GQI 软件在电力工程项目中的灵活应用

张文平，张科阳，张倩倩

（1.国泰建设集团有限公司，北京 100116；2.天津农学院，天津 300384；3.北京华茂新时代建筑工程有限公司，北京 100116）

0 引言

随着信息化技术的不断发展，三维技术手段已在建筑、交通、医疗等多个领域广泛应用，电力领域内也在稳步推动三维技术在各个阶段的应用，三维技术已成为一个行业发展趋势［1］。国家电网公司先后发布了〔2018〕585 号《关于全面应用输变电工程三维设计及建设工程数据中心的意见》、〔2019〕63 号《输变电工程三维设计模型交互规范》等多项文件［2］，以支撑三维数字化技术在变电设计阶段的设计开展及数字化移交［3］。很多电力企业在项目实施过程中，对BIM（Building Information Modeling）技术的需求也越来越强烈。工程量的计算是工程计价的基础，同时是造价工作中工作量最大的环节。GQI（Glodon Quantity Installation）算量软件是广联达公司基于BIM 三维模式算量开发、适用于各类民用建筑的一款安装计算软件，通过智能化识别、三维可视化、专业化计算规则，全面解决安装算量计算效率低、难度大的问题［4］。软件融合算量与建模于一体，一方面可高效、准确计算工程量，另一方面同时3D建模，进行碰撞检查等BIM 级应用，结合同系列BIM 工序动画制作软件、BIM施工组织模拟软件，实现工序动画化和施工组织模拟，为电力项目5D（5-Dimension，即3D ＋进度＋成本）等可视化管理提供技术支持。本文通过GQI对具体电力工程项目进行三维计算工程量，展现GQI在电力工程项目中的灵活应用，以供同仁参考。但GQI等现有三维算量建模软件存在功能不系统全面、适用性较差的问题，在GQI 应用的基础上，经科学合理推演，提出一种适用于电力工程项目管理的新型电力工程项目管理软件或平台的研发，对提高电力工程项目的管理工作效率和水平有重要意义。

1 三维算量软件GQI简介

经过十多年的发展，国内出现许多三维算量软件品牌，如表1所示，对比分析（排名不分先后）选用三维算量软件。

表1 国内常见三维算量品牌对比表

不同三维算量软件各具特色，根据项目和企业不同要求，可选用最适合的三维算量软件。本文电力工程项目案例位于北方，而且很多北方企业采用的是广联达公司计量计价系列软件，GQI项目管理配套软件较为丰富，为方便模型、数据共享和技术交流，选用广联达BIM 安装计量GQI 软件进行研究。广联达公司另有一款电力算量软件GSM，由于模型价值不高、更新迭代速度慢等原因，不能满足企业融合电力项目计量与BIM进行项目管理需求，故而弃用。

GQI2021版本支持全专业BIM三维模式算量，智能识别构件、设备，准确度高，调整灵活，BIM 三维建模，图纸信息360°无死角排查，实时计算，多维度统计结果，及时准确［5］。重要的一点是还可以进行土建专业建模，也可导入同系列BIM土建计量平台GTJ 土建3D 模型，还可导入天正、MagiCAD、Revit等BIM模型，整个模型又可导出所需格式应用到BIM 工序动画制作软件、BIM施工组织模拟软件中，提升模型的使用价值。

2 案例项目简介

（1）项目概况

本案例为北方某城市美丽乡村建设项目，建筑面积203 000 m2，4层新农居396套。

（2）供电方案

从镇变电所通过1 598 m现状电缆隧道和新建620 m电缆隧道引来两根ZC-YJY-8.7／15kV-3 ×300 mm22电缆作为10 kV高压电源至小区内新建开闭站，为小区内新建的6 所10 kV变配电站提供电源［6］。

3 GQI灵活应用于案例项目

广联达算量系列包含有电力算量软件GSM，项目工程量计量建模初始采用此软件，计量灵活性及三维模型不理想。后试用同系列市政BIM算量软件GMA，只是在隧道建模方便了一些。同系列安装三维算量GQI，虽然不是专门针对电力工程项目设计的，但得益于全专业建模性质，灵活应用于电力工程是可行的。

市政BIM 算量软件GMA隧道及电力井建模与计量平视图如图1 所示。暗挖隧道、明开隧道局部三维模型如图2所示。

图1 隧道及电力井建模平视图

图2 暗挖隧道、明开隧道局部三维模型

对电力井、排管及通风亭进行计量与三维建模，如图3所示。

图3 电力井、排管局及通风亭部三维模型

对于电力隧道，GMA 建立的三维模型，虽然也能导入到同系列BIM5D软件中应用，但是不能导入至GQI 中，BIM 模型发挥的价值有限。

使用者能够灵活运用GTJ土建三维算量软件进行计量与建模，精确计算钢筋的工程量，同时能查看钢筋三维模型。重要的是，GTJ建立的模型可导入到GQI中，然后运用于同系列软件BIM工序动画制作软件、BIM施工组织模拟软件，可视化管理体系更为完整、精细。GTJ土建三维算量软件对以电力四通井的计量与精细建模。如图4所示，能够多角度查看隐蔽的钢筋布置的三维模型，可以对钢筋布置进行可视化修正、优化和交底。

