变电站项目管理BIM 模型识别系统研究

赵宏波

0 引言

变电站项目的发展在很大程度上影响着人们的生活水平、城市现代化水平和国家银行的投资回报。优化项目管理旨在降低成本和提高质量。由于构建过程是动态的和受损害的交互活动，因此应处理和监控不同阶段的大量中间变化信息。在项目调度过程中，信息传递和整合存在障碍。BIM 是一个全面的信息通信技术（ICT）和协作框架，它使传统上变电站项目的不同活动中工作的各种项目参与者获得知识。BIM 已在发达国家的多个涉及变电站的大型项目中得到应用。同样，在中国使用BIM 进行的项目在变电站方面也将具有重要意义。

刘葵（2003）对 BIM 技术在我国的运用进行了调查，结果显示，自2002 以来，BIM 技术在我国的施工企业中得到了广泛的认可。BIM 技术在工程施工中的发展和运用，与国际上其他国家相似，尤其是BIM 技术。2004 年，清华大学建筑系在第12 次全国工程土木工程会议中，对BIM 技术的内涵进行了较为全面、系统的阐述和剖析，从而引起了整个施工企业对其在施工领域中的运用的反思。BIM 技术在我国香港、台湾率先在工程实践中得到推广。自2006 起，香港住宅管理局便将BIM 技术运用于工程建设，并制定相关标准、用户指南、资料室等相关的BIM 技术规范与参考。BIM 技术在台湾的业界、政府及科研机构中已引起高度重视，政府更是明文规定，无论是在规划、建设等方面，都必须使用BIM 技术。相对而言，BIM 技术在国内的应用已从概念化过渡到实际运用的关键阶段，随着BIM 技术在国内的广泛运用，许多施工企业开始重视BIM 技术，并在实际中进行了大量的实践，尤其是BIM 技术已在许多大型、繁复的工程中获得了广泛的运用。2011 年5 月，住房和城乡建设部颁布了《2011-2015 年建筑业信息化发展纲要》，其中明确指出：在建设工程中进行BIM 技术的研发和运用，促进BIM技术的推广，减少信息传输的损耗。《纲要》出台后，BIM 技术在国内得到了广泛的推广。本文主要探讨BIM 技术在大型、复杂的工程建设中的运用，以及如何进行可视化的管理。

1 BIM 的特点

（1）资料的完整。工程项目的详细说明，不仅包含三维空间的几何资料和结构的拓扑结构，还包含工程资料的全貌（物体名称、结构类型、建筑材料、工程性能等）；施工过程，成本，质量，进度，人员，材料资源，机械等施工资料；工程安全性能，材料耐久性能等维修资料；物体的工程学上的联系等。

（2）资讯相关。在资讯模式中，物件不但可以辨识，也可以互相联系。该软件能够收集和处理各种数据，并产生相应的文件和图表。为了保证模式的完整，模型中的任何一个物体都会被更改。

（3）资料的连贯性。在整个项目的整个过程中，尽管存在着各个阶段，但是在建模过程中所得到的信息都是相同的，而且没有重复的输入。另外，该模型能够实现动态进化，在各个阶段无需再建立和更新，可以实现对模型目标的任意更改和扩充，从而可以有效地防止因修改后的信息不一致而导致的误差。

（4）对参量进行描述。在 BIM 技术中，参数性建模是其最大的优点，三维模型可以完整地展现出实际项目中的设备。该模式具有较强的参数性，既方便了前期的方案对比，方便了项目的设计变更，方便了对模型的及时更新，又使项目在某种意义上得到了最优解。

（5）视觉效果。在工程项目中，设备参数化建模为实现工程可视化奠定了基础。有别于常规的建筑施工方式，在平面的建筑设计中，以直线的方式呈现出一种三维实体形态，向项目参与者们演示。BIM 可视化是一种使设备 B 之间具有较强的互联能力的一种担忧，它可以显示出工程的期望结果，也可以产生不同的工程报告。更有实际意义的是，在项目规划、设计、施工和运营过程中，各个环节的沟通、讨论和决策都能在可视性的条件下完成。

