輸變電工程數(shù)字化移交規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)象擴(kuò)展研究

／國(guó)網(wǎng)上海市電力公司技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 何真珍／

輸變電工程數(shù)字化移交規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)象擴(kuò)展研究

／國(guó)網(wǎng)上海市電力公司技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 何真珍／

本文以數(shù)字化移交為宗旨，以IFC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)展開，重點(diǎn)對(duì)輸變電工程數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)及IFC實(shí)體對(duì)象擴(kuò)展進(jìn)行研究，解決了IFC在電器領(lǐng)域?qū)嶓w種類表達(dá)不足等問題，開發(fā)版本轉(zhuǎn)換工具軟件和校驗(yàn)軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整移交。

輸變電工程；數(shù)字化移交；IFC

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)的建筑信息模型（BIM）是繼CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)后出現(xiàn)的建設(shè)領(lǐng)域的又一重要計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。BIM技術(shù)可應(yīng)用在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如業(yè)主、策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維保等，現(xiàn)階段基于BIM技術(shù)的軟件平臺(tái)大部分都支持國(guó)際性的開放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工程項(xiàng)目對(duì)建設(shè)全生命周期中的信息協(xié)同與共享的要求。目前已有將BIM技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，并取得了一定的成果，如寧東-山東±660kV直流輸電示范工程（三維數(shù)字化移交）、天津永定河220kV變電站BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用、甘肅省沙州750kV數(shù)字化變電站（BIM數(shù)字化移交）等。

1 超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化設(shè)計(jì)及移交

以BIM數(shù)據(jù)研究為核心，研究超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化全景平臺(tái)研究與應(yīng)用，從輸變電設(shè)施的BIM建模開始，到BIM數(shù)據(jù)移交，對(duì)基于BIM的輸變電設(shè)施數(shù)字化移交進(jìn)行了探討，其中的BIM數(shù)據(jù)采用符合IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是核心。通過對(duì)BIM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)研，本課題選取了IFC 2×4標(biāo)準(zhǔn)作為移交的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等。超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化全景平臺(tái)研究與技術(shù)路線如1所示。本文以數(shù)字化移交為目標(biāo)，全新地采用工業(yè)基礎(chǔ)類IFC標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)，可為輸變電設(shè)施的數(shù)字化移交提供研究基礎(chǔ)。

1）全生命期的輸變電設(shè)施數(shù)字化移交成果。為了使移交數(shù)據(jù)滿足全生命期需求，因此對(duì)移交數(shù)據(jù)需要一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，從模型的建立，設(shè)備命名，屬性表達(dá)等各個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范化。模型以建筑信息模型LOD 300為基準(zhǔn)，確定輸變電設(shè)施數(shù)字化移交成果的具體內(nèi)容和深度。調(diào)研輸變電設(shè)施數(shù)字化移交的交流需求定義，包括建設(shè)生命周期中各專業(yè)的對(duì)象及其屬性交流需求；進(jìn)行輸變電設(shè)施設(shè)備分類，包括分類對(duì)象、分類方法、分類原則；對(duì)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立編碼，編碼主要包括設(shè)施設(shè)備分類代碼、設(shè)施設(shè)備具體號(hào)碼；滿足數(shù)字化移交的輸變電設(shè)施屬性信息，主要包括基本信息、幾何信息、關(guān)聯(lián)信息、屬性信息、運(yùn)維信息等屬性。

2）研究IFC對(duì)輸變電設(shè)備實(shí)體及其屬性表達(dá)。主要進(jìn)行IFC標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容的研究，分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸變電設(shè)施設(shè)備對(duì)象實(shí)體及其屬性的表達(dá)，整理分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中所具有的輸變電設(shè)施設(shè)備實(shí)體對(duì)象；研究分析IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的對(duì)象集，根據(jù)數(shù)字化移交成果的研究，設(shè)置對(duì)象的分類與編碼；研究并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中輸變電設(shè)施移交實(shí)體的屬性信息，包括IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的屬性集結(jié)構(gòu)、數(shù)字化移交屬性需求、數(shù)字化移交屬性內(nèi)容。