图4 电力四通井GTJ土建三模型

图5所示是对GTJ土建三维算量软件建立的通风亭三维模型工程量查看，为电力项目5D可视化管理打下一定基础。

图5 GTJ土建三维模型查看工程量

电力隧道及电力井毕竟不是本案例的主要部分，对布置的精细度相对变电站房的变压器、电力柜、母线等设备与管线来讲相对不是很高。这是把广联达三维安装算量软件GQI灵活运用电力工程的主要原因。

GQI安装三维算量软件在案例电力工程中的灵活应用。开闭所及6座10 kV变配电站中的建筑安装工程与一般民用建筑区别不大，利用GQI 进行三维算量没有问题。开闭站及1＃变电站如图6所示。

图6 GQI开闭站及1＃变电站局部3D模型

变配电站类及新农居土建工程可以在GQI 中进行粗略建模，如果需精细模型，可在GTJ中建模计量后导入到GQI 中。需要注意的是，GQI中的土建模型不能统计工程量，不论是在GQI 中建立的模型，还是导入的GTJ土建模型。

在GQI中进行土建建模的目的是更形象直观地展现电力设备与建筑物的相对位置，以直观检查安全空间是否足够，是否存在布置位置冲突问题。如同AutoCAD一样，GQI不同的构件（配电柜、箱，设备等的三维模型的统称）布置在不同的图层，这样可以很方便地显示需要展现的模型，关闭不需要现示的模形。

GQI安装三维算量软件应用于案例电力工程项目，比较突出的困难是室外电缆的计量。解决此问题方案有两个：一是沿隧道、排管、电力井一条电缆一条电缆逐个手工布置；二是先沿电缆路径布置合适规格的桥架，再根据GQI桥架配线方法布置电缆。对于方法一，效率低，布置杂乱。对于方案二，因为桥架是连通的，能够自动连接始末端，在桥架中自动排列，整齐而美观，计量准确，工作效率高。这是把GQI灵活运用于电力工程的关键技术之一，如图7所示。

图7 GQI运用桥架计量建模隧道内电缆

布置桥架时，严格按照计算规则和设计进行布置。如电力电缆在电力井中的敷设要求不是直线通过，而是要绕井壁敷设，以保证工程量的准确性。

如果不希望在工程量报表中不体现此类起辅助性质的桥架，可在布置的桥架构件属性的“计算”项目中的子项“是否计算”，设置值为“否”。如果不希望出现桥架模型，其方法是在布置完成电缆后，可以在GQI中选中桥架中的电缆（可以批量选择），转换成脱离桥架的线缆，然后可以删除桥架构件模型。

GQI灵活运用电力工程的关键技术之二，可以利用导入的GTJ土建模型，提前规避土建与安装管线的碰撞及时进行管线的避让。

GQI灵活运用电力工程的关键技术之三，可以导入天正、MagiCAD、Revit安装专业的BIM 模型进行计量或转换后计量，可减少重复建模。

GQI灵活运用电力工程的关键技术之四，GQI 2021-3 月之后的版本，其“实体模型”功能模块，实现了云端存储模型，模型随用随下；模型参数化编辑，精细化显示；设备与管线之间连接更细腻、真实。

GQI灵活运用电力工程的关键技术之五，模型直接或经转换导入到同系列软件BIM5D、BIM工序动画制作软件、BIM 施工组织模拟软件等数字化管理平台，实现工序动画化和施工组织模拟等可视化、一体化管理。

总而言之，BIM 技术的基础是三维建模技术，即依据项目实际情况构建相关数据库，动态模拟工程项目实体，呈现工程实体的三维模型［7］。三维模型质量将直接影响后续模型应用效率和效果。GQI及其同系列软件功能不止于此，有待人们深入研究加以灵活应用。

4 展望

虽然现在BIM 在电力工程项目中应用不尽人意，但BIM技术的运用，可以建立一个统一的平台，让各方得到统一的管理［8］。展望未来，随着国网公司《输变电工程三维设计模型交互规范》系列标准的发布，电网信息模型（Grid Information Model，GIM）进入工程化阶段，达到了统一模型构建方法、数据组织、编码统一和交互规则的目的［9］。搭乘国家“新基建”的快车，结合蓬勃发展的AI 人工智能、大数据、机器深度学习、混合现实（Mixed Reality，MR）技术，根据电力工程标准化程度高、模块化强、智能化程度高的行业特点，融合设计、建造、运营管理于一体的电力工程行业专用的高标准、高智能、专业性强、云端一体、适用性好的国产电力工程多维度BIM（或者GIM）管理软件或平台，一定会在“十四五”期间面世。届时，电力人将在这个平台上进行电力工程项目全生命周期管理，模拟其应用场景如下。

