基于资产编码的工艺设备族库建设研究——以北京轨道交通项目为例

尹燊

（中铁华铁工程设计集团有限公司，北京 100071）

引言

城市轨道交通工程体系庞大，在建设过程中涉及到大量的新建设施与购置设备，这些设施设备将作为轨道交通资产被统一管理。为了实现轨道交通资产的优质高效管理，资产管理信息系统应运而生[1]。管理系统中采用资产编码的形式将实物资产与数字信息相关联，资产编码以其易于被计算机识别处理的特点在系统中起到基础核心作用。

对于工艺设计而言，功能实现、工艺流程、各专业接口等方面无一不是围绕着工艺设备为核心进行的。因此进行工艺BIM（建筑信息模型）正向设计工作时，构建一套适配目标工程项目需求的工艺设备模型族库是必不可少的基础工作内容。以成熟的资产信息编码体系为框架，建立工艺设备BIM 模型族库，将实现从设计、施工到运维的基础信息体系贯通，有助于实现工艺设备全生命周期管理[2,3]。

1 现状分析

1.1 工艺设备族库建设现状分析

随着轨道交通建设项目中BIM 技术的落地应用越来越频繁，BIM 技术在轨道交通工程项目设计方的应用已经从设计图纸翻模、空间设计优化等逐步转向全专业正向设计。对于轨道交通车辆基地设计而言，工艺设计专业在设计过程中承担先导性质的角色，即车辆基地设计中各设计专业的工作内容必然以工艺设计成果为前提。因此在实现协同正向设计的过程中，工艺BIM 正向设计是不可或缺的。

作为工艺设计的核心内容，工艺设备承担着实现设计功能、联通各专业接口的关键作用。在工艺BIM正向设计的过程中，一套完备的工艺设备信息模型体系[4]是优质的工艺设计方案的基础。但由于工艺设备存在的种类繁杂、供应商分散、缺乏统一标准等实际问题，工艺设备模型库的建设仍然是一个需要长期积累优化的过程。

工艺设备品类众多、组成复杂，包含机械加工设备、运输设备、电子设备、试验设备、测量设备、工具器具等[5]。在当前阶段，工艺设备BIM 模型主要来源主要包括设备供应商提供、工程项目设计企业建模、向第三方购买等。其中设备供应商提供的三维模型往往存在模型文件格式不统一、设备细节不便公开的问题；设计企业在进行工艺设备建模时面临着数据资料不完整、建模周期长的情况；第三方购买的设备三维模型无法保证其建模准确性。同时无论以何种方式获取的工艺设备三维模型，在信息数据层面均难以满足BIM正向设计的实际需求。因此，建设工艺设备信息模型族库时必须有一套满足工艺正向设计的标准化信息参数，并通过统一的信息编码标准对族库进行有序的多层级线性分类管理。

1.2 轨道交通资产编码现状分析

1.2.1 资产编码体系分析

轨道交通由于其本身的复杂性，属于集多系统、多专业于一身的庞大系统工程[6]，设备设施资产的投资、建设、交付、运维管理信息量庞大。国内对轨道交通资产进行编码管理的方式最早可追溯至20 世纪90 年代，资产管理信息系统也已有十余年的发展历程。虽然各地轨道交通资产编码规范不尽相同，但基本遵循按线路、分类、位置等进行代码划分的原则[7]。

以北京地区轨道交通为例，由北京市基础设施投资有限公司2020 年颁布的《北京轨道交通资产管理信息系统编码规范》。规范按照北京市地方标准《城市轨道交通设施设备分类与代码》（DB11/T 717-2010）中的规则对轨道交通资产进行了编码规定。

设施设备号码结构由2 位初始线路编码、8 位分类代码、4 位顺序号及两位分隔符构成，共16 位，编码规则如图1 所示。

图1 北京轨道交通资产编码规则

其中设施设备分类代码由规范中的“数据字典”确定，8 位代码中按划分的“大类”、“小类”、“大组”、“小组”四个层级各2 位代码组成，分类代码数据字典如图2 所示。

图2 北京轨道交通资产编码数据字典示例

1.2.2 现有资产编码工作方式

在北京轨道交通资产管理信息系统实施应用与《北京轨道交通资产管理信息系统编码规范》颁布后，北京地区轨道交通新建项目设施设备资产全部根据规范要求录入系统平台，通过系统生成的二维码打印粘贴将数字资产信息与实物资产进行关联进入后期运维阶段。

