智能算量在核電項(xiàng)目中的研究應(yīng)用

文／張艷娜、周利明、李昊、劉長林、秦榮榮 核工業(yè)工程研究設(shè)計(jì)有限公司 北京 101300

引言：

目前國內(nèi)外并沒有一款針對(duì)核電項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)的智能算量軟件，國外基本還是采用以點(diǎn)為基礎(chǔ)的算量模式。以法國為例，根據(jù)法國核電站工程實(shí)踐，在法國的資源條件下（包括安裝程序、文件、規(guī)范、場(chǎng)地施工條件，使用的工機(jī)具，永久性消耗材料，人員的組織、經(jīng)驗(yàn)、素質(zhì)等等綜合因素），1 個(gè)點(diǎn)即一個(gè)法國工時(shí)（man hour）用來從事核島安裝活動(dòng)時(shí)必須完成的工程量。

我國在非核電行業(yè)已有較成熟的商業(yè)軟件（如廣聯(lián)達(dá)、斯維爾、魯班等）可以使用，但此類軟件所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不適用于核電行業(yè)，目前核電項(xiàng)目通過人工扒圖匯總已出版圖紙上的工程量來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，據(jù)此測(cè)算工程進(jìn)度和工程款支付。

根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國核能年度發(fā)展與展望（2020）》中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，到2025 年，我國在運(yùn)核電裝機(jī)達(dá)到7000 萬千瓦，在建3000 萬千瓦；到2035 年，在運(yùn)和在建核電裝機(jī)容量合計(jì)將達(dá)到2 億千瓦，而工程量統(tǒng)計(jì)貫穿核電項(xiàng)目的實(shí)施階段，其在施工階段中尤為重要。是核電施工企業(yè)編制工程形象進(jìn)度統(tǒng)計(jì)報(bào)表，向工程建設(shè)投資方結(jié)算工程價(jià)款的重要依據(jù)?，F(xiàn)有核電項(xiàng)目是采用人工撥圖方式進(jìn)行工程量的計(jì)算、匯總等工作，計(jì)算過程復(fù)雜，投入人力多，花費(fèi)時(shí)間長，同時(shí)無法保證工程量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。面對(duì)核電大規(guī)模發(fā)展，快速、準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)工程量顯得尤為緊迫、必要。

1.智能算量技術(shù)概述

智能算量技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能的先進(jìn)技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)工程量的自動(dòng)化、智能化計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。我們開發(fā)的軟件應(yīng)用了智能算量技術(shù)，旨在解決傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工程量統(tǒng)計(jì)方式的繁瑣和低效問題。傳統(tǒng)工程量統(tǒng)計(jì)方式依賴人工，工程師需要逐張翻閱圖紙，手動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)工程量指標(biāo)。這種方式不僅耗時(shí)耗力，還容易出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤和遺漏，影響項(xiàng)目的進(jìn)展和質(zhì)量。而我們開發(fā)的軟件通過智能算量技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工程量統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化與智能化。軟件的使用流程相對(duì)簡單，只需導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的表格數(shù)據(jù)，并通過相關(guān)算法和計(jì)算模型，即可快速得到工程量計(jì)算書。工程師不再需要逐張翻圖、手動(dòng)統(tǒng)計(jì)，從而節(jié)省了大量時(shí)間和人力資源。同時(shí)，智能算量技術(shù)的應(yīng)用也提高了工程量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，降低了統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。通過這一智能算量技術(shù)的應(yīng)用，我們的軟件能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)工程量統(tǒng)計(jì)帶來革命性的變革。它將大大提高核電項(xiàng)目工程量統(tǒng)計(jì)的效率，減少統(tǒng)計(jì)工作的時(shí)間成本，使工程師能夠更專注于其他重要領(lǐng)域，提升核電項(xiàng)目的整體執(zhí)行效率。

總的來說，智能算量技術(shù)的應(yīng)用使得核電項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)工程量統(tǒng)計(jì)變得更加智能、高效、準(zhǔn)確，是現(xiàn)代科技在核電領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。隨著智能算量技術(shù)的不斷發(fā)展，相信我們的軟件將為核電行業(yè)帶來更多創(chuàng)新和進(jìn)步，為核電工程的順利實(shí)施和運(yùn)營管理提供有力支持。

2.智能算量技術(shù)在核電項(xiàng)目中的優(yōu)勢(shì)

