基于Revit二次開發技術的變電站算量系統

梁海生, 薛禮月, 史立蕓

(1. 國網上海市電力公司 經濟技術研究院, 上海 200233; 2. 國網上海電力設計有限公司 造價部, 上海 200002)

在電力系統的電力接收、電壓轉換、電流調整過程中,變電站發揮了不可替代的作用,是輸變電工程建設的重要環節.但由于變電站施工人員多變、工作流程復雜,變電施工存在較多潛在風險.為有效獲取工程基礎數據,提升預算的精度和效率,國家電網公司針對基建工程不斷提出完善性要求.在變電站工程造價核算過程中,精細化成本管控是工程設計與預算調整的關鍵環節[1].為了克服傳統人工操作導致的數據丟失和錯誤等問題,變電站建設引入了基于BIM和風險預測技術的算量系統,從而有效地提高了數據預測精度和算量管理效率.Revit技術作為BIM的一種可實現實體、設備、結構三維協同設計的核心類軟件[2-3],在解決規則檢查預算管理、施工需求等方面具有直觀、及時和準確性高等優點.

目前,Revit技術已實現各參與方在工程全周期過程中數據跨階段的集中共享和管理,研究重點正由基本研發逐步轉向國家戰略與國際競爭層面[4].包蔓[5]基于公開標準的研究數據,提出一種基于Revit的成本估算方法;AKINTOYE等[6]指出工程與軟件的結合需要圖紙導入和自動格式轉換,然而,該功能需求存在轉換失敗和數據丟失的缺陷.此后,有研究基于Web和IFC標準對數據共享和環境管理做出了初步探索[7].張琦等[8]研究了基于屬性信息的自動轉換功能設計.但Revit技術還不能夠滿足精細算量工程系統的需求,例如,項目工程數據的多格式存在、不同層級軟件的互不兼容、項目參與方的信息交流、數據同步管理異常等[9-10].

1 開發需求與技術路線

信息交換與共享的本質在于“標準”,標準化的過程管理、標準化的數據格式為工程數據傳遞和共享提供了可能.

1.1 三維協同需求

在工程實際建設和管理中,不同參與方、利益方均希望能夠獲得自身所需要的數據信息.基于國家法律法規、電力行業內部規程規范及合同體系建立了各類業務流程,這些業務流程之間、不同應用系統工具之間存在著對項目信息的交換與共享的需求,例如,數字化企業工廠[11]需要實現工程應用和結構數據的嚴格標準化.

作為BIM軟件的領跑者,Autodesk Revit[12]除了自身功能強大外,也提供豐富的API.借助于API,開發者可以將Revit建模后的信息與其他軟件功能集成或鏈接到Revit中;借助于API還可以將瑣碎的建模工作自動化,在一個平臺上即可完成所有工作.

1.2 Revit二次開發技術路線

要成功開發Revit API的功能擴展區Ribbon UI,首先應允許通過API定制專屬Ribbon控件,相關接口為Revit APIUI.dll,需要在專屬應用程序中引用該文件.

基于Revit模型的變電站精細算量系統的設計流程如圖1所示.其中BIM模型數據庫作為數據單一共享元,可實現多階段信息的高度集中.

圖1 Revit API設計流程Fig.1 Flow chart of design by Revit API

2 精細算量模塊及系統整體設計

在變電站設計過程中,工程設計人員需要明確所有電氣設備的空間位置關系,包括各配電裝置、單元模塊、成本預算信息等.

2.1 系統需求及功能模塊設計

變電站工程量清單計價模式是變電站招標過程中的一個重要環節,為了實現精確造價控制,基于Revit技術的算量系統引入了量價分離的設計思想.為了降低系統的出錯率,在傳統算量系統的基礎上,增加了安全報告模塊,并且在管理模塊中增設了安全建議子模塊,從而優化算量系統的數據完整性,進一步提高其信息安全強度.

需要說明的是,由于安全報告模塊的添加和運行,算量系統的界面加載、按鈕操作和數據加載等多項測試指標必然受到一定的影響.針對這一問題,通過精簡傳統算量系統的項目基本信息模塊,彌補了整體系統響應速度.在全局分析的基礎上,結合變電站工程算量軟件的總體設計方案,文中提出以下4個方面的需求:

1) 數據的自動識別、利用,包括數據完整性、準確使用、無須人工識別圖紙等;

2) 計算規則的本土化;

3) 對系統未能自動套取的構建及維護;

4) 數據在三維平臺之間的共享與交換.

按照上述總體設計的需求,通過調整傳統變電站算量系統的功能模塊,繪制基于Revit技術的變電站管理系統各個功能模塊,如圖2所示.

圖2 系統功能模塊Fig.2 System function modules

2.2 系統總體架構設計

按照層次化軟件的設計思想,考慮到模型信息的存儲利用便于分離,本文系統采用數據層、接口層、應用層3層架構模型,邏輯結構如圖3所示.

圖3 系統邏輯結構Fig.3 System logic structure

基于層次化設計思想,具備3層架構的模型可以方便地存儲內部系統信息,同時提高系統的穩定性和可靠性.外部數據層主要包括設計清單、規則、屬性及項目庫等;接口層基于Revit的二次開發獲得,主要進行功能自定義和擴展;圖形平臺的功能體現在應用層,包含模型映射和屬性匹配、從模塊化角度設計變電站信息管理、電纜計算輸入及耗電量統計輸出等功能.