3）研究電氣專業(yè)欠缺的IFC實(shí)體對(duì)象及屬性的擴(kuò)展方法。結(jié)合IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸變電設(shè)施設(shè)備對(duì)象實(shí)體及其屬性的研究，研究IFC實(shí)體對(duì)象及其屬性的擴(kuò)展方法，具體研究?jī)?nèi)容包括：整理分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中所具有的輸變電設(shè)施設(shè)備，并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)所欠缺的數(shù)字化移交的IFC實(shí)體及其屬性；研究分析IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的對(duì)象集，以明確電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的分類與類型；研究并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中輸變電設(shè)施設(shè)備的屬性信息，包括基本信息、幾何信息、運(yùn)維信息、關(guān)聯(lián)信息等；研究IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的IFC實(shí)體對(duì)象欠缺的屬性信息，以及欠缺的IFC實(shí)體對(duì)象及其屬性的擴(kuò)展方法。擴(kuò)展技術(shù)路線圖見圖1。

圖 1 擴(kuò)展技術(shù)路線圖

4）研究IFC版本轉(zhuǎn)換方法。移交的數(shù)據(jù)是基于IFC4版本的，而當(dāng)前使用的三維建模軟件導(dǎo)出的是IFC 2×3版本的IFC文件，版本的變化導(dǎo)致部分實(shí)體的表達(dá)方式發(fā)生了變化，因此需要進(jìn)行版本之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。每一種族包含有不同族類型的構(gòu)件，這些構(gòu)件在Revit中輸出的IFC實(shí)體是一樣的。不同的族一般對(duì)應(yīng)不同的IFC實(shí)體，但是也可能會(huì)對(duì)應(yīng)到相同的IFC實(shí)體。族類型及IFC實(shí)體表達(dá)實(shí)例見表1，對(duì)Revit中輸出的族文件與其對(duì)應(yīng)的IFC實(shí)體進(jìn)行了對(duì)比。

表 1 族類型及IFC實(shí)體表達(dá)實(shí)例

如變壓器和接地變壓器在Revit中是不同的族類型，在IFC 2×4中對(duì)應(yīng)的都是實(shí)體IfcTransformer；而導(dǎo)體、預(yù)制式導(dǎo)體、電力電纜、電力電纜終端在Revit中是不同的族類型，在IFC 2×4中都對(duì)應(yīng)的都是實(shí)體IfcCableSegment。

不同的族類型與IFC 2×4中已有的IFC實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系例如：“變壓器”在IFC 2×3中的實(shí)體名稱是“IfcBuildingElementProxy”，而在 IFC 2×4中實(shí)體名稱是“IfcTransformer”，因此需要列出不同版本的實(shí)體對(duì)照表。

在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)IFC 2×3版本所提供的電氣專業(yè)的實(shí)體不足以對(duì)族文件進(jìn)行具體細(xì)化的區(qū)分，從族文件到IFC 2×3的實(shí)體存在多對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，首先要識(shí)別出IFC 2×3版本中的實(shí)體所表示的設(shè)施設(shè)備族文件。

如果要從某一個(gè)IFC 2×3實(shí)體中識(shí)別不同的族文件，應(yīng)該根據(jù)name欄中的的字符串來做判斷。判斷出族文件所代表的設(shè)施設(shè)備后，就可以把IFC 2×3版本中的實(shí)體替換成IFC 2×4版本中該族文件所對(duì)應(yīng)的實(shí)體。

2 對(duì)IFC文件進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)的軟件系統(tǒng)

為檢驗(yàn)數(shù)字化移交成果IFC文件是否滿足數(shù)字化移交的要求，研究開發(fā)能對(duì)IFC文件進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)的軟件，并對(duì)不符合要求的IFC文件提供相應(yīng)的評(píng)估與完善報(bào)告。

