基于資產編碼的工藝設備族庫建設研究
——以北京軌道交通項目為例

尹燊

（中鐵華鐵工程設計集團有限公司，北京 100071）

引言

城市軌道交通工程體系龐大，在建設過程中涉及到大量的新建設施與購置設備，這些設施設備將作為軌道交通資產被統一管理。為了實現軌道交通資產的優質高效管理，資產管理信息系統應運而生[1]。管理系統中采用資產編碼的形式將實物資產與數字信息相關聯，資產編碼以其易于被計算機識別處理的特點在系統中起到基礎核心作用。

對于工藝設計而言，功能實現、工藝流程、各專業接口等方面無一不是圍繞著工藝設備為核心進行的。因此進行工藝BIM（建筑信息模型）正向設計工作時，構建一套適配目標工程項目需求的工藝設備模型族庫是必不可少的基礎工作內容。以成熟的資產信息編碼體系為框架，建立工藝設備BIM 模型族庫，將實現從設計、施工到運維的基礎信息體系貫通，有助于實現工藝設備全生命周期管理[2,3]。

1 現狀分析

1.1 工藝設備族庫建設現狀分析

隨著軌道交通建設項目中BIM 技術的落地應用越來越頻繁，BIM 技術在軌道交通工程項目設計方的應用已經從設計圖紙翻模、空間設計優化等逐步轉向全專業正向設計。對于軌道交通車輛基地設計而言，工藝設計專業在設計過程中承擔先導性質的角色，即車輛基地設計中各設計專業的工作內容必然以工藝設計成果為前提。因此在實現協同正向設計的過程中，工藝BIM 正向設計是不可或缺的。

作為工藝設計的核心內容，工藝設備承擔著實現設計功能、聯通各專業接口的關鍵作用。在工藝BIM正向設計的過程中，一套完備的工藝設備信息模型體系[4]是優質的工藝設計方案的基礎。但由于工藝設備存在的種類繁雜、供應商分散、缺乏統一標準等實際問題，工藝設備模型庫的建設仍然是一個需要長期積累優化的過程。

工藝設備品類眾多、組成復雜，包含機械加工設備、運輸設備、電子設備、試驗設備、測量設備、工具器具等[5]。在當前階段，工藝設備BIM 模型主要來源主要包括設備供應商提供、工程項目設計企業建模、向第三方購買等。其中設備供應商提供的三維模型往往存在模型文件格式不統一、設備細節不便公開的問題；設計企業在進行工藝設備建模時面臨著數據資料不完整、建模周期長的情況；第三方購買的設備三維模型無法保證其建模準確性。同時無論以何種方式獲取的工藝設備三維模型，在信息數據層面均難以滿足BIM正向設計的實際需求。因此，建設工藝設備信息模型族庫時必須有一套滿足工藝正向設計的標準化信息參數，并通過統一的信息編碼標準對族庫進行有序的多層級線性分類管理。

1.2 軌道交通資產編碼現狀分析

1.2.1 資產編碼體系分析

軌道交通由于其本身的復雜性，屬于集多系統、多專業于一身的龐大系統工程[6]，設備設施資產的投資、建設、交付、運維管理信息量龐大。國內對軌道交通資產進行編碼管理的方式最早可追溯至20 世紀90 年代，資產管理信息系統也已有十余年的發展歷程。雖然各地軌道交通資產編碼規范不盡相同，但基本遵循按線路、分類、位置等進行代碼劃分的原則[7]。

以北京地區軌道交通為例，由北京市基礎設施投資有限公司2020 年頒布的《北京軌道交通資產管理信息系統編碼規范》。規范按照北京市地方標準《城市軌道交通設施設備分類與代碼》（DB11/T 717-2010）中的規則對軌道交通資產進行了編碼規定。

設施設備號碼結構由2 位初始線路編碼、8 位分類代碼、4 位順序號及兩位分隔符構成，共16 位，編碼規則如圖1 所示。

圖1 北京軌道交通資產編碼規則

其中設施設備分類代碼由規范中的“數據字典”確定，8 位代碼中按劃分的“大類”、“小類”、“大組”、“小組”四個層級各2 位代碼組成，分類代碼數據字典如圖2 所示。

圖2 北京軌道交通資產編碼數據字典示例

1.2.2 現有資產編碼工作方式

在北京軌道交通資產管理信息系統實施應用與《北京軌道交通資產管理信息系統編碼規范》頒布后，北京地區軌道交通新建項目設施設備資產全部根據規范要求錄入系統平臺，通過系統生成的二維碼打印粘貼將數字資產信息與實物資產進行關聯進入后期運維階段。

