母或阿拉伯數字，N 表示阿拉伯數字——代表字母為了適應軟件讀取數據的特點，并減少編碼輸入的工作量，這是規定，中間段的編碼不允許被省略，但剩下的編碼后最后重要的編碼可以省略。代碼中除了英文字母和阿拉伯數字（包括空格）外，不允許使用其他符號，其中英文字母I 和O 是禁止使用的字母。延續碼的格式為1 個英文字母+1 個阿拉伯數字的循環，可根據項目實際情況定義所需位數。無延續碼的格式基本遵循國家標準KKS 碼流程安裝識別格式，便于兩種編碼格式的互操作性。

3.2 簡化的識別類型

為了方便軟件平臺閱讀，減少建模輸入工作量，滿足BIM施工管理，將KKS 代碼的三行編碼格式改為一行編碼。位置標識符主要用于標識設備的位置。在使用3D 模型進行項目管理的模式中，對人的位置的識別已經偏離了編碼。因此，在數字三維模型識別系統，識別位置線是取消，同時，建筑結構的定義是深化參考位置的識別代碼，和相同的編碼代碼格式用于建筑結構形式識別編碼系統。安裝點標識碼主要應用于二次系統面板內部設備。在工程施工管理中，屏風柜被視為整體安裝。在BIM 模型識別系統中，取消安裝點識別代碼，相關面板一般采用過程識別進行識別。

3.3 提高認知水平

在劃分鑒定等級時，應首先保證主要專業人員的鑒定。變電站中最重要的內容是各電壓等級的配電設備。在國家標準KKS 系統中，常規變電站除變壓器以阿拉伯字母區分外，其余均以值“Y”分類為公共系統。需要到4 位代碼（系統代碼F2）來區分組件所屬的管理單位，嚴重降低了平臺軟件的識別和計算效率。基于上述問題，在新的識別系統，G 的o 級代碼的第一個重新定義整個代碼，可以確定配電裝置的電壓水平和適應計算機軟件識別的邏輯特征。變電站工程o 級編碼G 的編碼值為：阿拉伯數字代表主變機組號；A-N 為各電壓等級的配電裝置；來自P 及以后的字母是剩下的專業代碼。

3.4 建筑識別系統代碼

擴展原有的國家標準KKS 規范體系對建筑規范的深度較淺，只針對房間層面，不能滿足施工管理的要求。數字三維模型識別系統采用相同的代碼作為工藝識別代碼格式，結合施工工藝的特點，創造出一種新的建筑編碼系統。

針對建筑結構特征與流程系統的差異，在設計建筑識別系統時，采用基于網格的編碼系統，將主要構件附著在網格上。下一級組件附加到高級組件的編碼系統結構。主要要點如下：（1）各級代碼定義的深度O 級代碼（單位代碼）：定義為專業一級代碼（系統代碼）：定義特定建筑的特定樓層/高度二級代碼（設備代碼）：定義為主要結構單元如梁、板、柱、墻、樁基礎等。三級碼（部分碼）：定義為二級、門、窗等二級單元。（2）一級碼的編碼原則：一級代碼是指國家標準體系的相關位置代碼。（3）重要構件二級碼編碼方法：根據網格定位原理，采用坐標點編碼的方法定義柱、樁基礎。墻體、主梁等附加在柱上，該規范定義了構件的類型和相對于附加柱的方向。地板、屋頂等與地板相連，并按順序編號。（4）三級碼的編碼原理：次梁、門、窗等附在主梁、墻等上，規范規定了部件的類型以及相應部件的方位和順序。

3.5 突出電氣系統的標識

在電氣系統識別方面，國家標準KKS 識別系統是比較完整的。在數字化三維模型識別系統的基礎上，結合BIM 項目管理的特點，對電氣系統編碼進行了如下修改：（1）各級代碼定義的深度0 電平碼（單位碼）：定義配電單元對應的電壓電平。一級碼（系統碼）：定義一個特定的間隔單位、階段和單位。二級代碼（設備代碼）：定義為特定的單個設備安裝單元，包括單個設備和設備內部的單個安裝單元。三級代碼（部分代碼）：根據管理精度要求，可對設備安裝部件局部深化定義。（2）加強和明確F3 碼在系統代碼中的識別功能將對原始F3 碼的識別定義為一個識別系統。現在它被明確地定義為一個系統和一套完整的單元。新的F3 編碼定義包括AIS 間隔、GIS、HGIS、開關柜、電容器、電堆等，考慮了間隔的類型，在施工管理中也將成套設備作為一個整體單元考慮在內。（3）取消特殊意義上的電站電力系統的定義，結合BIM 管理的特點，根據實際站內電力系統的電氣位置進行主接線。1kV 以上的電站高壓部分列入配電裝置，1kV 以下的電站用電部分列入零級代碼“N”類。（4）增強主接線的可識別性電氣一次布線是電氣專業人員識別安裝內容的重要依據。在三維模型識別系統中，將加固構件與電氣一次接線的可識別性進行對比，以適應BIM 管理的特點。主要措施是：根據一次接線的等級，定義每一級編碼的深度，將主一次接線所包含的連接導線納入統一編碼體系。

