基于BIM的電力設備信息輕量化展示系統設計

韋 波，蔣曉東，弓國軍

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518022)

在電力系統不斷壯大的同時，電力的安全成為首要任務[1]，由于系統越來越復雜，為清晰明了地展示電力設備信息，國外早已利用可視化方法[2]將數據進行展示，但該方法的弊端較多，我國近年來為提高電網安全，也設計出電力設備展示系統，為簡化數據并完善系統，現利用BIM技術對展示系統展開研究。

蔡興泉[3]等人利用串口通信有效獲取電力設備信息，其次結合硬件模塊和展示應用模塊展示電力設備信息，實現電力設備信息展示。張愛斌[4]等人運用B/S架構進行系統設計，整體系統滿足電力設備信息展示的所有要求，其中包含設備數據監測、歷史數據分析、報警管理以及設備管理四個模塊，以此實現電力設備信息展示。

以上設計的兩種系統均沒有構建電力設備平臺，無法解析不同格式的電力數據，因此無法保證數據的完整和簡潔，導致數據中存在大量重復和冗余數據，存在電力設備信息全面性低和電力設備展示系統整體性能差的問題。

為了解決上述系統中存在的問題，設計基于BIM的電力設備信息輕量化展示系統。

1 基于BIM技術的電力設備平臺

根據BIM技術[5]可對信息共享的特點，可利用該技術得出電力設備信息平臺，該平臺可通過BIM輕量化技術解析出不同種類格式的電力數據，進而保證系統設計工具的統一，降低信息展示系統的設計成本。

利用該平臺將電力設備數據管理分成模型管理以及設備管理兩部分，用戶根據該模型得出電力設備系統設計圖紙，并完善設備信息參數以及實現系統的可視化安裝。

該平臺的主要功能就是將電力設備信息進行輕量化展示以及解析數據，用戶根據平臺信息輔助展示系統的設計[6]。

模型的標準規范化就是將用戶提供的相關信息規范成統一的文件，并對相關數據進行下載和保存。

在BIM電力設備平臺還帶有信息搜索、統計以及通知消息的功能，利用這三種功能進行電力設備信息輕量化展示系統設計，并根據平臺對系統進行定位和構架。

模型的另一作用就是解析不同格式文件，并得出輕量化電力設備信息，進而得出簡化的電力設備信息，在模型的幫助下不僅確保電力設備數據的完整和精度，同時實現數據的壓縮，模型輕量化架構圖如圖1所示。

圖1 信息輕量化處理架構圖

基于BIM技術下的信息展示系統不僅可以避免因設計工具限制導致的信息共享能力差以及硬件設施要求低的弊端，同時保證數據的實時性和完整性，并且降低數據量。

2 電力設備信息展示系統設計

2.1 電力設備信息展示系統設計原則

電力工業是社會發展的基本保障，在電業能力增強的同時，電力設備相關數據也日益龐大，為保證企業整體需求，可利用電力設備信息展示系統查詢相關信息。

為提高系統整體的實用性，通過對電力設備相關信息的分析，并將數據進行整合后得出展示系統的設計圖(見圖2)。

圖2 系統的整體設計圖

展示系統主要組成部分分別是展示層、業務層以及數據層，系統的三個模塊相輔相成，數據層主要任務是采集電力設備數據并統一存儲數據，業務層主要對數據進行分析，保證數據適用于展示層。

2.1.1 數據模塊設計

在計算機技術廣泛應用的年代，計算機系統逐漸變得復雜，數據量變得十分龐大，因此電力設備信息展示系統在設計過程中需要遵循規范性、完整性、優化性以及安全性原則。由于系統內數據種類多，數據量巨大，在此原則下的數據可有效分類[7]，同時為海量數據提供優質的存儲空間，為數據的維護和管理提供便利。

數據層的優化設計是該模塊的關鍵步驟，優化設計的架構圖如圖3所示。

圖3 數據模塊優化架構圖

索引優化主要是在數據庫的幫助下加強數據檢索性能，sql優化就是通過排除sql語句以此有效避免無用數據的儲存，聯合查詢優化就是將兩者綜合完成數據模塊的索引，以此提高數據存儲性能同時降低冗余數據量，進而保證所有數據的效用。

2.1.2 業務模塊設計

業務模塊是整個電力設備信息展示系統的核心模塊，它是實現展示業務的主要模塊，但由于系統業務會隨時發生變化，為避免系統業務量急劇增加導致系統崩潰，該模塊必須保證有較強的擴展性以及維護性。