資產錄入工作一般在項目竣工驗收階段進行，在項目建設主管單位的統一主導下，由設計方、施工方梳理設施設備資料，根據規范中的“數據字典”對資產進行初步人工編碼，編碼范圍為初始線路代碼與設備設施分類代碼。設計方將統計結果以電子表格的形式提交項目建設方審核，完成審核后將資產信息手動錄入資產管理信息平臺、自動生成順序號后提交線上審批，資產管理信息平臺界面如圖3 所示。

圖3 北京軌道交通資產管理信息平臺界面

可見在資產管理過程中，設計方、施工方的介入時間嚴重滯后，在工程前期的設計階段、施工階段對于設施設備的管理并未納入到資產管理體系之中。而在BIM 正向設計環境下，采用即有的資產編碼體系對設計模型數字資產進行編碼管理是完全可行的。尤其針對工藝設備族庫，資產編碼體系的應用將實現從工藝設計到工藝設備生產、運輸、安裝直至交付使用的全過程數字化管理，有助于提升工藝方案設計的可復制性，并且能夠有效提升工藝設備施工的管理效率。

2 工藝設備BIM 族庫的建設

2.1 工藝設備族的特點

在工業類工程建設項目中，工藝設備數量多、種類繁雜，既包括起重機械、運輸載具等大型設備，又包括工具包、照明燈等小型設備。在工藝設計BIM 模型搭建時，為了保證建模效率及模型的易讀性，應秉承“抓大放小”的原則，著重工藝設備族的外形空間尺寸、運動軌跡范圍等的表達，以解決工藝設備與建筑主體結構、機電設備、管線等的干涉問題，同時適當忽略設備內對模型整體無明顯影響的細節特征，將設計模型精度控制在LOD200 即可滿足設計需求，同時滿足設備供應方的知識產權保護需求。

在工藝設備族建模時，需充分考慮到眾多與其他設計專業的接口，例如輪對轉盤、不落輪車輪車床等的設備基礎需與建筑、結構設計專業協同配合，全自動洗車機等設備需與給排水、電氣設計專業協同配合。為滿足工藝設計專業模塊化、自動化的正向設計，工藝設備族建模時需附加工藝設備附屬的結構、供電、供水、動力等接口信息（如圖4 所示），通過軟件統計功能形成向各設計專業傳遞的設計資料并在圖紙中進行表達。

圖4 工藝設備族接口參數信息

2.2 工藝設備族的模型信息要素

為了方便在設計項目BIM 模型中對工藝設備信息進行統計，一般通過采用共享參數的方式將工藝設備族的耗電功率、電壓、動力接口需求等信息向項目模型傳遞；對于零部件組成相對復雜的工藝設備，應對各部件分別建模后進行嵌套組合；各部件屬性應分別定義為族參數層層傳遞以便在項目中調整使用。

除了在設計階段各專業間協同所需的設備信息內容外，伴隨著工藝設備招標、購置、安裝施工直至交付使用的過程，項目模型內應逐步添加工藝設備的型號規格、單價、生產廠家、安裝位置、合同、交付日期等信息。而為了實現從設計、施工到運營的全過程工藝設備管理[8]，工藝設備的信息編碼應作為這些信息添加的前提，故而設計方需在設計開始前或初期根據項目建設及運營方的資產管理體系對工藝設備族庫進行數據匹配，即將工藝設備族文件存儲路徑按編碼體系分層存儲，以便在項目模型搭建的過程中隨時將載入的工藝設備族文件的存儲路徑映射為編碼寫入族參數中。

2.3 工藝設備族的編碼生成

由于對資產信息編碼沒有全國統一規范進行規定，各地編碼體系存在一定差異[9]，設計企業無法采用唯一工藝設備族庫匹配全部設計項目。因此在建立企業級工藝設備族庫時需根據企業承接的項目特點先行建立一套基礎庫，再根據實際項目內容將基礎庫整理轉化為地區級或項目級工藝設備族庫。基于同樣的原因，工藝設備信息編碼的錄入應在搭建項目BIM 模型時隨著族文件的插入而生成。

工藝設備族的編碼宜采用共享族參數的形式寫入族文件，以便于統計與信息傳遞。編碼生成宜采用Dynamo 可視化編程的方式進行，通過程序自動化添加編碼參數可以極大地提升錄入效率，避免人工錄入時易出現的錯漏。

首先選擇需插入的族文件，獲取文件存儲路徑，然后載入族文件時獲取選擇的族，并把文件路徑信息經過轉化形成編碼寫入族參數中。Dynamo 節點程序如圖5~圖6 所示。

圖5 自動生成編碼dynamo 程序節點

圖6 寫入編碼dynamo 程序節點

3 工藝設備族庫的應用

3.1 工藝設備族庫應用路線

以北京軌道交通為例，依據發布的《北京軌道交通資產管理信息系統編碼規范》，提取車輛段工藝設計專業相關的設備字段（主要包括車輛、通用設備、測量設備三大類）分別建立文件存儲路徑。再在大類目錄下逐級建立小類、大組、小組的存放路徑。建模人員根據設備供應方提供的設備圖紙，文檔等基礎資料，采用Revit 軟件建模或其他諸如SolidWorks、CATIA 等機械三維設計軟件建模后通過Inventor 軟件發布為Revit 族文件的方式，根據設計需求完成模型搭建后提交審核。在必要時，族文件應附帶說明文檔用以說明其功能、特性、參數等信息供使用者進行參考。

