變電站5D-BIM管控平臺模型編碼方法探究

朱 琛，周益磊，王 娟，付 婷，蘇 穎

(1.長沙電力設計院有限公司，湖南 長沙 410000；2.長沙理工大學水利與環境工程學院，湖南 長沙 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]，經過幾十年的發展，技術愈發成熟，已在很多工程項目全生命周期管理中進行運用[2-3]，并可通過虛擬現實(AR、VA)相關的技術對數據進行處理和仿真等[4-5]。近年來，國家在輸變電工程領域出臺了一系列國家標準及行業規范，希望能借此契機將BIM應用到電力建設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，將費用成本和時間成本納入到項目的各個階段，囊括了時間、費用和質量安全等諸多數據信息。由于工程建設中所涉及的信息數據龐大，在集成到BIM平臺之后需要將他們有機地聯系起來[6-9]，為方便關聯與檢索，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準已經形成并投入使用，但這些編碼標準因為編碼結構不同，使得各個專業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行信息的交互。為解決此問題，提出研究具備唯一性、可識別性和共享性的編碼體系，以實現三維模型、施工進度、費用控制的相互對應關系，便于信息的傳遞、處理和檢索，實現真正的5D-BIM管理。

1 電力系統現行編碼規范

電力系統工程是一個在縱向具有一定深度的行業，參與不同層次建設的人員需要參考的信息及數據結構不盡相同，因而在電力系統建設的各環節中，各部門遵循的編碼規范不同。例如國家電網有限公司在工程計價方面采用行業標準DL/T 5341—2021《電力建設工程工程量清單計算規范 變電工程》，電網三維設計采用企業標準Q/GDW 11181.1—2014《電網三維模型 第1部分：模型分類與編碼》，電網系統設備則采用國家標準GB/T 51061—2014《電網工程標識系統編碼規范》，電網調度采用SD 240—87《電力系統部分設備統一編號準則》，數據交互采用國家標準GB/T 33603—2017《電力系統模型數據動態消息編碼規范》，電網資產管理采用企業標準《電網資產實物“ID”編碼規范》[10]，物料采購采用企業標準Q/GDW 1936—2013《國家電網公司物料主數據分類與編碼規范》。

1.1 工程量清單編碼

變電工程在建造時一般采用國家能源局2011年發布的《電力建設工程量清單計價規范》以及現行的DL/T 5341—2021《電力建設工程工程量清單計算規范 變電工程》行業標準。其中行業標準中規定項目編碼劃分為五個等級，使用12位的英文字母加阿拉伯數字混合編碼：列出的第一等級編碼為工程專業碼，由一位數字和一位大寫字母構成；列出的第二等級編碼為項目劃分碼，由四位大寫字母構成；列出的第三等級編碼為階段劃分碼，字母“C”表示為初步設計階段編碼，字母“S”表示為施工圖設計階段編碼；列出的第四等級編碼為清單項目碼，采用一位大寫英文字母加兩位阿拉伯數字表示；列出的第五等級編碼為清單項目特征碼，采用兩位阿拉伯數字，用以表示施工或者安裝順序[11]。通過12位字母與阿拉伯數字的組合，生成的一組項目編碼具有繼承性和唯一性，但是該編碼只在工程清單計價、項目概預算中使用，對其他專業則適用性不強，工程量清單編碼部分構件設備編碼如表1所示。

表1 部分構件設備編碼(工程量清單編碼)

1.2 工程標識系統編碼

住房和城鄉建設部在2014年頒布的GB/T 51061—2014《電網工程標識系統編碼規范》中要求按照KKS的結構編碼框架，對涵蓋國家電網的各個系統、元件、裝置設備，根據制造流程和放置安裝點等，依據其固有的內在聯系，進行統一分門別類、統一編碼、統一標記識別。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或設備；該編碼應用在這些設備的全生命周期管理中，能夠追溯生產流程、安裝空間位置和具體建(構)筑物安裝位置，具有的唯一性和邏輯位置指引功能，能夠應用在電網工程的建設和運維階段，在系統設備進行檢查、維修、更換時可做到快速定位，提高電網系統數字管理精細化和安全運行保障水平[9]。電網工程標識編碼分為以下三類，分別對應三種不同表示對象，如圖1所示。

圖1 電網工程標識系統編碼

1) 工藝相關標識：適用于標識工藝的系統、部件、設備。

2) 安裝點標識：適用于標識電氣以及監控系統、部件，包括接線和安裝位置。

3) 位置標識：適用于建(構)筑物。

土建部分無直接對應編碼，可依據規范擴充編碼，部分構件設備編碼見表2。

表2 部分構件設備編碼(GB/T 51061—2014)

