關(guān)俊濤，丁金聽，楊建光

(1.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

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基于BIM模型的工廠設(shè)備信息分類編碼技術(shù)研究

關(guān)俊濤1, 2，丁金聽1，楊建光1

(1.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

摘要：為實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段設(shè)備信息的傳遞共享，消除信息孤島，開展了基于BIM模型的設(shè)備信息分類編碼技術(shù)研究。提出了從功能、物理位置、邏輯位置和屬性等方面描述設(shè)備信息的分類模型，制定了適宜于工廠建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)備信息編碼規(guī)則，開發(fā)了基于Revit平臺(tái)的編碼軟件，自動(dòng)生成全廠的設(shè)備信息編碼。以某卷煙廠建設(shè)項(xiàng)目為例，開展了設(shè)備信息的分類編碼工作，獲得了全面準(zhǔn)確的工廠設(shè)備信息編碼數(shù)據(jù)庫，為不同管理信息系統(tǒng)間的信息共享與集成奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM；全生命周期；二次開發(fā)；分類；編碼

1信息分類與編碼簡(jiǎn)介

信息分類與編碼是各類信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息表達(dá)、交換、管理和集成的基礎(chǔ)，是信息系統(tǒng)相互溝通的橋梁和紐帶[1]。隨著企業(yè)對(duì)信息化建設(shè)及管理的日益重視，許多制造企業(yè)都開展了信息分類編碼工作[2-3]；但多數(shù)是在建設(shè)項(xiàng)目完成后進(jìn)行信息采集、收集和整理，可能出現(xiàn)信息采集困難、重復(fù)采集和信息疏漏等問題。此外，為滿足信息系統(tǒng)功能需求而設(shè)計(jì)的相互孤立的信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)是信息孤島產(chǎn)生的原因之一?；谕粩?shù)據(jù)源和統(tǒng)一的信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)，建立全面、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的工廠設(shè)備信息編碼數(shù)據(jù)庫，將為各種管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用和集成奠定基礎(chǔ)。

隨著信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM(Building Information Modeling)技術(shù)以其貫穿全生命周期信息的理念獲得了國(guó)內(nèi)外的廣泛認(rèn)同[4-5]。BIM模型中包含設(shè)備全生命周期內(nèi)的各種信息，可為項(xiàng)目參與各方提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)訪問。由于所有信息都基于同一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫，以BIM模型為信息源進(jìn)行分類編碼工作，有利于保證編碼的完整性、一致性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性[6]。因?yàn)锽IM模型對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的表現(xiàn)是三維的，以其作為信息源進(jìn)行分類編碼工作還可降低信息編碼和解碼的難度。

統(tǒng)一的信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)是信息分類編碼的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外已建立了較為完備的建設(shè)信息分類編碼體系，但其應(yīng)用目的、信息范圍和組織形式存在差異。為實(shí)現(xiàn)集成化管理，近年來，建設(shè)信息分類編碼體系呈現(xiàn)出信息范圍全面化、全方位化和全生命周期化的趨勢(shì)。然而，新型建設(shè)信息分類編碼體系自身還不完整，仍在不斷修訂和完善[7]。現(xiàn)有建設(shè)信息分類編碼體系多集中于建筑物本身及其附屬設(shè)施的編碼，對(duì)工廠建設(shè)項(xiàng)目的指導(dǎo)性不夠，主要是編碼系統(tǒng)性不足，涉及面較為寬泛，缺乏專用工藝設(shè)備編碼，難以做到一一對(duì)應(yīng)。

本文提出一種適宜于工廠設(shè)備信息的分類編碼規(guī)則，開發(fā)基于BIM模型的信息分類編碼系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于某卷煙廠建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)備信息分類編碼工作，建立全面準(zhǔn)確的設(shè)備信息編碼數(shù)據(jù)庫。

