GQI 軟件在電力工程項目中的靈活應用

張文平，張科陽，張倩倩

（1.國泰建設集團有限公司，北京 100116；2.天津農(nóng)學院，天津 300384；3.北京華茂新時代建筑工程有限公司，北京 100116）

0 引言

隨著信息化技術的不斷發(fā)展，三維技術手段已在建筑、交通、醫(yī)療等多個領域廣泛應用，電力領域內(nèi)也在穩(wěn)步推動三維技術在各個階段的應用，三維技術已成為一個行業(yè)發(fā)展趨勢［1］。國家電網(wǎng)公司先后發(fā)布了〔2018〕585 號《關于全面應用輸變電工程三維設計及建設工程數(shù)據(jù)中心的意見》、〔2019〕63 號《輸變電工程三維設計模型交互規(guī)范》等多項文件［2］，以支撐三維數(shù)字化技術在變電設計階段的設計開展及數(shù)字化移交［3］。很多電力企業(yè)在項目實施過程中，對BIM（Building Information Modeling）技術的需求也越來越強烈。工程量的計算是工程計價的基礎，同時是造價工作中工作量最大的環(huán)節(jié)。GQI（Glodon Quantity Installation）算量軟件是廣聯(lián)達公司基于BIM 三維模式算量開發(fā)、適用于各類民用建筑的一款安裝計算軟件，通過智能化識別、三維可視化、專業(yè)化計算規(guī)則，全面解決安裝算量計算效率低、難度大的問題［4］。軟件融合算量與建模于一體，一方面可高效、準確計算工程量，另一方面同時3D建模，進行碰撞檢查等BIM 級應用，結(jié)合同系列BIM 工序動畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件，實現(xiàn)工序動畫化和施工組織模擬，為電力項目5D（5-Dimension，即3D ＋進度＋成本）等可視化管理提供技術支持。本文通過GQI對具體電力工程項目進行三維計算工程量，展現(xiàn)GQI在電力工程項目中的靈活應用，以供同仁參考。但GQI等現(xiàn)有三維算量建模軟件存在功能不系統(tǒng)全面、適用性較差的問題，在GQI 應用的基礎上，經(jīng)科學合理推演，提出一種適用于電力工程項目管理的新型電力工程項目管理軟件或平臺的研發(fā)，對提高電力工程項目的管理工作效率和水平有重要意義。

1 三維算量軟件GQI簡介

經(jīng)過十多年的發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)許多三維算量軟件品牌，如表1所示，對比分析（排名不分先后）選用三維算量軟件。

表1 國內(nèi)常見三維算量品牌對比表

不同三維算量軟件各具特色，根據(jù)項目和企業(yè)不同要求，可選用最適合的三維算量軟件。本文電力工程項目案例位于北方，而且很多北方企業(yè)采用的是廣聯(lián)達公司計量計價系列軟件，GQI項目管理配套軟件較為豐富，為方便模型、數(shù)據(jù)共享和技術交流，選用廣聯(lián)達BIM 安裝計量GQI 軟件進行研究。廣聯(lián)達公司另有一款電力算量軟件GSM，由于模型價值不高、更新迭代速度慢等原因，不能滿足企業(yè)融合電力項目計量與BIM進行項目管理需求，故而棄用。

GQI2021版本支持全專業(yè)BIM三維模式算量，智能識別構(gòu)件、設備，準確度高，調(diào)整靈活，BIM 三維建模，圖紙信息360°無死角排查，實時計算，多維度統(tǒng)計結(jié)果，及時準確［5］。重要的一點是還可以進行土建專業(yè)建模，也可導入同系列BIM土建計量平臺GTJ 土建3D 模型，還可導入天正、MagiCAD、Revit等BIM模型，整個模型又可導出所需格式應用到BIM 工序動畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件中，提升模型的使用價值。

2 案例項目簡介

（1）項目概況

本案例為北方某城市美麗鄉(xiāng)村建設項目，建筑面積203 000 m2，4層新農(nóng)居396套。

（2）供電方案

從鎮(zhèn)變電所通過1 598 m現(xiàn)狀電纜隧道和新建620 m電纜隧道引來兩根ZC-YJY-8.7／15kV-3 ×300 mm22電纜作為10 kV高壓電源至小區(qū)內(nèi)新建開閉站，為小區(qū)內(nèi)新建的6 所10 kV變配電站提供電源［6］。

