变电站5D-BIM管控平台模型编码方法探究

朱 琛，周益磊，王 娟，付 婷，苏 颖

(1.长沙电力设计院有限公司，湖南 长沙 410000；2.长沙理工大学水利与环境工程学院，湖南 长沙 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]，经过几十年的发展，技术愈发成熟，已在很多工程项目全生命周期管理中进行运用[2-3]，并可通过虚拟现实(AR、VA)相关的技术对数据进行处理和仿真等[4-5]。近年来，国家在输变电工程领域出台了一系列国家标准及行业规范，希望能借此契机将BIM应用到电力建设工程的全生命周期管理中。

五维建筑信息模型(5D-BIM)概念的出现，将费用成本和时间成本纳入到项目的各个阶段，囊括了时间、费用和质量安全等诸多数据信息。由于工程建设中所涉及的信息数据庞大，在集成到BIM平台之后需要将他们有机地联系起来[6-9]，为方便关联与检索，需要一套编码体系来保证这些信息的高效流通、交互和共享。

目前，基于一定用途的编码标准已经形成并投入使用，但这些编码标准因为编码结构不同，使得各个专业之间的信息互通性很差，在变电站的全生命周期管理中难以进行信息的交互。为解决此问题，提出研究具备唯一性、可识别性和共享性的编码体系，以实现三维模型、施工进度、费用控制的相互对应关系，便于信息的传递、处理和检索，实现真正的5D-BIM管理。

1 电力系统现行编码规范

电力系统工程是一个在纵向具有一定深度的行业，参与不同层次建设的人员需要参考的信息及数据结构不尽相同，因而在电力系统建设的各环节中，各部门遵循的编码规范不同。例如国家电网有限公司在工程计价方面采用行业标准DL/T 5341—2021《电力建设工程工程量清单计算规范 变电工程》，电网三维设计采用企业标准Q/GDW 11181.1—2014《电网三维模型 第1部分：模型分类与编码》，电网系统设备则采用国家标准GB/T 51061—2014《电网工程标识系统编码规范》，电网调度采用SD 240—87《电力系统部分设备统一编号准则》，数据交互采用国家标准GB/T 33603—2017《电力系统模型数据动态消息编码规范》，电网资产管理采用企业标准《电网资产实物“ID”编码规范》[10]，物料采购采用企业标准Q/GDW 1936—2013《国家电网公司物料主数据分类与编码规范》。

1.1 工程量清单编码

变电工程在建造时一般采用国家能源局2011年发布的《电力建设工程量清单计价规范》以及现行的DL/T 5341—2021《电力建设工程工程量清单计算规范 变电工程》行业标准。其中行业标准中规定项目编码划分为五个等级，使用12位的英文字母加阿拉伯数字混合编码：列出的第一等级编码为工程专业码，由一位数字和一位大写字母构成；列出的第二等级编码为项目划分码，由四位大写字母构成；列出的第三等级编码为阶段划分码，字母“C”表示为初步设计阶段编码，字母“S”表示为施工图设计阶段编码；列出的第四等级编码为清单项目码，采用一位大写英文字母加两位阿拉伯数字表示；列出的第五等级编码为清单项目特征码，采用两位阿拉伯数字，用以表示施工或者安装顺序[11]。通过12位字母与阿拉伯数字的组合，生成的一组项目编码具有继承性和唯一性，但是该编码只在工程清单计价、项目概预算中使用，对其他专业则适用性不强，工程量清单编码部分构件设备编码如表1所示。

表1 部分构件设备编码(工程量清单编码)

1.2 工程标识系统编码

住房和城乡建设部在2014年颁布的GB/T 51061—2014《电网工程标识系统编码规范》中要求按照KKS的结构编码框架，对涵盖国家电网的各个系统、元件、装置设备，根据制造流程和放置安装点等，依据其固有的内在联系，进行统一分门别类、统一编码、统一标记识别。其编码可以较为完善地表示直流换流站/变电站电气一次、电气二次，架空线路，电缆线路，照明、暖通和给排水等任何系统或设备；该编码应用在这些设备的全生命周期管理中，能够追溯生产流程、安装空间位置和具体建(构)筑物安装位置，具有的唯一性和逻辑位置指引功能，能够应用在电网工程的建设和运维阶段，在系统设备进行检查、维修、更换时可做到快速定位，提高电网系统数字管理精细化和安全运行保障水平[9]。电网工程标识编码分为以下三类，分别对应三种不同表示对象，如图1所示。

图1 电网工程标识系统编码

1) 工艺相关标识：适用于标识工艺的系统、部件、设备。

2) 安装点标识：适用于标识电气以及监控系统、部件，包括接线和安装位置。

3) 位置标识：适用于建(构)筑物。

土建部分无直接对应编码，可依据规范扩充编码，部分构件设备编码见表2。

表2 部分构件设备编码(GB/T 51061—2014)

