基于BIM的电力设备信息轻量化展示系统设计

韦 波，蒋晓东，弓国军

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518022)

在电力系统不断壮大的同时，电力的安全成为首要任务[1]，由于系统越来越复杂，为清晰明了地展示电力设备信息，国外早已利用可视化方法[2]将数据进行展示，但该方法的弊端较多，我国近年来为提高电网安全，也设计出电力设备展示系统，为简化数据并完善系统，现利用BIM技术对展示系统展开研究。

蔡兴泉[3]等人利用串口通信有效获取电力设备信息，其次结合硬件模块和展示应用模块展示电力设备信息，实现电力设备信息展示。张爱斌[4]等人运用B/S架构进行系统设计，整体系统满足电力设备信息展示的所有要求，其中包含设备数据监测、历史数据分析、报警管理以及设备管理四个模块，以此实现电力设备信息展示。

以上设计的两种系统均没有构建电力设备平台，无法解析不同格式的电力数据，因此无法保证数据的完整和简洁，导致数据中存在大量重复和冗余数据，存在电力设备信息全面性低和电力设备展示系统整体性能差的问题。

为了解决上述系统中存在的问题，设计基于BIM的电力设备信息轻量化展示系统。

1 基于BIM技术的电力设备平台

根据BIM技术[5]可对信息共享的特点，可利用该技术得出电力设备信息平台，该平台可通过BIM轻量化技术解析出不同种类格式的电力数据，进而保证系统设计工具的统一，降低信息展示系统的设计成本。

利用该平台将电力设备数据管理分成模型管理以及设备管理两部分，用户根据该模型得出电力设备系统设计图纸，并完善设备信息参数以及实现系统的可视化安装。

该平台的主要功能就是将电力设备信息进行轻量化展示以及解析数据，用户根据平台信息辅助展示系统的设计[6]。

模型的标准规范化就是将用户提供的相关信息规范成统一的文件，并对相关数据进行下载和保存。

在BIM电力设备平台还带有信息搜索、统计以及通知消息的功能，利用这三种功能进行电力设备信息轻量化展示系统设计，并根据平台对系统进行定位和构架。

模型的另一作用就是解析不同格式文件，并得出轻量化电力设备信息，进而得出简化的电力设备信息，在模型的帮助下不仅确保电力设备数据的完整和精度，同时实现数据的压缩，模型轻量化架构图如图1所示。

图1 信息轻量化处理架构图

基于BIM技术下的信息展示系统不仅可以避免因设计工具限制导致的信息共享能力差以及硬件设施要求低的弊端，同时保证数据的实时性和完整性，并且降低数据量。

2 电力设备信息展示系统设计

2.1 电力设备信息展示系统设计原则

电力工业是社会发展的基本保障，在电业能力增强的同时，电力设备相关数据也日益庞大，为保证企业整体需求，可利用电力设备信息展示系统查询相关信息。

为提高系统整体的实用性，通过对电力设备相关信息的分析，并将数据进行整合后得出展示系统的设计图(见图2)。

图2 系统的整体设计图

展示系统主要组成部分分别是展示层、业务层以及数据层，系统的三个模块相辅相成，数据层主要任务是采集电力设备数据并统一存储数据，业务层主要对数据进行分析，保证数据适用于展示层。

2.1.1 数据模块设计

在计算机技术广泛应用的年代，计算机系统逐渐变得复杂，数据量变得十分庞大，因此电力设备信息展示系统在设计过程中需要遵循规范性、完整性、优化性以及安全性原则。由于系统内数据种类多，数据量巨大，在此原则下的数据可有效分类[7]，同时为海量数据提供优质的存储空间，为数据的维护和管理提供便利。

数据层的优化设计是该模块的关键步骤，优化设计的架构图如图3所示。

图3 数据模块优化架构图

索引优化主要是在数据库的帮助下加强数据检索性能，sql优化就是通过排除sql语句以此有效避免无用数据的储存，联合查询优化就是将两者综合完成数据模块的索引，以此提高数据存储性能同时降低冗余数据量，进而保证所有数据的效用。

2.1.2 业务模块设计

业务模块是整个电力设备信息展示系统的核心模块，它是实现展示业务的主要模块，但由于系统业务会随时发生变化，为避免系统业务量急剧增加导致系统崩溃，该模块必须保证有较强的扩展性以及维护性。