3 GQI靈活應用于案例項目

廣聯(lián)達算量系列包含有電力算量軟件GSM，項目工程量計量建模初始采用此軟件，計量靈活性及三維模型不理想。后試用同系列市政BIM算量軟件GMA，只是在隧道建模方便了一些。同系列安裝三維算量GQI，雖然不是專門針對電力工程項目設計的，但得益于全專業(yè)建模性質(zhì)，靈活應用于電力工程是可行的。

市政BIM 算量軟件GMA隧道及電力井建模與計量平視圖如圖1 所示。暗挖隧道、明開隧道局部三維模型如圖2所示。

圖1 隧道及電力井建模平視圖

圖2 暗挖隧道、明開隧道局部三維模型

對電力井、排管及通風亭進行計量與三維建模，如圖3所示。

圖3 電力井、排管局及通風亭部三維模型

對于電力隧道，GMA 建立的三維模型，雖然也能導入到同系列BIM5D軟件中應用，但是不能導入至GQI 中，BIM 模型發(fā)揮的價值有限。

使用者能夠靈活運用GTJ土建三維算量軟件進行計量與建模，精確計算鋼筋的工程量，同時能查看鋼筋三維模型。重要的是，GTJ建立的模型可導入到GQI中，然后運用于同系列軟件BIM工序動畫制作軟件、BIM施工組織模擬軟件，可視化管理體系更為完整、精細。GTJ土建三維算量軟件對以電力四通井的計量與精細建模。如圖4所示，能夠多角度查看隱蔽的鋼筋布置的三維模型，可以對鋼筋布置進行可視化修正、優(yōu)化和交底。

圖4 電力四通井GTJ土建三模型

圖5所示是對GTJ土建三維算量軟件建立的通風亭三維模型工程量查看，為電力項目5D可視化管理打下一定基礎。

圖5 GTJ土建三維模型查看工程量

電力隧道及電力井畢竟不是本案例的主要部分，對布置的精細度相對變電站房的變壓器、電力柜、母線等設備與管線來講相對不是很高。這是把廣聯(lián)達三維安裝算量軟件GQI靈活運用電力工程的主要原因。

GQI安裝三維算量軟件在案例電力工程中的靈活應用。開閉所及6座10 kV變配電站中的建筑安裝工程與一般民用建筑區(qū)別不大，利用GQI 進行三維算量沒有問題。開閉站及1＃變電站如圖6所示。

圖6 GQI開閉站及1＃變電站局部3D模型

變配電站類及新農(nóng)居土建工程可以在GQI 中進行粗略建模，如果需精細模型，可在GTJ中建模計量后導入到GQI 中。需要注意的是，GQI中的土建模型不能統(tǒng)計工程量，不論是在GQI 中建立的模型，還是導入的GTJ土建模型。

在GQI中進行土建建模的目的是更形象直觀地展現(xiàn)電力設備與建筑物的相對位置，以直觀檢查安全空間是否足夠，是否存在布置位置沖突問題。如同AutoCAD一樣，GQI不同的構(gòu)件（配電柜、箱，設備等的三維模型的統(tǒng)稱）布置在不同的圖層，這樣可以很方便地顯示需要展現(xiàn)的模型，關閉不需要現(xiàn)示的模形。

GQI安裝三維算量軟件應用于案例電力工程項目，比較突出的困難是室外電纜的計量。解決此問題方案有兩個：一是沿隧道、排管、電力井一條電纜一條電纜逐個手工布置；二是先沿電纜路徑布置合適規(guī)格的橋架，再根據(jù)GQI橋架配線方法布置電纜。對于方法一，效率低，布置雜亂。對于方案二，因為橋架是連通的，能夠自動連接始末端，在橋架中自動排列，整齊而美觀，計量準確，工作效率高。這是把GQI靈活運用于電力工程的關鍵技術之一，如圖7所示。

圖7 GQI運用橋架計量建模隧道內(nèi)電纜

布置橋架時，嚴格按照計算規(guī)則和設計進行布置。如電力電纜在電力井中的敷設要求不是直線通過，而是要繞井壁敷設，以保證工程量的準確性。

如果不希望在工程量報表中不體現(xiàn)此類起輔助性質(zhì)的橋架，可在布置的橋架構(gòu)件屬性的“計算”項目中的子項“是否計算”，設置值為“否”。如果不希望出現(xiàn)橋架模型，其方法是在布置完成電纜后，可以在GQI中選中橋架中的電纜（可以批量選擇），轉(zhuǎn)換成脫離橋架的線纜，然后可以刪除橋架構(gòu)件模型。

