基于GIM 模型的架空輸電線路智能算量研究

魏惠敏

（北京洛斯達科技發展有限公司，湖北 武漢430073）

1 項目背景

現狀一：現有的造價編制依賴手工，編制過程中耗時最多、費力最大、最易出錯的“算量”步驟自動化程度很低，工程量計算主要依靠手工，效率低且準確度差，工程的結余率水平一直比較高。

現狀二：造價評審由于缺乏大數據和專業軟件支撐，造價指標合理區間的判斷主要依賴評審人員個人經驗，但評審人員專業素質參差不齊，容易導致造價合理性判斷流于形式，且人工評審過程自動化程度低，勞動強度大。

現狀三：當前電網工程造價數據分散存儲于各類不同的應用系統中，缺乏統一的業務數據收集平臺，數據關聯不緊密，數據孤島現象比較嚴重，工程基礎數據的收集、填報和校核需要耗費基層造價專業人員大量的時間和精力，且受數據收集、填報人員專業素質和責任心等因素影響，造價分析基礎數據的真實性和質量缺乏保障。

為滿足輸變電工程三維設計的需要，統一模型架構和數據交互格式，實現工程全壽命周期數據共享，國家電網編制了《輸變電工程三維設計模型交互規范》等七項技術標準。輸變電工程三維設計GIM 模型以輸變電工程各相關信息數據為基礎，采用三維數字化技術建立的工程信息集合，具備完整性、關聯性、一致性、唯一性、擴展性等特點，滿足可視化、可分析、可編輯、可出圖等工程全壽命周期應用需求。

如有專業軟件能夠根據*.GIM 文件一鍵式智能生成工程量數據，將大幅減輕技經人員的工作負擔，同時提高工程造價的精準水平。本文旨在基于三維設計模型GIM 對架空輸電線路智能算量方法及算量可行性進行研究。

2 算量技術路線

2.1 計價體系與三維設計研究

研究輸電線路估算、概算、預算、招標控制價、投標報價、竣工結算報表的定額規范和清單規范，梳理兩種計價體系規則。三維設計模型的顆粒度和屬性準確性影響工程量計算準確性，梳理三維設計模型（GIM）數據的分層關系和屬性，將現有的三維設計規范與計價體系對比分析。

2.2 三維設計和技經濟映射研究

通過對比技經算量體系的信息要求和現有三維設計模型規范中提供的信息，提煉三維設計構件與技經算量構件，算量構件作為技經體系的基本單元，將實現與三維設計模型關聯，建立GIM 模型和兩種算量體系的映射規則。將技經算量體系的項目提煉為43 類算量業務構件，包括：尖峰、基面、底盤、套筒、卡盤、拉線盤、混凝土裝配式基礎、基礎墊層、現澆基礎、基礎聯系梁、保護帽、巖石錨桿基礎、灌注樁基礎、樹根樁基礎、預制樁基礎、鋼管樁基礎、挖孔樁基礎、排洪溝、擋土墻、護坡、接地體、接地極、接地模塊、基礎永久圍堰、地腳螺栓、插入式角鋼（或鋼管）、鋼環、混凝土桿、鋼管桿、塔、拉線、防墜落裝置、避雷線、導線、OPGW、絕緣子串、防震錘、間隔棒、重錘、阻尼線、阻冰環、跳線、跨越。梳理算量構件類型、屬性項、屬性值類型、枚舉值、工程量代碼等，進一步梳理各類構件的定額匹配規則和清單匹配規則。定額匹配規則包括［業務構件類型］、［屬性項］、［屬性值條件］、［工程量代碼］、［匹配定額］、［對應的項目劃分］；清單匹配規則包括［業務構件類型］、［屬性項］、［屬性值條件］、［清單編碼］、［項目名稱］、［項目特征］、［對應屬性項］、［計量單位］、［工程量代碼］、［對應的項目劃分］。

梳理架空輸電線路三維設計模型規范，提煉桿塔組、導體組、交叉跨越組共10 類三維設計構件：桿塔、基礎、絕緣子串、導線、地線、跳線、間隔棒、防震錘、導體及金具、交叉跨越物。

映射規則的梳理和建立是本研究中非常關鍵也是工作量最大的一個環節。通過從三維設計構件到算量構件的一對一直接映射、一對多約束映射、虛擬構件間接計算、其他補充設計材料計算等方法建立兩類構件的映射關系。