加智能算量技術(shù)在核電項(xiàng)目中具有多方面的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用將為核電工程的實(shí)施和管理帶來顯著的改進(jìn)和便利。以下是智能算量技術(shù)在核電項(xiàng)目中的四個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。第一，高效快速的工程量統(tǒng)計(jì)。傳統(tǒng)的人工翻圖方式耗時(shí)且繁瑣，需要逐張圖紙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力資源。而智能算量技術(shù)的應(yīng)用使得工程師只需通過導(dǎo)入對(duì)應(yīng)表格數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相關(guān)計(jì)算和算法，即可快速得到工程量計(jì)算書。大大提高了工程量統(tǒng)計(jì)的效率，節(jié)省了寶貴的時(shí)間。第二，減少統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤和遺漏。傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)方式容易出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤和遺漏，這可能導(dǎo)致工程量計(jì)算的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響項(xiàng)目的質(zhì)量和進(jìn)展。而智能算量技術(shù)采用自動(dòng)化計(jì)算和智能分析，消除了手動(dòng)統(tǒng)計(jì)中的主觀因素，大大降低了出錯(cuò)概率，保障了工程量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。第三，數(shù)字化管理與數(shù)據(jù)可視化。智能算量技術(shù)使得核電項(xiàng)目的工程量統(tǒng)計(jì)過程數(shù)字化，所有數(shù)據(jù)都可以以結(jié)構(gòu)化的方式存儲(chǔ)和管理。這樣，項(xiàng)目管理者和工程師可以通過數(shù)據(jù)可視化的方式，直觀地了解工程量統(tǒng)計(jì)情況，發(fā)現(xiàn)潛在問題，做出更加明智的決策，提高項(xiàng)目的管理水平。第四，便于數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化。智能算量技術(shù)不僅能夠進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘。通過對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和趨勢(shì)，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。這有助于核電項(xiàng)目的持續(xù)改進(jìn)和高效運(yùn)營，為核電行業(yè)的發(fā)展提供更多有價(jià)值的信息和建議。

綜上所述，智能算量技術(shù)的應(yīng)用將極大地提升核電項(xiàng)目的工程量統(tǒng)計(jì)效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)為項(xiàng)目管理和優(yōu)化帶來便利和洞察力。這一先進(jìn)技術(shù)的引入將為核電行業(yè)注入新的活力，推動(dòng)核電項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。

3.智能算量流程

為提高核電行業(yè)工程量統(tǒng)計(jì)效率，課題組開展了核電智能算量研究，開發(fā)相應(yīng)軟件即核電智能算量軟件。該軟件是以實(shí)現(xiàn)核電工程現(xiàn)場(chǎng)工程量的統(tǒng)計(jì)為目的，實(shí)現(xiàn)從BIM 三維模型或者輸機(jī)信息中提取工程量數(shù)據(jù)形成約定格式的中間數(shù)據(jù)文件，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量室其它數(shù)據(jù)表單，用算量主體軟件對(duì)工程量、分部分項(xiàng)工程量清單等進(jìn)行詳細(xì)分析與計(jì)算，最終導(dǎo)出項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)所需的工程量計(jì)算書（包括封面、說明、圖紙清單、工程量量匯總、底稿），以達(dá)到提高項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)工程量計(jì)算工作效率的總體要求[1]。

依據(jù)預(yù)先設(shè)置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、工程量數(shù)據(jù)庫、預(yù)算定額規(guī)則庫、工程量清單規(guī)則庫以及工程量計(jì)算規(guī)則庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)后智能得到安裝工程工程量清單工程量、預(yù)算定額工程量并智能生成相關(guān)報(bào)表信息，具體流程如圖1。

圖1 流程圖

4.智能算量開發(fā)思路

工程量計(jì)算書主要由圖紙上工程項(xiàng)目中各子項(xiàng)對(duì)應(yīng)屬性、材料量及分部分項(xiàng)工程量清單中相關(guān)數(shù)據(jù)組成，工程項(xiàng)目中各子項(xiàng)對(duì)應(yīng)信息表主要來源于模型或輸機(jī)信息。該軟件主要涉及專業(yè)有管道、通風(fēng)、電氣、儀控四個(gè)專業(yè)。下面以管道專業(yè)為例對(duì)軟件開發(fā)過程進(jìn)行介紹。

4.1 研究計(jì)算規(guī)則

對(duì)管道、通風(fēng)、電氣、儀控安裝工程核電工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)范（2021 版）相關(guān)要求及計(jì)算規(guī)則進(jìn)行研究。根據(jù)某核電項(xiàng)目安裝特點(diǎn)，分析管道、通風(fēng)、電氣、儀控安裝工程項(xiàng)目特征，建立工程量清單。以管道專業(yè)為例，包括但不限于一下內(nèi)容。