资产录入工作一般在项目竣工验收阶段进行，在项目建设主管单位的统一主导下，由设计方、施工方梳理设施设备资料，根据规范中的“数据字典”对资产进行初步人工编码，编码范围为初始线路代码与设备设施分类代码。设计方将统计结果以电子表格的形式提交项目建设方审核，完成审核后将资产信息手动录入资产管理信息平台、自动生成顺序号后提交线上审批，资产管理信息平台界面如图3 所示。

图3 北京轨道交通资产管理信息平台界面

可见在资产管理过程中，设计方、施工方的介入时间严重滞后，在工程前期的设计阶段、施工阶段对于设施设备的管理并未纳入到资产管理体系之中。而在BIM 正向设计环境下，采用即有的资产编码体系对设计模型数字资产进行编码管理是完全可行的。尤其针对工艺设备族库，资产编码体系的应用将实现从工艺设计到工艺设备生产、运输、安装直至交付使用的全过程数字化管理，有助于提升工艺方案设计的可复制性，并且能够有效提升工艺设备施工的管理效率。

2 工艺设备BIM 族库的建设

2.1 工艺设备族的特点

在工业类工程建设项目中，工艺设备数量多、种类繁杂，既包括起重机械、运输载具等大型设备，又包括工具包、照明灯等小型设备。在工艺设计BIM 模型搭建时，为了保证建模效率及模型的易读性，应秉承“抓大放小”的原则，着重工艺设备族的外形空间尺寸、运动轨迹范围等的表达，以解决工艺设备与建筑主体结构、机电设备、管线等的干涉问题，同时适当忽略设备内对模型整体无明显影响的细节特征，将设计模型精度控制在LOD200 即可满足设计需求，同时满足设备供应方的知识产权保护需求。

在工艺设备族建模时，需充分考虑到众多与其他设计专业的接口，例如轮对转盘、不落轮车轮车床等的设备基础需与建筑、结构设计专业协同配合，全自动洗车机等设备需与给排水、电气设计专业协同配合。为满足工艺设计专业模块化、自动化的正向设计，工艺设备族建模时需附加工艺设备附属的结构、供电、供水、动力等接口信息（如图4 所示），通过软件统计功能形成向各设计专业传递的设计资料并在图纸中进行表达。

图4 工艺设备族接口参数信息

2.2 工艺设备族的模型信息要素

为了方便在设计项目BIM 模型中对工艺设备信息进行统计，一般通过采用共享参数的方式将工艺设备族的耗电功率、电压、动力接口需求等信息向项目模型传递；对于零部件组成相对复杂的工艺设备，应对各部件分别建模后进行嵌套组合；各部件属性应分别定义为族参数层层传递以便在项目中调整使用。

除了在设计阶段各专业间协同所需的设备信息内容外，伴随着工艺设备招标、购置、安装施工直至交付使用的过程，项目模型内应逐步添加工艺设备的型号规格、单价、生产厂家、安装位置、合同、交付日期等信息。而为了实现从设计、施工到运营的全过程工艺设备管理[8]，工艺设备的信息编码应作为这些信息添加的前提，故而设计方需在设计开始前或初期根据项目建设及运营方的资产管理体系对工艺设备族库进行数据匹配，即将工艺设备族文件存储路径按编码体系分层存储，以便在项目模型搭建的过程中随时将载入的工艺设备族文件的存储路径映射为编码写入族参数中。

2.3 工艺设备族的编码生成

由于对资产信息编码没有全国统一规范进行规定，各地编码体系存在一定差异[9]，设计企业无法采用唯一工艺设备族库匹配全部设计项目。因此在建立企业级工艺设备族库时需根据企业承接的项目特点先行建立一套基础库，再根据实际项目内容将基础库整理转化为地区级或项目级工艺设备族库。基于同样的原因，工艺设备信息编码的录入应在搭建项目BIM 模型时随着族文件的插入而生成。

工艺设备族的编码宜采用共享族参数的形式写入族文件，以便于统计与信息传递。编码生成宜采用Dynamo 可视化编程的方式进行，通过程序自动化添加编码参数可以极大地提升录入效率，避免人工录入时易出现的错漏。

首先选择需插入的族文件，获取文件存储路径，然后载入族文件时获取选择的族，并把文件路径信息经过转化形成编码写入族参数中。Dynamo 节点程序如图5~图6 所示。

图5 自动生成编码dynamo 程序节点

图6 写入编码dynamo 程序节点

3 工艺设备族库的应用

3.1 工艺设备族库应用路线

以北京轨道交通为例，依据发布的《北京轨道交通资产管理信息系统编码规范》，提取车辆段工艺设计专业相关的设备字段（主要包括车辆、通用设备、测量设备三大类）分别建立文件存储路径。再在大类目录下逐级建立小类、大组、小组的存放路径。建模人员根据设备供应方提供的设备图纸，文档等基础资料，采用Revit 软件建模或其他诸如SolidWorks、CATIA 等机械三维设计软件建模后通过Inventor 软件发布为Revit 族文件的方式，根据设计需求完成模型搭建后提交审核。在必要时，族文件应附带说明文档用以说明其功能、特性、参数等信息供使用者进行参考。