族文件審核分為模型審核與專業審核兩部分內容。模型審核主要控制工藝設備族的外形尺寸、運動范圍、圖例等視覺層面因素及其參數驅動性能、插入點等功能性因素；專業審核主要控制工藝設備族的各專業接口信息是否完整準確、參數傳遞格式是否規范等內容。

經審核通過的族文件由族庫管理人員進行入庫管理，入庫時匹配信息編碼規則確定族文件存儲路徑并根據數據字典的更新持續維護族庫。族庫管理員同時負責編寫族文件索引文檔并按設計企業內部統一規范對族文件添加版權聲明等參數內容。

在完成了族庫體系的基礎工作后，工藝設計人員僅需在進行項目設計時依據索引文件，查找項目中需添加的工藝設備族，在載入項目中后運行dynamo 程序添加編碼信息，即可完成正向設計的初步工作。隨后通過搭建完成的項目模型自動統計工藝設備模型信息，生成工藝設備表（如圖7 所示）等各專業所需設計資料、平面圖紙（如圖8 所示）等文件向各設計專業傳遞。族庫應用路線規劃如圖9 所示。

圖7 工藝設備表

圖8 工藝平面圖

圖9 族庫應用路線圖

3.2 工藝設備族庫的擴展

對于工藝設計專業而言，工藝設備在不同類型設計項目中存在非常大的差異，但在相同類型的項目中應用的工藝設備差異較小。因此設計企業一般著眼于自身主要工作領域開展完備的工藝設備族庫建設，并隨著設計項目逐漸積累企業級設備族庫。通過設計項目中獲取的設備相關資料數據，以三維信息模型的形式將設備資料轉化為數字資產進行保存。企業級工藝設備族庫蘊含的設計信息將在未來的設計項目中進行復用，指導設計工作。信息模型在工藝設計中的應用一定程度上替代了原有設計經驗的傳播方式，形成數字資產不斷循環上升的良性發展迭代模式。

為滿足工藝設計工作的實際需求，工藝設計族庫除了工藝設備外應主動向相關設計專業進行一定程度的擴展。例如軌道交通項目中站場專業范疇的軌道、道岔，電氣專業的插座箱、配電箱，給排水專業的供水、排水設施等。

在BIM 正向設計的工作模式下，傳統設計工作中各專業間清晰的界限在一定程度上出現了模糊，對各設計專業間的溝通提出了更高的要求。

3.3 工藝設備資產的數字化交付

隨著工藝設計BIM 模型在項目方案設計階段的建立，項目的數字虛擬資產已經能夠初步形成，應用BIM 正向設計的手段將原有項目竣工驗收階段的資產編碼工作提前至項目方案設計階段。隨著設計的不斷深化，在工藝設備招標階段第一次數模分離，將數據反映在工藝設備技術規格書中供招標采購使用。

完成工藝設備采購后，通過設備供貨方提供的數據將工藝設備模型的信息進一步補充，增加供貨商、設備價格、供貨周期等信息數據，并隨著工藝設備施工的逐步實施以數據資產形式對供貨商履約情況進行統一管理。

最終隨著項目竣工驗收完成工藝設備BIM 模型的深化，在向建設方提交竣工模型的同時進行第二次數模分離，將工藝設備數據資產提交至資產管理平臺系統，生成設備順序碼，直至完成資產移交工作進入項目運營階段。

4 結語

作為應用BIM 技術進行工業項目正向設計的基礎，建立適配目標項目的工藝設備族庫是極其重要的。軌道交通建設行業作為具備成熟資產編碼體系的領域，移植其資產編碼系統作為工藝設備族庫的構建框架，是有效在數字化層面聯通設計、施工與運維并建立信息溝通的統一語言[10]的有效手段。此構件庫搭建體系同樣適用于Revit 軟件平臺外的其他BIM 平臺，但更換軟件平臺帶來的重新建模工作量無疑是巨大的，因此需在逐步建立工藝設備族庫的同時充分考慮模型及其信息要素在不同軟件平臺間的可傳遞性。尤其針對國產BIM 軟件平臺，更加開放的二次開發信息接口將是突破軟件壁壘的重要途徑。

通過參考北京地區軌道交通資產編碼體系的數據結構，可以降低在建立企業級族庫的初期階段探索編碼系統時的試錯成本，縮短族庫編碼體系的研發周期，對設計企業BIM 正向設計工作的開展具有積極意義。