4 變電站BIM 模型識別系統的實際應用

4.1 實際應用

將格式統一、信息完整、層次清晰、軟件識別規則明確的三維模型識別系統代碼應用于變電站BIM 模型中所有待管理組件，并在BIM 施工管理平臺中實現。首先，編制了《工程約定與編碼索引》，主體是編碼字典，提出并說明了具體項目標識系統的編碼原理，便于用戶使用。然后，根據工程標識編碼工作的直接指導文件《工程標識編碼清單》中的《工程約定與編碼索引》，列出了各個構件的具體編碼。代碼作為3D 模型中的屬性輸入與管理組件相關聯。最后，模型完成后，平臺操作員在管理平臺上，根據“工程代碼識別清單”，將代碼編譯成一個可以直接被人員識別的名稱。這樣，操作人員無需在平臺上查閱“工程約定編碼索引”和“工程識別編碼列表”，即可按名稱選擇和管理零部件或部件組。

4.2 實際應用效益

通過對變電站項目管理實踐的總結，基于BIM 技術的變電站項目管理三維模型識別系統的好處是顯著的，主要體現在以下幾個方面：（1）提高人機界面的友好性，提高工作效率從計算機二維顯示操作三維模型存在空間組件重疊的問題。因此，從三維模型中直接選擇構件特別是構件組是相當困難的，這一直困擾著三維技術的應用。在BIM 項目管理平臺中，采用系統識別代碼，可實現文本索引，避免了直接從3D 模型中選擇的操作，大大優化了3D 模型的選擇模式，提高了工作效率。（2）深化BIM 項目的可管理精度，BIM 項目管理平臺采用系統識別碼。只要組件是根據規則編碼的，它們就可以包含在管理范圍內，而不受項目整體模型大小和復雜性的限制。在變電站工程中，對鋼筋綁扎和墻體施工工序順序（砌筑、裝飾等）的分段管理進行了部分嘗試，實踐證明這種管理深度是可以達到的。（3）釋放人力資源在傳統的識別系統應用中，所有參與項目的人員必須熟悉其專業部分的識別系統代碼，而識別系統代碼本身是一個龐大而復雜的系統。在調動員工積極性的同時，也提高了人們參與項目的門檻，給人力資源帶來很大的壓力。BIM 項目管理平臺編譯系統識別代碼后，大部分項目人員不再能夠接觸到識別系統，減少了工作量和培訓時間，降低了人員參與項目的門檻，減輕了人員的壓力資源。

5 結論

隨著BIM 技術在電力工程項目建設領域應用的不斷深入，建立統一的編碼體系，促進電力行業的信息交流至關重要。在江蘇省無錫市變電站項目全過程工程咨詢管理中，基于KKS 識別系統，開發了基于BIM 技術的變電站項目管理三維模型識別系統。該識別系統格式符合國家標準KKS 代碼，繼承和保留了其優勢，更適合計算機和數字三維技術的特點。

由于作者水平、時間和科研環境等因素的制約，本文在對BIM 技術進行歸納和探索的基礎上，僅從以下幾方面對 BIM 技術進行了深入的探索：（1）對 BIM 技術進行了深入的拓展，建立了完備的 BIM 模型庫，對項目進行了有效的管理，提高了系統的運行效能；（2）利用 RFID 技術，建立相應的數據界面，以完成變電所 BIM 的建模和傳輸；（3）制定 BIM 技術在變電所施工各階段的適用技術和技術標準，為今后進一步推廣 BIM技術提供借鑒；（4）BIM 技術在變電所施工中的運用是一套完整的技術系統，它的技術過程簡單，對 BIM 技術的推廣和應用更為有益。

電力市場的激烈程度將伴隨著電力系統的市場化進程而進一步激烈。相信 BIM 技術必將在未來的幾年內被廣泛地運用于變電所，BIM 技術將對傳統變電所的改造和電力系統的發展發揮重要的作用。