GQI靈活運用電力工程的關鍵技術之二，可以利用導入的GTJ土建模型，提前規(guī)避土建與安裝管線的碰撞及時進行管線的避讓。

GQI靈活運用電力工程的關鍵技術之三，可以導入天正、MagiCAD、Revit安裝專業(yè)的BIM 模型進行計量或轉(zhuǎn)換后計量，可減少重復建模。

GQI靈活運用電力工程的關鍵技術之四，GQI 2021-3 月之后的版本，其“實體模型”功能模塊，實現(xiàn)了云端存儲模型，模型隨用隨下；模型參數(shù)化編輯，精細化顯示；設備與管線之間連接更細膩、真實。

GQI靈活運用電力工程的關鍵技術之五，模型直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換導入到同系列軟件BIM5D、BIM工序動畫制作軟件、BIM 施工組織模擬軟件等數(shù)字化管理平臺，實現(xiàn)工序動畫化和施工組織模擬等可視化、一體化管理。

總而言之，BIM 技術的基礎是三維建模技術，即依據(jù)項目實際情況構(gòu)建相關數(shù)據(jù)庫，動態(tài)模擬工程項目實體，呈現(xiàn)工程實體的三維模型［7］。三維模型質(zhì)量將直接影響后續(xù)模型應用效率和效果。GQI及其同系列軟件功能不止于此，有待人們深入研究加以靈活應用。

4 展望

雖然現(xiàn)在BIM 在電力工程項目中應用不盡人意，但BIM技術的運用，可以建立一個統(tǒng)一的平臺，讓各方得到統(tǒng)一的管理［8］。展望未來，隨著國網(wǎng)公司《輸變電工程三維設計模型交互規(guī)范》系列標準的發(fā)布，電網(wǎng)信息模型（Grid Information Model，GIM）進入工程化階段，達到了統(tǒng)一模型構(gòu)建方法、數(shù)據(jù)組織、編碼統(tǒng)一和交互規(guī)則的目的［9］。搭乘國家“新基建”的快車，結(jié)合蓬勃發(fā)展的AI 人工智能、大數(shù)據(jù)、機器深度學習、混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）技術，根據(jù)電力工程標準化程度高、模塊化強、智能化程度高的行業(yè)特點，融合設計、建造、運營管理于一體的電力工程行業(yè)專用的高標準、高智能、專業(yè)性強、云端一體、適用性好的國產(chǎn)電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺，一定會在“十四五”期間面世。屆時，電力人將在這個平臺上進行電力工程項目全生命周期管理，模擬其應用場景如下。

（1）電力工程項目方案及施工圖設計階段

調(diào)查客戶用電需求，把信息輸入軟件或平臺，軟件AI 首先對信息進行分析，輸出要補充的信息表。待信息完整后，根據(jù)專家數(shù)據(jù)庫，結(jié)合當?shù)仉娋W(wǎng)及供電局規(guī)定要求，自動計算生成3～5個方案，經(jīng)人工優(yōu)選調(diào)整，確定方案后上報審核審批。根據(jù)審批后的方案，軟件AI 通過專家數(shù)據(jù)庫、廠商產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，智能生成電力項目BIM和施工圖，通過模擬功能模塊，在人工監(jiān)視與適時干預下，軟件AI 自動演示設備布置、線纜連接、驗算驗證、參數(shù)設定、上電調(diào)試、數(shù)據(jù)與效果展示、故障模擬等。供配電系統(tǒng)模擬達到送電條件后，軟件AI 自動生成設計概算，進行報審報批。審批后，進入電力工程項目實施階段。

（2）電力工程項目實施階段

利用電力項目BIM 和施工圖，結(jié)合現(xiàn)場后續(xù)實際情況信息，在專家?guī)斓闹С窒拢M功能模塊進行模擬施工，對項目設計圖、BIM進一步地深化優(yōu)化，直至達到竣工驗收條件。之后軟件AI自動生成實施性施工組織設計和項目造價，人工審核調(diào)整后，進行報批或投標。通過后，軟件AI根據(jù)施工計劃，運用模擬功能模塊分部分項生成可視化技術交底，同時根據(jù)進度進展，實時、動態(tài)模擬施工，同步在時標網(wǎng)絡圖上展現(xiàn)前峰線，同步展現(xiàn)掙值管理實時圖表，并對變更部分進行突出標示，軟件AI根據(jù)變更和廠商資料對項目BIM 模型實時修正和信息補充，直至竣工驗收。竣工驗收時，軟件AI 首先進行驗收前模擬調(diào)試和試運行，通過驗收后，生成項目竣工BIM模型和竣工圖紙，同時生成竣工結(jié)算造價，實現(xiàn)電力項目實施建造階段的5D化管理。軟件AI還可利用MR技術，將施工作業(yè)中的其他信息融入到可視化模型，在現(xiàn)場真實環(huán)境中利用可視化模型，可更直觀有效地對施工技術和管理人員進行培訓，利用多通道人機自然交互技術，可多人實時互動，并參與指導現(xiàn)場的安裝與調(diào)試［10］。