（6）协调。在施工中，最关键的问题是协调。在工程设计中，不同专业技术人员缺乏有效的交流，导致了不同行业在建设过程中产生的矛盾，比如建筑结构、建筑物的定位等；钢制桥与钢结构，阀门冷却管道，暖气管道等发生碰撞。利用 BIM 技术构建的三元数据，能够将工程建设初期各个学科的建模整合起来，对各个学科进行检验，产生冲突检验和协同分析，从而为工程建设的实际应用奠定基础。

2 概述现有KKS 识别系统的优缺点

目前，KKS 代码是全球电力行业项目中应用最广泛、最成熟的识别系统。自20 世纪90 年代在电力工程项目建设中引入识别系统以来，中国通过实践和比较，逐步确定了基于KKS 码编码的框架结构。2010 年，国家标准《电厂工程识别系统规范》（GB/T 50549）发布。2014 年颁布国家标准《电力系统工程识别系统规范》（GB/T 51061）。

2.1 KKS 识别系统的优点

KKS 规范内容完备、扩充方便、使用灵活、结构严谨、标识独特，融合了电力工程主要流程的技术规则，在电力工程建设的实际应用中被广泛接受。

2.2 KKS 识别系统在BIM 项目管理中应用的缺陷

在将BIM 技术应用于项目管理时，GB/T 51061 国家标准KKS 代码体系显示出以下缺陷：

（1）KKS 编码对于非进程系统的构建具有较浅的编码深度，仅表达到房间的位置。建筑的结构构件不够精细化，而建筑的管理又是工程建设的重要组成部分，无法满足施工管理的要求。（2）组成表达式为三行：工艺相关标识、安装点标识、位置标识。三种标识表示形式部分重叠，三行格式也使得属性输入的三维模型实现更加繁琐，管理软件认识到读取逻辑难以创建。（3）某些进程相关标识符的分层分布模式不适合计算机软件读取。（4）在对建筑等特定场景进行编码时，需要增加原有KKS 中固有的与流程相关的识别代码的数量。（5）KKS 代码中的位置识别主要用于设备的位置识别。在使用三维模型的背景下，其原有的主要用途被削弱。（6）存在一种中间省略代码，不满足软件读取格式固化的要求。（7）识别码的复杂性使得参与者需要花费大量的时间和精力来编写和学习使用。

2.3 BIM 项目管理识别体系应满足的条件

基于以上分析，提出BIM 背景项目管理应用识别系统应满足的条件：（1）满足项目主要技术规范要求；（2）符合项目施工管理规定；（3）适应计算机应用程序读写逻辑的要求；（4）满足计算机读写格式要求它有一种利用计算机计算能力的方法。KKS 编码满足条件（1）和（2），且具有推广的优点。因此，基于KKS 代码进行适配，形成满足（3）（4）条件的变电站BIM 模型识别系统。

3 基于KKS 代码的变电站BIM 模型识别系统的创建

对KKS 规范的具体适应主要体现在规范格式、精简内容、提高识别水平、扩大民事部分的编码内容等方面。

3.1 规范编码格式

从需求确定的平台软件，建筑规范的结构和电气系统代码保持一致，使用o 级代码（1位，G）+1级代码（6位，FOFIF2F3FNIFN2）+2级代码（6位，AlA2ANIAN2AN3A3）+3级（4位，BIB2BNIBN2）+延续代码（没有限制，CIC2C3……）结构。当不包括延续代码时，具体为：RNAAANNAANNΝΑΑΑΝΝ，其中，R 代表字母或阿拉伯数字，N 表示阿拉伯数字——代表字母为了适应软件读取数据的特点，并减少编码输入的工作量，这是规定，中间段的编码不允许被省略，但剩下的编码后最后重要的编码可以省略。代码中除了英文字母和阿拉伯数字（包括空格）外，不允许使用其他符号，其中英文字母I 和O 是禁止使用的字母。延续码的格式为1 个英文字母+1 个阿拉伯数字的循环，可根据项目实际情况定义所需位数。无延续码的格式基本遵循国家标准KKS 码流程安装识别格式，便于两种编码格式的互操作性。