圖1 塔組構件映射示意圖

2.3 基于GIM 規范及技經算量需求的GIM 校核

融合清單算量的項目特征，套定額屬性，提煉算量業務構件必須屬性項。基于各電力設計院導出的三維設計模型成果普遍存在的基礎丟失、模型屬性缺失、模型屬性錯誤，開發程序自動讀取解析三維設計數據模型，依據三維設計模型規范和技經映射對屬性要求，校核三維設計模型數據的規范性，檢測和定位不滿足規范的數據項。采用校核工具+人工檢核的方式對實驗工程出具模型檢測報告，并作為修改完善GIM 模型的依據。

2.4 基于三維設計模型（GIM）自動算量

開發自動化程序以輸電線路三維設計模型*.gim 為入口，解析模型信息，生成三維設計構件，依據映射關系實現三維設計構件到算量構件的文件轉換，分別按預算定額算量規則和清單算量規則匹配預算定額工程量和清單工程量。根據GIM 文件信息，輸出符合預算、清單控制價等要求的工程量報表。能輸出開放式xml 格式文件，打破數據壁壘。

輸電線路算量技術流程如下圖所示：

圖2 輸電線路算量技術流程圖

3 算量結果分析

依托國網湖南省電力公司的科研課題，選用湖南古亭-橫店村220kV 線路作為實驗工程進行概算定額可算性分析。本次研究包括輸電線路工程定額第3 章基礎工程、第4 章桿塔工程、第5 章架線工程、第6 章附件工程，由于時間問題暫未對第1 章工地運輸、第2 章土石方工程、第7 章電纜工程進行分析。

鑒于湖南省絕大部分輸電線路三維設計軟件為道亨架空輸電線路三維設計系統，因此，本實驗工程也選用道亨平臺導出的數據，對于三維設計模型（GIM）中沒有，設計軟件中能提供的信息，與道亨合作開發補充材料單。對實驗工程概算定額項目進行分析，分為GIM 可算、補充材料單可提供、設計階段無法對應或確定、設計無此模型、挖方定額、運輸定額、電纜工程定額7種情況，按架空線路工程六大項目維度進行統計分析，架空輸電線路定額可算率高達49.26%。詳細計算結果如下：

表1 架空輸電線路GIM 算量結果統計

試點工程概算定額項共136 項，其中，GIM 可算67 項，占比49.26%；道亨GIM 補充材料單可提供5 項，占比3.68%；設計階段無法對應或確定項10 項，占比7.35%；三維設計無此模型項4項，占比2.94%；挖方定額24 項，占比17.65%；運輸定額24 項，占比17.65%；電纜工程定額2 項，占比1.47%。

實驗工程設計文件說明：

（1）設計文件由湖南送變電勘察設計咨詢有限公司提供，并提供設計修改及咨詢服務；

（2）設計文件刪除利舊的設施，保留本工程新建的設施以供算量，如桿塔保留新建的104 基；

（3）道亨對GIM 到導出程序進行完善，解決基礎數量缺失，部分基礎屬性錯誤等問題，并提供最終GIM 以供算量；

（4）道亨導出補充材料單，提供接地體、基礎保護帽、基礎墊層相關數據。

GIM 定額算量結果說明：

（1）由于設計文件和概算表制作時期不同，所以計算出來的量會與概算表存在差異；

（2）桿塔基礎、導地線、絕緣子串、間隔棒、防振錘等會由于模型及其屬性完整性影響算量結果；

（3）道亨設計平臺內置的地質模型中的土質分類與技經算量要求的土質分類不一致，且GIM 規范不支持導出多層土質。涉及土質映射的定額，如“鉆孔灌注樁基礎 機械推鉆成孔”與概算表有差異；

（4）導線、避雷線的架設方式默認“張力架設”。

4 架空輸電線路GIM 完善方向

鑒于三維設計標準推行時間較晚，行業內基于三維設計模型開展的業務應用并不多，三維建模軟件導出的GIM 模型的規范性有待完善，三維設計標準在編制時并沒有考慮很多技經專業的需求。通過本次研究，對架空輸電線路三維設計模型提出以下改進方向。

（1）可適當增補設計模型，如排洪溝、護坡、擋土墻等；

（2）可適當完善設計模型參數，如桿塔標志牌、接地模塊相關屬性、墊層材質做法等；

（3）由于土質分類會影響土石方工程、基礎工程相關的定額和清單量計算，三維設計平臺內置的土質分類不足以滿足技經造價的需要，需設計和技經土質分類，制定分類標準，并內置到設計平臺以供地質模型的設計；

（4）對于其他算量需要，但是三維設計中沒有覆蓋的參數，可以考慮以補充材料單的形式完善GIM。