2.3 業務流程設計

結合變電站工程預算中工程量的算量,通過對關鍵環節進行規劃,設計有效工作流程:

1) 利用VS2015軟件創建類庫,完成了項目的新建操作.在添加完引用和資源管理器后,調用這兩個程序集相應類庫和函數.數據庫的開發通過整合不同功能的模型,支持多種文件格式的讀取導出.將模型中所有圖形、非圖形的項目信息視圖均集成在一個模型數據庫中.

2) 在程序編寫時,針對專業設計不滿足指標要求的情況,需通過編輯外部文件讀取設計說明.

3) 正交三維視圖通過平行投影將模型投影到平面上,視圖坐標系和投影三維視圖相像,但剪裁盒的各個面要與投影線平行或垂直,View.CropBox屬性指向兩個基于視圖坐標系的對角線坐標.

4) 在Revit結構中,分析模型是對結構物理模型在工程上的描述,包括分析模型參數信息、分析模型支撐信息和分析鏈接等.分析模型是Revit二次開發中數據分析的一項重要功能,而分析鏈接又是分析模型中的一個難點.雖然兩個分析模型之間可根據一定的規則自動生成分析鏈接,但Creast方法并不是通過指定兩個分析模型直接創建,而是通過指定兩個分析節點在API中表現為Hub的類建立分析模型與分析節點之間的對應關系,從而建立分析鏈接的分析節點.

2.4 實例仿真

上海某變電站是上海歷史最悠久的中心城區大型變電站之一,享有“遠東第一站”的榮譽稱號.在20世紀60年代,上海最高用電負荷僅有6×108W,而該地區3臺220 kV主變電站的每臺容量均在9×107W左右,3臺主變電站承擔了當時上海約一半的用電負荷[13].該變電站設計規模為:3×240 MVA主變壓器,220 kV進出線8回,110 kV出線14回,35 kV出線20回.以該220 kV輸變電工程為例,按照設計原則進行Revit二次開發,展現各電氣設備關系.

2.5 系統性能測試

在系統搭建工作完成之后,針對基于Revit的變電站算量系統,本文分別從功能和性能方面進行了具體測試:

1) 功能匹配.在系統的全部功能執行過程中,共完成486項測試,其中工程設置79個,模型映射156個,屬性驗證、提取套用共251個.

2) 模型映射.對用戶模型的部件、組名、類型等設置進行必要的驗證,其相應結果如表1所示.

表1 模型映射功能測試Tab.1 Model mapping function test

3) 量化指標.針對系統容錯性、穩定性、可操作性等多種指標,通過反復運行開發前后的變電站算量系統1 000次,記錄和統計界面加載、數據加載和按鈕執行等多種軟件操作的平均響應時間、事務通過率和出錯率,實現算量系統的性能測試.此外,基于平均響應時間、事務通過率和出錯率的統計結果,分別計算這3個指標的綜合優化程度,其具體測試結果如表2所示.

表2 系統性能測試Tab.2 Performance test of system

由表2結果可知,基于Revit技術的變電站算量系統雖然仍有部分軟件細節需要完善,但基本完成了設計過程中關鍵功能的開發.與傳統的變電站算量系統相比,本文所提出算量系統的界面加載、按鈕執行和數據加載的平均響應時間至少提高13.6%,而響應時間、事務通過率和出錯率的綜合優化程度至少達到了16.5%.

2.6 測試結果分析

為了進一步驗證變電站算量系統的管理成本和評估準確率,本文通過引入實際變電站的具體施工成本數據,將傳統算量系統和變電站算量系統的評估數據進行了詳細的對比.需要說明的是,本文將施工過程分為8個獨立的施工階段,并利用算量系統進行成本評估,獲取相應的金額數據,具體評估情況如圖4所示.同時,利用實際的施工成本數據,分別計算不同施工階段傳統算量系統和本文所提出算量系統的評估準確率,令Ri表示第i個階段的實際施工成本,Ti和Si分別表示第i個階段傳統變量系統和變電站變量系統的評估施工成本,則傳統變量系統和變電站變量系統的評估準確率δTi和δSi分別表示為

圖4 傳統算量系統、變電站算量系統和實際施工的成本評估金額

多階段評估準確率δTi和δSi的變化情況如圖5所示.由圖4、5可知,與傳統算量系統相比,在施工各個階段,變電站算量系統評估數據更加接近施工階段的實際成本數據,其評估的準確率更高,證明了所提出的變電站算量系統的有效性和優越性.

圖5 傳統算量系統與變電站算量系統的評估準確率對比

結合理論分析和實際應用,變電站工程需要進行長時間的施工和大量的造價預測,算量系統軟件的響應時間、事務通過率、出錯率和成本評估準確率均實現了優化,可以有效地節省變電站施工單位的人力、物力和財力.

3 結 論

國內基于Revit技術的變電站三維數字化建設目前仍處于起步階段,而從“可用”到“高效”還需進行大量的研究工作.本文設計了基于Revit二次開發的變電站三維精算系統,通過對數字化變電站工程項目的仿真可知,變電站的Revit二次開發設計的主要優勢如下:

1) 協同設計將不同專業的設計結果統一,并且可減少人員的參與導致的誤差,從而提高設計準確率;

2) 得益于設計準確、精度高,模型使用三維設計替代二維設計;

3) Revit的視圖關聯功能能夠有效提高制圖效率,算量結果與模型的統一有助于計算結果的適時調整,工程量的自動統計與處理有助于及時了解造價成本.