2設(shè)備信息分類編碼規(guī)則

建立信息分類編碼規(guī)則是分類編碼工作應(yīng)解決的首要問題[8]。為實(shí)現(xiàn)工廠建設(shè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)設(shè)備信息編碼的傳遞共享，本文從設(shè)計(jì)階段的信息出發(fā)，將設(shè)備信息分為功能、物理位置、邏輯位置和屬性四大類，且每個(gè)大類又可進(jìn)一步細(xì)分。采用線分法和面分法相結(jié)合的分類方法，以設(shè)備功能和空間信息為分類依據(jù)，建立設(shè)備信息的分類模型(見圖1)。

為提高計(jì)算機(jī)處理編碼的效率，便于統(tǒng)計(jì)和分析，編碼時(shí)采用結(jié)構(gòu)化的有含義碼；同時(shí)，為兼顧人工識(shí)別的需要，選用數(shù)字、大寫字母混合的編碼類型。根據(jù)建立的設(shè)備信息分類模型，分別制定功能、物理位置、邏輯位置和屬性信息的編碼規(guī)則(見圖2)。

圖1　設(shè)備信息分類模型

圖2　設(shè)備信息編碼規(guī)則

3設(shè)備信息分類編碼系統(tǒng)

在制定分類編碼規(guī)則的基礎(chǔ)上，開發(fā)軟件工具自動(dòng)生成編碼是分類編碼工作應(yīng)解決的另一難題。下述從體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)兩方面介紹開發(fā)的設(shè)備信息分類編碼系統(tǒng)。

3.1體系結(jié)構(gòu)

基于BIM模型的設(shè)備信息分類編碼系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。根據(jù)設(shè)備特征定義編碼規(guī)則(流水碼編制方式和特殊設(shè)備編碼約定等)，建立編碼規(guī)則庫。以BIM模型為信息來源，結(jié)合編制的編碼索引庫，通過軟件自動(dòng)生成編碼。新生成的編碼必須在檢驗(yàn)是否符合編碼規(guī)則和唯一性后才可應(yīng)用。參建各方的數(shù)據(jù)庫操作人員根據(jù)相應(yīng)權(quán)限進(jìn)行查詢、解碼及管理操作。

圖3　分類編碼系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3.2關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1基于BIM模型的空間劃分與編碼

空間位置信息從工廠建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段開始出現(xiàn)，一直應(yīng)用于施工和后期運(yùn)維階段，是全生命周期內(nèi)最穩(wěn)定和最本質(zhì)的特征之一。實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部空間的劃分與編碼，將為設(shè)備的安裝、管理和維護(hù)提供便利。

本文以工廠BIM模型(土建模型)為空間編碼依據(jù)，按照建筑物→分區(qū)→樓層→空間(房間)的層次結(jié)構(gòu)對(duì)空間進(jìn)行劃分、識(shí)別和編碼。首先，添加輔助線，以通道為依據(jù)將分區(qū)劃分為多個(gè)形狀規(guī)則的塊；然后，沿水平軸網(wǎng)按照從上到下，從左向右順序搜索塊內(nèi)部空間并賦以編碼，編碼的起始流水號(hào)可自行指定，隨后自動(dòng)遞增，全部塊內(nèi)部空間編碼完成后，再對(duì)通道進(jìn)行編碼；最后，檢驗(yàn)編碼是否符合規(guī)則及有無疏漏，同時(shí)驗(yàn)證編碼的唯一性，符合標(biāo)準(zhǔn)后存入數(shù)據(jù)庫。

在C#環(huán)境下，利用Revit提供的API(Application Programming Interface)進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM模型中空間的自動(dòng)劃分與編碼。

3.2.2基于BIM模型的設(shè)備識(shí)別與編碼

在建筑物內(nèi)部空間劃分與編碼的基礎(chǔ)上，對(duì)BIM模型中各空間內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行識(shí)別與編碼。本文對(duì)未包含設(shè)備信息的土建模型進(jìn)行空間劃分編碼，將包含設(shè)備的機(jī)電模型同土建模型鏈接，比對(duì)機(jī)電模型中設(shè)備的空間坐標(biāo)和土建模型中劃分空間的坐標(biāo)范圍。如果設(shè)備的中心坐標(biāo)在某一空間的三維坐標(biāo)范圍內(nèi)，則認(rèn)為設(shè)備位于該空間內(nèi)部，空間編碼即設(shè)備的物理位置編碼。