1.3 三維模型設計編碼

對工程項目進行三維設計，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項目有更加直觀的了解，同時三維設計能夠計算出模型的體積、質量、力學參數等，進而推求實際工程的成本預算，有利于設計人員和決策人員對工程建設進行決策、減少人力資源投入及縮短審批周期，提高效率。

國家電網有限公司為統一電網三維建模技術標準，促進三維模型數據資料的規范標準化，達到模型共享的需求，制定了Q/GDW 11181.1—2014《電網三維模型 第1部分：模型分類與編碼》用以促進三維模型在電網工程設計、建設和運維管理階段的應用，但土建部分的編碼缺乏明確的要求。該規范規定編碼應具備可擴展性，采用線性分類和分層編碼的搭配法，使用英文字母、羅馬數字、阿拉伯數字以及在每層之間以下劃線“_”作為分割。類型碼與標識碼組成了模型編碼，類型碼具體分為兩級：第一級以B代表基礎模型、S代表標準模型、P代表精細模型；第二級以T代表輸電線路模型、S表示變電站(換流站)模型、C表示通訊設備模型、M表示檢測裝置模型、F表示公共設施模型。標識碼按照具體模型對象命名，例如“設備型號_電壓等級_廠家代碼”等具有典型意義的實際參數組合，也可應用參數漢語名稱首字母縮寫或者英文縮寫進行標識，部分構件設備編碼見表3。

表3 部分構件設備編碼(Q/GDW 11181.1—2014)

目前，編碼標準已經形成并投入使用，但這些編碼標準因為編碼結構不同，導致各專業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、施工進度和費用控制的對應關系，研究出一套可繼承性、可擴展性、唯一性、可識別性和共享性的編碼體系，應用于信息的傳遞、處理和檢索，實現真正的5D-BIM管理。

2 5D-BIM管理平臺編碼應用方案

以現行標準為依據，制定一套滿足變電站5D-BIM管理平臺的編碼體系，使得三維模型能夠與施工進度以及費用控制相對應。以BIM技術在某110 kV變電站的應用為例，該變電站工程劃分為建筑工程項目和安裝工程項目兩大階段，依據各項目階段所需完成的任務，投資估算和設計概算在項目建議書和可行性研究階段完成，而BIM的三維設計在初步設計階段[11]，因此三維模型編碼需要對DL/T 5341—2021有一定的繼承；同時三維編碼還要考慮在施工進度的應用，在可視化的三維環境下，進行施工組織設計的模擬，并根據施工進度展示的結構進行施工組織順序調整。

2.1 編碼規則

1) 參考電網現行規范，編碼采用級編碼，英文字母與阿拉伯數字混合，每級編碼之間以“_”(下劃線)區分。

2) 編碼前兩級繼承DL/T 5341—2021規范的要求，使得三維構建能夠與相應的價格費用一一相對應：第一級編碼“2AXXXX”對應變電站建筑工程項目，“2BXXXX”對應變電站安裝工程項目，前兩位為工程專業碼，后四位則為項目劃分代碼；第二級編碼為一個英文大寫字母+三位數字的清單項目代碼。

3) 編碼中間兩級為施工組織碼，第三級編碼中大寫字母“S”代表施工階段，后三位數字對應施工進度計劃橫道圖的土建施工階段，可根據實際情況流水編碼或由工程各方約定；第四級編碼為施工順序碼，代表該構件在第三級編碼表示的施工階段的施工順序，編碼結構如圖2所示，部分構件設備編碼見表4。

圖2 變電站5D-BIM管理平臺編碼結構

表4 部分構件設備編碼

例如編碼中2AAAGA_F001_S15_001表示110 kV變電站一般土建的一號門，在施工計劃第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樁基，在施工計劃第5階段的第一步施工。

2.2 應用情況

以上編碼規則在變電站5D-BIM管理平臺中進行了應用，能夠完成三維模型與施工進度的對應，較好地完成變電站施工模擬仿真的任務，同時實現了各部件與其費用控制相對應。

3 結束語

通過研究電網系統不同專業信息分類和編碼規范，分析了現有編碼規范在變電站BIM管理平臺應用中的不足，構建出一套適用于5D-BIM平臺的編碼體系，較好地完成了可視化三維模型與施工進度模擬以及工程建設費用控制的關系對應，發揮出BIM技術表達直觀、信息集成和數據分析的優勢，相關經驗可供電網工程項目管理參考。