业务模块必须带有封装性、维护性以及扩展性，这三种性能的详细说明如下。

(1)封装性：将业务分类成不同需求下的各类业务，并对其进行封装处理，将其提供给外来访客接口，进而确保数据的安全性。

(2)维护性：针对每个已经封装的业务，为降低模块之间的耦合度，可修正业务模块中的业务逻辑方便模块的维护。

(3)扩展性：将接口进行扩展，方便新的业务可添加到系统中。

为保证电力设备信息展示系统带有以上三种性能，业务模块需运用EJB技术进行设计，该技术是根据分布式处理性能将展示系统进行组件。

2.1.3 展示层设计

系统展示层即为此系统的主要目的，将电力设备信息展示给用户，用户通过该模块迅速得到用户所需数据，随着计算机的广泛应用，信息展示系统的重要性日益显著，为使得用户可依照自身需求选择数据展示方式，需在设计过程中保证此模块的多样性、交互性以及人性化设计。

2.2 电力设备信息展示系统

根据以上要求得出整体电力设备信息展示系统架构图(见图4)。

图4 电力设备信息展示系统整体架构图

如图4所示，电力设备信息展示系统主要有五种信息展示模块构建而成，下列为五种模块的详细介绍。

2.2.1 电力设备信息展示模块

电力设备信息是电力的重要组成信息，此模块主要作用是将设备内数据在可视化的基础上进行展示，此模块主要包含一次接线图信息展示、街景信息展示以及气象信息展示，其结构图如图5所示。

图5 电力设备信息展示模块

一次接线图信息展示模块是为了方便获取电力用户信息，该模块中的具体组成部分如图6所示。

图6 一次接线图信息展示模块

街景信息与气象信息展示模块均是为了加强数据展示质量。

2.2.2 电力设备状态信息展示模块

此模块的主要作用就是实时展现电力设备状态信息的分析结果，在此模块中用户根据自身需要得出电力状态分析结果，从而生成相应的数据展示图，该模块的架构图如图7所示。

图7 电力设备状态信息展示模块架构图

2.2.3 电力设备试验信息展示模块

电力设备试验信息展示模块是实现电力设备试验信息查询、分析以及展示的主要模块，其架构图如图8所示。

图8 电力设备试验信息展示模块架构图

2.2.4 电力设备缺陷信息展示模块

电力设备缺陷信息展示模块主要是对电力设备缺陷信息进行查询等工作的展示模块，在此模块中用户可按照要求得出电力状态缺陷以及电力设备相关信息，此模块的架构图如图9所示。

图9 电力设备缺陷信息展示模块架构图

2.2.5 电力设备属性展示模块

电力设备属性展示模块主要是提取出电力设备属性信息[8]，并将其进行展示，用户获取相关数据后将其进行封装，从而构成可视化形式的界面进行展示，此模块的架构图如图10所示。

图10 电力设备属性展示模块

以上即为电力设备信息展示系统，在此系统中即可得出电力设备的相关信息，加强用户与计算机之间的交互性能。

3 实验结果与分析

为了验证基于BIM的电力设备信息轻量化展示系统的整体有效性，现对所设计系统、文献[4]系统和文献[5]系统进行系统整体性能测试，测试结果如图11～图13所示。

图11 三种系统的数据量

图12 三种系统的系统使用内存

图13 三种系统的数据传输速率

系统性能的检测主要从信息量储存、内存占用和数据传输帧数三个方面进行对比，得出最优电力设备信息展示系统。

系统内数据库的空间往往有限，能在固定的空间中容纳更多的数据可大大提高用户体验度。假设三种系统的数据储存空间相同，利用三种系统对数据进行储存，并对比内存占用和数据传输帧数，得出空间内数据量最多、内存占据空间最小以及传输帧数最多的方法即为最优方法。

根据实验结果可得出空间内数据量最多、内存占据空间最小以及传输帧数最多的方法是所设计系统，从而验证所设计系统为最优电力设备信息展示系统。

4 结 语

电力安全是电力系统最重要的部分，电力设备的信息能实时反映电力系统的运行情况，为清楚明了地展示电力设备整体信息，设计基于BIM的电力设备信息轻量化展示系统，该系统首先基于BIM技术构建电力设备平台，得出轻量化电力设备数据，其次建立电力设备展示系统，实现电力设备信息展示，解决了电力设备信息全面性低和电力设备展示系统整体性能差的问题，保证电网的安全。