族文件审核分为模型审核与专业审核两部分内容。模型审核主要控制工艺设备族的外形尺寸、运动范围、图例等视觉层面因素及其参数驱动性能、插入点等功能性因素；专业审核主要控制工艺设备族的各专业接口信息是否完整准确、参数传递格式是否规范等内容。

经审核通过的族文件由族库管理人员进行入库管理，入库时匹配信息编码规则确定族文件存储路径并根据数据字典的更新持续维护族库。族库管理员同时负责编写族文件索引文档并按设计企业内部统一规范对族文件添加版权声明等参数内容。

在完成了族库体系的基础工作后，工艺设计人员仅需在进行项目设计时依据索引文件，查找项目中需添加的工艺设备族，在载入项目中后运行dynamo 程序添加编码信息，即可完成正向设计的初步工作。随后通过搭建完成的项目模型自动统计工艺设备模型信息，生成工艺设备表（如图7 所示）等各专业所需设计资料、平面图纸（如图8 所示）等文件向各设计专业传递。族库应用路线规划如图9 所示。

图7 工艺设备表

图8 工艺平面图

图9 族库应用路线图

3.2 工艺设备族库的扩展

对于工艺设计专业而言，工艺设备在不同类型设计项目中存在非常大的差异，但在相同类型的项目中应用的工艺设备差异较小。因此设计企业一般着眼于自身主要工作领域开展完备的工艺设备族库建设，并随着设计项目逐渐积累企业级设备族库。通过设计项目中获取的设备相关资料数据，以三维信息模型的形式将设备资料转化为数字资产进行保存。企业级工艺设备族库蕴含的设计信息将在未来的设计项目中进行复用，指导设计工作。信息模型在工艺设计中的应用一定程度上替代了原有设计经验的传播方式，形成数字资产不断循环上升的良性发展迭代模式。

为满足工艺设计工作的实际需求，工艺设计族库除了工艺设备外应主动向相关设计专业进行一定程度的扩展。例如轨道交通项目中站场专业范畴的轨道、道岔，电气专业的插座箱、配电箱，给排水专业的供水、排水设施等。

在BIM 正向设计的工作模式下，传统设计工作中各专业间清晰的界限在一定程度上出现了模糊，对各设计专业间的沟通提出了更高的要求。

3.3 工艺设备资产的数字化交付

随着工艺设计BIM 模型在项目方案设计阶段的建立，项目的数字虚拟资产已经能够初步形成，应用BIM 正向设计的手段将原有项目竣工验收阶段的资产编码工作提前至项目方案设计阶段。随着设计的不断深化，在工艺设备招标阶段第一次数模分离，将数据反映在工艺设备技术规格书中供招标采购使用。

完成工艺设备采购后，通过设备供货方提供的数据将工艺设备模型的信息进一步补充，增加供货商、设备价格、供货周期等信息数据，并随着工艺设备施工的逐步实施以数据资产形式对供货商履约情况进行统一管理。

最终随着项目竣工验收完成工艺设备BIM 模型的深化，在向建设方提交竣工模型的同时进行第二次数模分离，将工艺设备数据资产提交至资产管理平台系统，生成设备顺序码，直至完成资产移交工作进入项目运营阶段。

4 结语

作为应用BIM 技术进行工业项目正向设计的基础，建立适配目标项目的工艺设备族库是极其重要的。轨道交通建设行业作为具备成熟资产编码体系的领域，移植其资产编码系统作为工艺设备族库的构建框架，是有效在数字化层面联通设计、施工与运维并建立信息沟通的统一语言[10]的有效手段。此构件库搭建体系同样适用于Revit 软件平台外的其他BIM 平台，但更换软件平台带来的重新建模工作量无疑是巨大的，因此需在逐步建立工艺设备族库的同时充分考虑模型及其信息要素在不同软件平台间的可传递性。尤其针对国产BIM 软件平台，更加开放的二次开发信息接口将是突破软件壁垒的重要途径。

通过参考北京地区轨道交通资产编码体系的数据结构，可以降低在建立企业级族库的初期阶段探索编码系统时的试错成本，缩短族库编码体系的研发周期，对设计企业BIM 正向设计工作的开展具有积极意义。