（1）电力工程项目方案及施工图设计阶段

调查客户用电需求，把信息输入软件或平台，软件AI 首先对信息进行分析，输出要补充的信息表。待信息完整后，根据专家数据库，结合当地电网及供电局规定要求，自动计算生成3～5个方案，经人工优选调整，确定方案后上报审核审批。根据审批后的方案，软件AI 通过专家数据库、厂商产品数据库，智能生成电力项目BIM和施工图，通过模拟功能模块，在人工监视与适时干预下，软件AI 自动演示设备布置、线缆连接、验算验证、参数设定、上电调试、数据与效果展示、故障模拟等。供配电系统模拟达到送电条件后，软件AI 自动生成设计概算，进行报审报批。审批后，进入电力工程项目实施阶段。

（2）电力工程项目实施阶段

利用电力项目BIM 和施工图，结合现场后续实际情况信息，在专家库的支持下，模拟功能模块进行模拟施工，对项目设计图、BIM进一步地深化优化，直至达到竣工验收条件。之后软件AI自动生成实施性施工组织设计和项目造价，人工审核调整后，进行报批或投标。通过后，软件AI根据施工计划，运用模拟功能模块分部分项生成可视化技术交底，同时根据进度进展，实时、动态模拟施工，同步在时标网络图上展现前峰线，同步展现挣值管理实时图表，并对变更部分进行突出标示，软件AI根据变更和厂商资料对项目BIM 模型实时修正和信息补充，直至竣工验收。竣工验收时，软件AI 首先进行验收前模拟调试和试运行，通过验收后，生成项目竣工BIM模型和竣工图纸，同时生成竣工结算造价，实现电力项目实施建造阶段的5D化管理。软件AI还可利用MR技术，将施工作业中的其他信息融入到可视化模型，在现场真实环境中利用可视化模型，可更直观有效地对施工技术和管理人员进行培训，利用多通道人机自然交互技术，可多人实时互动，并参与指导现场的安装与调试［10］。

（3）电力工程项目运维阶段

根据竣工BIM、施工图，结合物联网工程和电力机器人，软件实时统计变压器、断路器、电容器、电力自动化柜、通讯柜、母线等设备材料进行运行参数统计，结合大数据对同类同型号易出现的常见故障进行重点监测，生成系统体检报告和预案，进而对其寿命进行估测，并通过模拟功能模块，实时展示在BIM上，达到限定值时，实时进行预警，确保供电系统安全运行。同时，软件能够对运营成本进行实时统计、预测，并进行报告。例如：现在无人机进行输电线路巡检已经成为一种趋势［11］，可把无人机传输过来的信息，经软件AI 处理后，将环境温湿度及风度、风向等环境量通过3D显示技术融入到视频显示中，达到仿真、立体的效果，给人以身临其境的感受［12］。在BIM 模型与运用和维护管理系统的作用下，可以对电力设备的实际所在位置进行快速定位，从而及时发现电力设备存在的问题，而后经过检索具体资料，将设备的实际情况进行记录，根据整理好的信息，制订更加完善的设备检修计划，不仅能提高运用与维护的水平，也可以更好地规避电力设备的使用风险，确保供电系统的安全性［13］。

（4）电力工程项目改造或结束阶段

根据电力工程项目运维阶段提供的供电系统体检和预测报告，软件AI智能适时生成3～5 个项目改造方案，进入电力改造工程项目生命周期。如果软件AI 评测设备老化程度已超过继续运营标准，不具备改造价值，自动生成了报废报告，经人工审核审批后，进入报废流程，项目生命周期结束。

上述未来电力工程多维度BIM（或者GIM）管理软件或平台应用场景模拟，是在GQI三维算量在电力工程项目中灵活应用的基础上，结合软件工程技术的进展，合理想象而来的。可以预见的是，这种软件或平台，这种应用场景在“十四五”期间一定会实现，而且会更加智能、高效和适用。

5 结束语

通过三维算量软件GQI 在案例电力工程项目中的灵活应用，在计算工程的同时，实现了三维建模，配合同系列其他软件，初步实现了项目自动碰撞检查、可视化交底、5D 模式管理，减少了项目实施中由于图纸深化不到位、交底不清等传统管理模式下的管理成本，提高了项目整体工作效率，提升了企业项目管理水平，增强了企业的核心竞争力，为企业数字化管理奠定一定的基础。

目前，相对于Revit 等专业建模软件，GQI 建立的三维模型相对粗略，也只是能满足电力工程项目数字化管理、可视化最基本的需要，存在专业性不强、三维模型粗糙、应用范围受到限制、一体化管理还需多种软件配合、软件本身功能不完善等诸多缺陷，于项目数字化、可视化、一体化电力工程管理的需求还有较大的差距。为满足电力工程项目的需求，特别是BIM模型精细化的要求，可以将GQI建立的三维模型导出IFC标准格式，导入到Revit等专业建模软件中，进行优化和细化，提高模型的使用价值。

电力工程多维度BIM（或者GIM）管理软件或平台在未来研发成功，将对电力工程项目管理方式变革产生深远的影响。