設(shè)備功能編碼按照專業(yè)→系統(tǒng)→設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)編制，如果僅標(biāo)記一個(gè)系統(tǒng)，則系統(tǒng)流水號(hào)可以省略。設(shè)備流水號(hào)可以按照系統(tǒng)從1開始編制，也可以按照房間從1開始編制，具體規(guī)則由參建各方共同商定。在編制設(shè)備的物理位置和功能編碼后，將其組合作為設(shè)備在全廠范圍內(nèi)的唯一標(biāo)識(shí)，同其他類型編碼和信息關(guān)聯(lián)。

本文在C#環(huán)境下，利用Revit提供的API進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM模型中各劃分空間內(nèi)部設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別與編碼。

3.2.3AutoCAD圖樣中表格信息提取

受到表現(xiàn)形式的限制，BIM模型中未包含連接設(shè)備→配電箱和配電箱→配電箱的線纜信息，應(yīng)從AutoCAD圖樣中自動(dòng)或手動(dòng)提取信息，以生成邏輯位置編碼。建立AutoCAD圖樣、編碼信息和編碼系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)模型(見圖4)。從AutoCAD圖樣的電氣系統(tǒng)圖中，批量提取設(shè)備編號(hào)、端口編號(hào)、回路編號(hào)、設(shè)備名稱和設(shè)備編號(hào)等信息，其中，(上)表示上游設(shè)備，(下)表示下游設(shè)備。由于編制的設(shè)備功能編碼同設(shè)計(jì)圖樣中的設(shè)備編號(hào)和BIM模型中的空間編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提取的相關(guān)信息可按照位置→功能→端口的層次結(jié)構(gòu)生成設(shè)備的邏輯位置編碼。

目前，已有許多在AutoCAD平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)AutoCAD同管理信息系統(tǒng)集成的研究[9]。本文在C#環(huán)境下開發(fā)Object ARX程序提取AutoCAD圖樣中的表格信息，其工作流程如下：刪除表格中非表格線的其他圖形(主要是圖例)；根據(jù)表格線中的橫線和豎線，計(jì)算表格的行數(shù)和列數(shù)，以及每一行的豎坐標(biāo)，每一列的橫坐標(biāo)；根據(jù)文字的坐標(biāo)計(jì)算文字所在的行和列；根據(jù)文字的行、列坐標(biāo)導(dǎo)出信息至Excel。

圖4　AutoCAD圖樣、編碼信息和編碼系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)模型

4系統(tǒng)應(yīng)用案例

下述以某卷煙廠建設(shè)項(xiàng)目為例，闡述設(shè)備信息分類編碼工作的實(shí)施流程，驗(yàn)證開發(fā)的信息分類編碼系統(tǒng)。

4.1設(shè)備信息分類編碼流程

為獲取全面、準(zhǔn)確的工廠設(shè)備信息編碼數(shù)據(jù)庫，以工廠BIM模型為主要數(shù)據(jù)來源，以AutoCAD圖樣為補(bǔ)充數(shù)據(jù)源，結(jié)合制定的分類編碼規(guī)則和編制的設(shè)備、建筑物索引庫，建立編碼系統(tǒng)，由參建各方共同完成設(shè)備信息的分類編碼工作。建立編碼系統(tǒng)的主要功能如下：1)可定制適合工廠的編碼規(guī)則，按照規(guī)則自動(dòng)生成正確編碼；2)能保證所有數(shù)據(jù)的唯一性和一致性；3)可根據(jù)要求統(tǒng)計(jì)已編碼對(duì)象的各種信息；4)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)用戶賦予不同的數(shù)據(jù)庫權(quán)限，編碼主導(dǎo)單位具有所有權(quán)限，而一般單位僅具備查詢、獲取及補(bǔ)充信息的權(quán)限。設(shè)備信息分類編碼工作的實(shí)施流程如圖5所示。