3.2 简化的识别类型

为了方便软件平台阅读，减少建模输入工作量，满足BIM施工管理，将KKS 代码的三行编码格式改为一行编码。位置标识符主要用于标识设备的位置。在使用3D 模型进行项目管理的模式中，对人的位置的识别已经偏离了编码。因此，在数字三维模型识别系统，识别位置线是取消，同时，建筑结构的定义是深化参考位置的识别代码，和相同的编码代码格式用于建筑结构形式识别编码系统。安装点标识码主要应用于二次系统面板内部设备。在工程施工管理中，屏风柜被视为整体安装。在BIM 模型识别系统中，取消安装点识别代码，相关面板一般采用过程识别进行识别。

3.3 提高认知水平

在划分鉴定等级时，应首先保证主要专业人员的鉴定。变电站中最重要的内容是各电压等级的配电设备。在国家标准KKS 系统中，常规变电站除变压器以阿拉伯字母区分外，其余均以值“Y”分类为公共系统。需要到4 位代码（系统代码F2）来区分组件所属的管理单位，严重降低了平台软件的识别和计算效率。基于上述问题，在新的识别系统，G 的o 级代码的第一个重新定义整个代码，可以确定配电装置的电压水平和适应计算机软件识别的逻辑特征。变电站工程o 级编码G 的编码值为：阿拉伯数字代表主变机组号；A-N 为各电压等级的配电装置；来自P 及以后的字母是剩下的专业代码。

3.4 建筑识别系统代码

扩展原有的国家标准KKS 规范体系对建筑规范的深度较浅，只针对房间层面，不能满足施工管理的要求。数字三维模型识别系统采用相同的代码作为工艺识别代码格式，结合施工工艺的特点，创造出一种新的建筑编码系统。

针对建筑结构特征与流程系统的差异，在设计建筑识别系统时，采用基于网格的编码系统，将主要构件附着在网格上。下一级组件附加到高级组件的编码系统结构。主要要点如下：（1）各级代码定义的深度O 级代码（单位代码）：定义为专业一级代码（系统代码）：定义特定建筑的特定楼层/高度二级代码（设备代码）：定义为主要结构单元如梁、板、柱、墙、桩基础等。三级码（部分码）：定义为二级、门、窗等二级单元。（2）一级码的编码原则：一级代码是指国家标准体系的相关位置代码。（3）重要构件二级码编码方法：根据网格定位原理，采用坐标点编码的方法定义柱、桩基础。墙体、主梁等附加在柱上，该规范定义了构件的类型和相对于附加柱的方向。地板、屋顶等与地板相连，并按顺序编号。（4）三级码的编码原理：次梁、门、窗等附在主梁、墙等上，规范规定了部件的类型以及相应部件的方位和顺序。

3.5 突出电气系统的标识

在电气系统识别方面，国家标准KKS 识别系统是比较完整的。在数字化三维模型识别系统的基础上，结合BIM 项目管理的特点，对电气系统编码进行了如下修改：（1）各级代码定义的深度0 电平码（单位码）：定义配电单元对应的电压电平。一级码（系统码）：定义一个特定的间隔单位、阶段和单位。二级代码（设备代码）：定义为特定的单个设备安装单元，包括单个设备和设备内部的单个安装单元。三级代码（部分代码）：根据管理精度要求，可对设备安装部件局部深化定义。（2）加强和明确F3 码在系统代码中的识别功能将对原始F3 码的识别定义为一个识别系统。现在它被明确地定义为一个系统和一套完整的单元。新的F3 编码定义包括AIS 间隔、GIS、HGIS、开关柜、电容器、电堆等，考虑了间隔的类型，在施工管理中也将成套设备作为一个整体单元考虑在内。（3）取消特殊意义上的电站电力系统的定义，结合BIM 管理的特点，根据实际站内电力系统的电气位置进行主接线。1kV 以上的电站高压部分列入配电装置，1kV 以下的电站用电部分列入零级代码“N”类。（4）增强主接线的可识别性电气一次布线是电气专业人员识别安装内容的重要依据。在三维模型识别系统中，将加固构件与电气一次接线的可识别性进行对比，以适应BIM 管理的特点。主要措施是：根据一次接线的等级，定义每一级编码的深度，将主一次接线所包含的连接导线纳入统一编码体系。