管道：按設(shè)計(jì)圖示管道中心線延長米計(jì)算，不扣除閥門、管件及在線部件長度，煨彎按兩管交叉中心線計(jì)算；

管件：按個(gè)計(jì)量，異徑管件按大管徑計(jì)量，對(duì)應(yīng)非本工程預(yù)制范圍的核2 級(jí)核3 級(jí)碳鋼管件，其安裝工程量按0.5 個(gè)計(jì)量；

支架以重量統(tǒng)計(jì)，重量必須和圖紙保持一致，膨脹螺栓按個(gè)計(jì)量；

法蘭：按副計(jì)量（一副兩個(gè)）。

4.2 計(jì)算書分析

根據(jù)項(xiàng)目要求，確定要輸出的工程量計(jì)算書格式及對(duì)應(yīng)參數(shù)要求。工程量計(jì)算書主要由圖紙上工程項(xiàng)目中各子項(xiàng)對(duì)應(yīng)屬性、材料量及分部分項(xiàng)工程量清單中相關(guān)數(shù)據(jù)組成。根據(jù)現(xiàn)有工程量計(jì)算書確定軟件輸出計(jì)算書格式，軟件輸出計(jì)算書格式要便于后續(xù)與現(xiàn)有工程量計(jì)算書對(duì)比分析即便于后續(xù)軟件校核模塊開發(fā)（目前校核模已開發(fā)完成）及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析[2]。

4.3 模型分析

確定需提取物項(xiàng)名稱：

根據(jù)分部分項(xiàng)工程清單，確定對(duì)應(yīng)工程需要統(tǒng)計(jì)的物項(xiàng)類型，結(jié)合模型逐一確認(rèn)各物項(xiàng)在模型中的對(duì)應(yīng)名稱屬性。

模型提取只針對(duì)已建模物項(xiàng)，如：鋼管（tube）、管件（擋板（plate）、堵頭（plug）短管（Ftube）、管接頭（coup）、管帽（cap）、連管節(jié)（coup）、三通（tee）、彎頭（elbow）、異徑接頭（reduce）、法蘭（flange）、凸耳、閥門（valve）、管座（olete）等。

確定各物項(xiàng)需提取屬性：

根據(jù)工程量計(jì)算書要求，確定需從模型提取的屬性名稱，并結(jié)合模型確認(rèn)各個(gè)屬性對(duì)應(yīng)BIM 中屬性名稱及具體位置，如表1。

4.4 軟件開發(fā)

模型插件開發(fā)：

模型插件開發(fā)分析模型中各物項(xiàng)及屬性關(guān)系，開發(fā)相關(guān)信息提取插件，并導(dǎo)出對(duì)應(yīng)信息，如表2。

表2 模型提取表

主題軟件開發(fā)：

分析各專業(yè)需要用到的數(shù)據(jù)表，以管道為例需要用到的輸入表格有：管道基礎(chǔ)信息表、大宗材料表、單價(jià)號(hào)字典、圖紙與計(jì)算書編號(hào)對(duì)應(yīng)表等，系統(tǒng)需要安裝MySQL 數(shù)據(jù)庫對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)方案中軟件基于C/S 架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。

分析模型導(dǎo)出表格與上游數(shù)據(jù)表格之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，例如可以通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中物料碼關(guān)聯(lián)大宗材料表中單重以及單價(jià)號(hào)字典中的單價(jià)號(hào)，設(shè)置對(duì)應(yīng)計(jì)算規(guī)則，開發(fā)對(duì)應(yīng)主體算量軟件，最終生成我們需要的工程量計(jì)算書[3]。

5.軟件功能介紹

智能算量軟件可分賬號(hào)登陸，主要為超級(jí)管理員賬號(hào)、各專業(yè)賬號(hào)，其中超級(jí)管理員賬號(hào)主要的權(quán)限功能包含組織機(jī)構(gòu)，用戶管理，項(xiàng)目管理，角色管理和權(quán)限管理，通過配置角色的權(quán)限給不同的用戶賬戶分配不同的權(quán)限，一個(gè)用戶賬戶可以有一個(gè)或多個(gè)角色的權(quán)限，從而使用戶賬號(hào)能管理到對(duì)應(yīng)的專業(yè)模塊。超級(jí)管理賬號(hào)也可執(zhí)行各專業(yè)賬號(hào)下的所有功能操作。

各專業(yè)賬號(hào)用于各專業(yè)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及工程量計(jì)算書的導(dǎo)出工作，主要具備以下功能：