業務模塊必須帶有封裝性、維護性以及擴展性，這三種性能的詳細說明如下。

(1)封裝性：將業務分類成不同需求下的各類業務，并對其進行封裝處理，將其提供給外來訪客接口，進而確保數據的安全性。

(2)維護性：針對每個已經封裝的業務，為降低模塊之間的耦合度，可修正業務模塊中的業務邏輯方便模塊的維護。

(3)擴展性：將接口進行擴展，方便新的業務可添加到系統中。

為保證電力設備信息展示系統帶有以上三種性能，業務模塊需運用EJB技術進行設計，該技術是根據分布式處理性能將展示系統進行組件。

2.1.3 展示層設計

系統展示層即為此系統的主要目的，將電力設備信息展示給用戶，用戶通過該模塊迅速得到用戶所需數據，隨著計算機的廣泛應用，信息展示系統的重要性日益顯著，為使得用戶可依照自身需求選擇數據展示方式，需在設計過程中保證此模塊的多樣性、交互性以及人性化設計。

2.2 電力設備信息展示系統

根據以上要求得出整體電力設備信息展示系統架構圖(見圖4)。

圖4 電力設備信息展示系統整體架構圖

如圖4所示，電力設備信息展示系統主要有五種信息展示模塊構建而成，下列為五種模塊的詳細介紹。

2.2.1 電力設備信息展示模塊

電力設備信息是電力的重要組成信息，此模塊主要作用是將設備內數據在可視化的基礎上進行展示，此模塊主要包含一次接線圖信息展示、街景信息展示以及氣象信息展示，其結構圖如圖5所示。

圖5 電力設備信息展示模塊

一次接線圖信息展示模塊是為了方便獲取電力用戶信息，該模塊中的具體組成部分如圖6所示。

圖6 一次接線圖信息展示模塊

街景信息與氣象信息展示模塊均是為了加強數據展示質量。

2.2.2 電力設備狀態信息展示模塊

此模塊的主要作用就是實時展現電力設備狀態信息的分析結果，在此模塊中用戶根據自身需要得出電力狀態分析結果，從而生成相應的數據展示圖，該模塊的架構圖如圖7所示。

圖7 電力設備狀態信息展示模塊架構圖

2.2.3 電力設備試驗信息展示模塊

電力設備試驗信息展示模塊是實現電力設備試驗信息查詢、分析以及展示的主要模塊，其架構圖如圖8所示。

圖8 電力設備試驗信息展示模塊架構圖

2.2.4 電力設備缺陷信息展示模塊

電力設備缺陷信息展示模塊主要是對電力設備缺陷信息進行查詢等工作的展示模塊，在此模塊中用戶可按照要求得出電力狀態缺陷以及電力設備相關信息，此模塊的架構圖如圖9所示。

圖9 電力設備缺陷信息展示模塊架構圖

2.2.5 電力設備屬性展示模塊

電力設備屬性展示模塊主要是提取出電力設備屬性信息[8]，并將其進行展示，用戶獲取相關數據后將其進行封裝，從而構成可視化形式的界面進行展示，此模塊的架構圖如圖10所示。

圖10 電力設備屬性展示模塊

以上即為電力設備信息展示系統，在此系統中即可得出電力設備的相關信息，加強用戶與計算機之間的交互性能。

3 實驗結果與分析

為了驗證基于BIM的電力設備信息輕量化展示系統的整體有效性，現對所設計系統、文獻[4]系統和文獻[5]系統進行系統整體性能測試，測試結果如圖11～圖13所示。

圖11 三種系統的數據量

圖12 三種系統的系統使用內存

圖13 三種系統的數據傳輸速率

系統性能的檢測主要從信息量儲存、內存占用和數據傳輸幀數三個方面進行對比，得出最優電力設備信息展示系統。

系統內數據庫的空間往往有限，能在固定的空間中容納更多的數據可大大提高用戶體驗度。假設三種系統的數據儲存空間相同，利用三種系統對數據進行儲存，并對比內存占用和數據傳輸幀數，得出空間內數據量最多、內存占據空間最小以及傳輸幀數最多的方法即為最優方法。

根據實驗結果可得出空間內數據量最多、內存占據空間最小以及傳輸幀數最多的方法是所設計系統，從而驗證所設計系統為最優電力設備信息展示系統。

4 結 語

電力安全是電力系統最重要的部分，電力設備的信息能實時反映電力系統的運行情況，為清楚明了地展示電力設備整體信息，設計基于BIM的電力設備信息輕量化展示系統，該系統首先基于BIM技術構建電力設備平臺，得出輕量化電力設備數據，其次建立電力設備展示系統，實現電力設備信息展示，解決了電力設備信息全面性低和電力設備展示系統整體性能差的問題，保證電網的安全。