圖5　設(shè)備信息分類編碼實(shí)施流程圖

4.2空間劃分與編碼

利用開發(fā)的空間編碼功能，實(shí)現(xiàn)工廠BIM模型內(nèi)部空間的劃分與編碼。卷煙廠動(dòng)力中心某區(qū)域空間劃分與編碼結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，開發(fā)的分類編碼軟件能夠自動(dòng)賦予分區(qū)內(nèi)所有空間唯一的編碼，且相鄰空間的編碼具有連續(xù)性。需要說明的是，根據(jù)空間高度的差別將空間分為房間和豎井兩大類，并分別編制順序號(hào)。

圖6　BIM模型中空間劃分及編碼結(jié)果

4.3設(shè)備信息編碼結(jié)果

在空間劃分編碼的基礎(chǔ)上，按照制定的設(shè)備編碼規(guī)則，對(duì)BIM模型中包含的所有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別編碼。在設(shè)備編碼的同時(shí)可自動(dòng)讀取各設(shè)備的物理位置編碼，并自動(dòng)存入設(shè)備的相應(yīng)參數(shù)(見圖7)。某建筑物內(nèi)部暖通專業(yè)通風(fēng)、防排煙系統(tǒng)涉及的部分設(shè)備編碼表如圖8所示。

4.4提取AutoCAD表格數(shù)據(jù)至Excel表格

為了提取設(shè)備→配電箱和配電箱→配電箱間的連接信息，利用二次開發(fā)的AutoCAD插件提取《XX系統(tǒng)配電系統(tǒng)圖》中的表格數(shù)據(jù)(見圖9)。其中，第1行“用途”為下游設(shè)備名稱，第3行為回路編號(hào)，第6行“備注”為下游設(shè)備的圖樣標(biāo)注，第2～第7列分別為上游設(shè)備的第1～第6個(gè)端口，手動(dòng)添加上游設(shè)備名稱和編號(hào)后即形成了完善的邏輯位置編碼信息。

圖7　Revit模型中設(shè)備信息編碼結(jié)果

圖8　工廠部分設(shè)備編碼表

圖9　提取AutoCAD表格信息至Excel表格

5結(jié)語

本文提出了從功能、物理位置、邏輯位置和屬性等方面描述設(shè)備信息的分類模型，建立了設(shè)備信息分類編碼規(guī)則。開發(fā)了基于BIM模型的設(shè)備信息分類編碼系統(tǒng)?；赗evit平臺(tái)進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了BIM模型內(nèi)部空間的劃分編碼與空間內(nèi)部設(shè)備的識(shí)別與編碼。基于AutoCAD平臺(tái)進(jìn)行了二次開發(fā)，將設(shè)計(jì)圖樣中表格數(shù)據(jù)提取至Excel表格。最后，以某卷煙廠建設(shè)項(xiàng)目的為例，開展了設(shè)備信息分類編碼工作，驗(yàn)證了開發(fā)分類編碼系統(tǒng)的有效性。

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責(zé)任編輯馬彤

Research on BIM-based Equipment Information Classifying and Coding Technology for Plant Construction Project

GUAN Juntao1, 2, DING Jinting1, YANG Jianguang1

(1.SIPPR Engineering Group Co., Ltd., Zhengzhou 450007, China; 2.School of Economics and Management,

Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract：In order to meet the requirements of information transferring and sharing among all the parties involved in the plant construction project, the research on BIM-based equipment information classifying and coding technology is proposed. The classifying model of equipment is presented, which contains information about function, location, logical location and attribute. The coding rules satisfying equipment information management requirement in the plant construction project is proposed. The coding software based on Revit is developed, which generates code automatically. The established information classifying and coding system has been used in a cigarette plant construction project. A comprehensive and accurate code database is obtained. It lays a solid foundation on information sharing and integration between different management information systems.

Key words:BIM, whole life cycle, secondary development, classifying, coding

收稿日期：2015-07-28

作者簡(jiǎn)介：關(guān)俊濤(1983-),男，博士后，工程師，主要從事數(shù)字化工廠、信息分類與編碼技術(shù)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TP 391.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A