2.1 校驗(yàn)原理

模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)的原理見圖2，這是基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)工程信息模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)的原理圖。

圖2 模型數(shù)據(jù)校驗(yàn)的原理

2.2 校驗(yàn)數(shù)據(jù)的提取和計(jì)算

有效的IFC數(shù)據(jù)文件進(jìn)入校驗(yàn)系統(tǒng)后，校驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)校驗(yàn)規(guī)則對(duì)文件的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取和計(jì)算，校驗(yàn)文件中的電氣實(shí)體以及實(shí)體的屬性。

實(shí)體校驗(yàn)規(guī)則規(guī)定了實(shí)體的命名標(biāo)準(zhǔn)，在IFC標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)體的名稱通過直接屬性Name表達(dá)，在物理文件中，每一條IFC語句表示一個(gè)IFC實(shí)體，語句后面括號(hào)的內(nèi)容是該實(shí)體的直接屬性和導(dǎo)出屬性的屬性值，實(shí)體的名稱信息就是實(shí)體后面括號(hào)內(nèi)的第三個(gè)屬性值。校驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)符合命名規(guī)則的實(shí)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，并將目標(biāo)實(shí)體的統(tǒng)計(jì)數(shù)量寫出校驗(yàn)報(bào)告。對(duì)實(shí)體的校驗(yàn)算法如3所示。

圖 3 實(shí)體校驗(yàn)算法

擬開發(fā)的對(duì)IFC文件進(jìn)行檢驗(yàn)的軟件系統(tǒng)，主要功能如下。IFC文件輸入輸出：可將現(xiàn)階段主流設(shè)計(jì)軟件（如Revit、ArchiCAD、MagiCAD等）導(dǎo)出的IFC文件進(jìn)行識(shí)別，導(dǎo)入系統(tǒng)平臺(tái)，經(jīng)處理后導(dǎo)出IFC數(shù)據(jù)格式文件；IFC數(shù)據(jù)庫(kù)模塊：主要處理IFC文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)與管理，便于用戶使用系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的IFC文件；IFC文件檢驗(yàn)與評(píng)估模塊：主要處理導(dǎo)入的各專業(yè)IFC文件的檢驗(yàn)與評(píng)估，包括IFC實(shí)體對(duì)象及其屬性、關(guān)聯(lián)等檢驗(yàn)。校驗(yàn)的結(jié)果如表2～4所示

表2 實(shí)體校驗(yàn)結(jié)果舉例表

表 3 實(shí)體屬性校驗(yàn)結(jié)果舉例表

表 4 錯(cuò)誤總結(jié)報(bào)告結(jié)果舉例表

IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫穿于工程項(xiàng)目的全生命期，可作為數(shù)字化移交的數(shù)據(jù)表達(dá)格式。基于IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，研究并編制輸變電設(shè)施數(shù)字化移交的示范IFC文件，包括滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段、施工階段、竣工階段各專業(yè)數(shù)字化移交的IFC文件。

3 結(jié)束語

輸變電工程數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)電氣專業(yè)IFC實(shí)體對(duì)象擴(kuò)展研究部分，建立基于IFC的數(shù)字化移交有利于規(guī)范輸變電設(shè)施的分類與編碼系統(tǒng)，建立具有唯一性、擴(kuò)展性、規(guī)范性、適應(yīng)性等特點(diǎn)的分類編碼體系。同時(shí)，基于IFC的數(shù)字化移交規(guī)范化交付使用設(shè)施設(shè)備的屬性信息，構(gòu)建完備的輸變電設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。研究IFC版本差異，研究IFC標(biāo)準(zhǔn)在電器領(lǐng)域的擴(kuò)展，解決IFC在電器領(lǐng)域?qū)嶓w種類表達(dá)不足等問題，開發(fā)版本轉(zhuǎn)換工具軟件和校驗(yàn)軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整移交。