（1）一鍵生成：輸入計(jì)算報(bào)告號(hào)，軟件可一鍵生成對(duì)應(yīng)工程量計(jì)算書；

（2）在線編輯：對(duì)于生成的工程量計(jì)算書，可在軟件底稿進(jìn)行刪除、新增、修改等功能；

（3）自動(dòng)套價(jià)：對(duì)于單價(jià)號(hào)字典里沒有對(duì)應(yīng)物項(xiàng)，可手動(dòng)輸入單價(jià)號(hào)軟件自動(dòng)帶出對(duì)應(yīng)項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目特征描述；

（4）數(shù)據(jù)篩選：可對(duì)計(jì)算書中數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、查詢；

（5）一鍵更新：對(duì)底稿修改后，點(diǎn)擊一鍵更新即可自動(dòng)更新工程量匯總表及對(duì)應(yīng)工程量清單；

（6）自動(dòng)校核:通過上傳待校核工程量計(jì)算書，點(diǎn)擊校核文件，軟件可對(duì)待校核文件進(jìn)行自動(dòng)校核。

6.建模規(guī)則

通過模型計(jì)算工程量，首先要解決的問題就是建模規(guī)則，如果按照現(xiàn)有BIM 模型自身建模規(guī)則，提取出來的信息直接用于工程量計(jì)算會(huì)與實(shí)際工程量存在差異。

管道延長米、部分管材制部件如護(hù)板、加強(qiáng)板、假三通等需要按照計(jì)量清單要求進(jìn)行建模，需要計(jì)量的焊口需按照計(jì)量清單要求設(shè)置對(duì)應(yīng)管件標(biāo)識(shí)等。計(jì)量用基礎(chǔ)信息的獲取均來自模型，如果建模不完整或者提取不全，直接影響工程量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性[4]。

通風(fēng)、電氣、儀表專業(yè)建模均需按照計(jì)量清單要求進(jìn)行建模，對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置需完整。按照工程量清單要求進(jìn)行建模的各個(gè)專業(yè)，模型提取的計(jì)量用數(shù)據(jù)可直接用于算量主題軟件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，經(jīng)與原計(jì)算報(bào)告對(duì)比，精確度滿足要求。

7.智能算量帶來的效益

智能算量軟件可以解決華龍一號(hào)施工圖設(shè)計(jì)階段工程量量統(tǒng)計(jì)需求，如需用于其他階段工程量統(tǒng)計(jì)，要需要根據(jù)對(duì)應(yīng)階段工程量特點(diǎn)，因地制宜，研究對(duì)應(yīng)解決方案。

目前該軟件已在部分項(xiàng)目開展使用，此算量軟件可在局部范圍實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電腦共享使用，可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)使用，數(shù)據(jù)共享且互不影響。

通過智能算量技術(shù)成果應(yīng)用，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的，較人工處理表格方式生成工程量計(jì)算書效率提高40%，較采用人工拔圖統(tǒng)計(jì)工程量生成工程量計(jì)算書的效率提高200%。在這個(gè)核電大發(fā)展的時(shí)代里，三維模型的使用率越來越高，合理利用模型已有數(shù)據(jù)進(jìn)行智能算量，將大大降低企業(yè)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

8.前景展望

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能信息技術(shù)在諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目智能信息化、信息化處理正在快速成為當(dāng)今的主流趨勢(shì)。尤其是核電項(xiàng)目，建設(shè)周期長、投資大、施工工藝復(fù)雜、涵蓋施工專業(yè)全且各專業(yè)交叉作業(yè)，造成工程量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)需要大量的人力支持，并且工程量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和及時(shí)性并不能完全滿足核電項(xiàng)目建設(shè)過程中的需求。核電智能算量可以有效的解決當(dāng)前核電行業(yè)所面臨的這一瓶頸問題，在充分提高生產(chǎn)效率的同時(shí)大大降低人工成本。

無紙化施工將是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向，主要通過BIM 模型來滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝需要。核電各個(gè)階段圖紙信息將全部在BIM 模型中展現(xiàn)，通過智能算量軟件方便、快捷、準(zhǔn)確的通過BIM 模型實(shí)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)將是未來發(fā)展的重要方向。

核電智能算量軟件可以解決核電項(xiàng)目BIM 模型中已有數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的工程量的需求。在處理未建模物項(xiàng)時(shí)，還需要根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，因地制宜，研究對(duì)應(yīng)解決方案。后續(xù)將以此為切入點(diǎn)，向多個(gè)核電項(xiàng)目推廣，不斷優(yōu)化計(jì)算方法，增加輸出信息量。