1.3 三维模型设计编码

对工程项目进行三维设计，通过三维模型渲染和着色，得到的三维效果图能让参与工程的各方对项目有更加直观的了解，同时三维设计能够计算出模型的体积、质量、力学参数等，进而推求实际工程的成本预算，有利于设计人员和决策人员对工程建设进行决策、减少人力资源投入及缩短审批周期，提高效率。

国家电网有限公司为统一电网三维建模技术标准，促进三维模型数据资料的规范标准化，达到模型共享的需求，制定了Q/GDW 11181.1—2014《电网三维模型 第1部分：模型分类与编码》用以促进三维模型在电网工程设计、建设和运维管理阶段的应用，但土建部分的编码缺乏明确的要求。该规范规定编码应具备可扩展性，采用线性分类和分层编码的搭配法，使用英文字母、罗马数字、阿拉伯数字以及在每层之间以下划线“_”作为分割。类型码与标识码组成了模型编码，类型码具体分为两级：第一级以B代表基础模型、S代表标准模型、P代表精细模型；第二级以T代表输电线路模型、S表示变电站(换流站)模型、C表示通讯设备模型、M表示检测装置模型、F表示公共设施模型。标识码按照具体模型对象命名，例如“设备型号_电压等级_厂家代码”等具有典型意义的实际参数组合，也可应用参数汉语名称首字母缩写或者英文缩写进行标识，部分构件设备编码见表3。

表3 部分构件设备编码(Q/GDW 11181.1—2014)

目前，编码标准已经形成并投入使用，但这些编码标准因为编码结构不同，导致各专业之间的信息互通性很差，在变电站全生命周期管理中难以进行信息的交互。为解决此类问题，基于5D-BIM管控理念，并融合三维模型、施工进度和费用控制的对应关系，研究出一套可继承性、可扩展性、唯一性、可识别性和共享性的编码体系，应用于信息的传递、处理和检索，实现真正的5D-BIM管理。

2 5D-BIM管理平台编码应用方案

以现行标准为依据，制定一套满足变电站5D-BIM管理平台的编码体系，使得三维模型能够与施工进度以及费用控制相对应。以BIM技术在某110 kV变电站的应用为例，该变电站工程划分为建筑工程项目和安装工程项目两大阶段，依据各项目阶段所需完成的任务，投资估算和设计概算在项目建议书和可行性研究阶段完成，而BIM的三维设计在初步设计阶段[11]，因此三维模型编码需要对DL/T 5341—2021有一定的继承；同时三维编码还要考虑在施工进度的应用，在可视化的三维环境下，进行施工组织设计的模拟，并根据施工进度展示的结构进行施工组织顺序调整。

2.1 编码规则

1) 参考电网现行规范，编码采用级编码，英文字母与阿拉伯数字混合，每级编码之间以“_”(下划线)区分。

2) 编码前两级继承DL/T 5341—2021规范的要求，使得三维构建能够与相应的价格费用一一相对应：第一级编码“2AXXXX”对应变电站建筑工程项目，“2BXXXX”对应变电站安装工程项目，前两位为工程专业码，后四位则为项目划分代码；第二级编码为一个英文大写字母+三位数字的清单项目代码。

3) 编码中间两级为施工组织码，第三级编码中大写字母“S”代表施工阶段，后三位数字对应施工进度计划横道图的土建施工阶段，可根据实际情况流水编码或由工程各方约定；第四级编码为施工顺序码，代表该构件在第三级编码表示的施工阶段的施工顺序，编码结构如图2所示，部分构件设备编码见表4。

图2 变电站5D-BIM管理平台编码结构

表4 部分构件设备编码

例如编码中2AAAGA_F001_S15_001表示110 kV变电站一般土建的一号门，在施工计划第15阶段的第一步安装；2AAAGA_B001_S05_001表示110 kV变电站一般土建的一号桩基，在施工计划第5阶段的第一步施工。

2.2 应用情况

以上编码规则在变电站5D-BIM管理平台中进行了应用，能够完成三维模型与施工进度的对应，较好地完成变电站施工模拟仿真的任务，同时实现了各部件与其费用控制相对应。

3 结束语

通过研究电网系统不同专业信息分类和编码规范，分析了现有编码规范在变电站BIM管理平台应用中的不足，构建出一套适用于5D-BIM平台的编码体系，较好地完成了可视化三维模型与施工进度模拟以及工程建设费用控制的关系对应，发挥出BIM技术表达直观、信息集成和数据分析的优势，相关经验可供电网工程项目管理参考。