4 变电站BIM 模型识别系统的实际应用

4.1 实际应用

将格式统一、信息完整、层次清晰、软件识别规则明确的三维模型识别系统代码应用于变电站BIM 模型中所有待管理组件，并在BIM 施工管理平台中实现。首先，编制了《工程约定与编码索引》，主体是编码字典，提出并说明了具体项目标识系统的编码原理，便于用户使用。然后，根据工程标识编码工作的直接指导文件《工程标识编码清单》中的《工程约定与编码索引》，列出了各个构件的具体编码。代码作为3D 模型中的属性输入与管理组件相关联。最后，模型完成后，平台操作员在管理平台上，根据“工程代码识别清单”，将代码编译成一个可以直接被人员识别的名称。这样，操作人员无需在平台上查阅“工程约定编码索引”和“工程识别编码列表”，即可按名称选择和管理零部件或部件组。

4.2 实际应用效益

通过对变电站项目管理实践的总结，基于BIM 技术的变电站项目管理三维模型识别系统的好处是显著的，主要体现在以下几个方面：（1）提高人机界面的友好性，提高工作效率从计算机二维显示操作三维模型存在空间组件重叠的问题。因此，从三维模型中直接选择构件特别是构件组是相当困难的，这一直困扰着三维技术的应用。在BIM 项目管理平台中，采用系统识别代码，可实现文本索引，避免了直接从3D 模型中选择的操作，大大优化了3D 模型的选择模式，提高了工作效率。（2）深化BIM 项目的可管理精度，BIM 项目管理平台采用系统识别码。只要组件是根据规则编码的，它们就可以包含在管理范围内，而不受项目整体模型大小和复杂性的限制。在变电站工程中，对钢筋绑扎和墙体施工工序顺序（砌筑、装饰等）的分段管理进行了部分尝试，实践证明这种管理深度是可以达到的。（3）释放人力资源在传统的识别系统应用中，所有参与项目的人员必须熟悉其专业部分的识别系统代码，而识别系统代码本身是一个庞大而复杂的系统。在调动员工积极性的同时，也提高了人们参与项目的门槛，给人力资源带来很大的压力。BIM 项目管理平台编译系统识别代码后，大部分项目人员不再能够接触到识别系统，减少了工作量和培训时间，降低了人员参与项目的门槛，减轻了人员的压力资源。

5 结论

随着BIM 技术在电力工程项目建设领域应用的不断深入，建立统一的编码体系，促进电力行业的信息交流至关重要。在江苏省无锡市变电站项目全过程工程咨询管理中，基于KKS 识别系统，开发了基于BIM 技术的变电站项目管理三维模型识别系统。该识别系统格式符合国家标准KKS 代码，继承和保留了其优势，更适合计算机和数字三维技术的特点。

由于作者水平、时间和科研环境等因素的制约，本文在对BIM 技术进行归纳和探索的基础上，仅从以下几方面对 BIM 技术进行了深入的探索：（1）对 BIM 技术进行了深入的拓展，建立了完备的 BIM 模型库，对项目进行了有效的管理，提高了系统的运行效能；（2）利用 RFID 技术，建立相应的数据界面，以完成变电所 BIM 的建模和传输；（3）制定 BIM 技术在变电所施工各阶段的适用技术和技术标准，为今后进一步推广 BIM技术提供借鉴；（4）BIM 技术在变电所施工中的运用是一套完整的技术系统，它的技术过程简单，对 BIM 技术的推广和应用更为有益。

电力市场的激烈程度将伴随着电力系统的市场化进程而进一步激烈。相信 BIM 技术必将在未来的几年内被广泛地运用于变电所，BIM 技术将对传统变电所的改造和电力系统的发展发挥重要的作用。