（3）電力工程項目運維階段

根據(jù)竣工BIM、施工圖，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程和電力機器人，軟件實時統(tǒng)計變壓器、斷路器、電容器、電力自動化柜、通訊柜、母線等設備材料進行運行參數(shù)統(tǒng)計，結(jié)合大數(shù)據(jù)對同類同型號易出現(xiàn)的常見故障進行重點監(jiān)測，生成系統(tǒng)體檢報告和預案，進而對其壽命進行估測，并通過模擬功能模塊，實時展示在BIM上，達到限定值時，實時進行預警，確保供電系統(tǒng)安全運行。同時，軟件能夠?qū)\營成本進行實時統(tǒng)計、預測，并進行報告。例如：現(xiàn)在無人機進行輸電線路巡檢已經(jīng)成為一種趨勢［11］，可把無人機傳輸過來的信息，經(jīng)軟件AI 處理后，將環(huán)境溫濕度及風度、風向等環(huán)境量通過3D顯示技術融入到視頻顯示中，達到仿真、立體的效果，給人以身臨其境的感受［12］。在BIM 模型與運用和維護管理系統(tǒng)的作用下，可以對電力設備的實際所在位置進行快速定位，從而及時發(fā)現(xiàn)電力設備存在的問題，而后經(jīng)過檢索具體資料，將設備的實際情況進行記錄，根據(jù)整理好的信息，制訂更加完善的設備檢修計劃，不僅能提高運用與維護的水平，也可以更好地規(guī)避電力設備的使用風險，確保供電系統(tǒng)的安全性［13］。

（4）電力工程項目改造或結(jié)束階段

根據(jù)電力工程項目運維階段提供的供電系統(tǒng)體檢和預測報告，軟件AI智能適時生成3～5 個項目改造方案，進入電力改造工程項目生命周期。如果軟件AI 評測設備老化程度已超過繼續(xù)運營標準，不具備改造價值，自動生成了報廢報告，經(jīng)人工審核審批后，進入報廢流程，項目生命周期結(jié)束。

上述未來電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺應用場景模擬，是在GQI三維算量在電力工程項目中靈活應用的基礎上，結(jié)合軟件工程技術的進展，合理想象而來的。可以預見的是，這種軟件或平臺，這種應用場景在“十四五”期間一定會實現(xiàn)，而且會更加智能、高效和適用。

5 結(jié)束語

通過三維算量軟件GQI 在案例電力工程項目中的靈活應用，在計算工程的同時，實現(xiàn)了三維建模，配合同系列其他軟件，初步實現(xiàn)了項目自動碰撞檢查、可視化交底、5D 模式管理，減少了項目實施中由于圖紙深化不到位、交底不清等傳統(tǒng)管理模式下的管理成本，提高了項目整體工作效率，提升了企業(yè)項目管理水平，增強了企業(yè)的核心競爭力，為企業(yè)數(shù)字化管理奠定一定的基礎。

目前，相對于Revit 等專業(yè)建模軟件，GQI 建立的三維模型相對粗略，也只是能滿足電力工程項目數(shù)字化管理、可視化最基本的需要，存在專業(yè)性不強、三維模型粗糙、應用范圍受到限制、一體化管理還需多種軟件配合、軟件本身功能不完善等諸多缺陷，于項目數(shù)字化、可視化、一體化電力工程管理的需求還有較大的差距。為滿足電力工程項目的需求，特別是BIM模型精細化的要求，可以將GQI建立的三維模型導出IFC標準格式，導入到Revit等專業(yè)建模軟件中，進行優(yōu)化和細化，提高模型的使用價值。

電力工程多維度BIM（或者GIM）管理軟件或平臺在未來研發(fā)成功，將對電力工程項目管理方式變革產(chǎn)生深遠的影響。