／國網(wǎng)上海市電力公司技術(shù)經(jīng)濟研究院 何真珍／

輸變電工程數(shù)字化移交規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)及對象擴展研究

／國網(wǎng)上海市電力公司技術(shù)經(jīng)濟研究院 何真珍／

本文以數(shù)字化移交為宗旨，以IFC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)展開，重點對輸變電工程數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)及IFC實體對象擴展進(jìn)行研究，解決了IFC在電器領(lǐng)域?qū)嶓w種類表達(dá)不足等問題，開發(fā)版本轉(zhuǎn)換工具軟件和校驗軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整移交。

輸變電工程；數(shù)字化移交；IFC

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)的建筑信息模型（BIM）是繼CAD（計算機輔助設(shè)計）技術(shù)后出現(xiàn)的建設(shè)領(lǐng)域的又一重要計算機應(yīng)用技術(shù)。BIM技術(shù)可應(yīng)用在建設(shè)和運營的各個環(huán)節(jié)，如業(yè)主、策劃、設(shè)計、施工、運營、維保等，現(xiàn)階段基于BIM技術(shù)的軟件平臺大部分都支持國際性的開放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工程項目對建設(shè)全生命周期中的信息協(xié)同與共享的要求。目前已有將BIM技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，并取得了一定的成果，如寧東-山東±660kV直流輸電示范工程（三維數(shù)字化移交）、天津永定河220kV變電站BIM設(shè)計應(yīng)用、甘肅省沙州750kV數(shù)字化變電站（BIM數(shù)字化移交）等。

1 超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化設(shè)計及移交

以BIM數(shù)據(jù)研究為核心，研究超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化全景平臺研究與應(yīng)用，從輸變電設(shè)施的BIM建模開始，到BIM數(shù)據(jù)移交，對基于BIM的輸變電設(shè)施數(shù)字化移交進(jìn)行了探討，其中的BIM數(shù)據(jù)采用符合IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是核心。通過對BIM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)研，本課題選取了IFC 2×4標(biāo)準(zhǔn)作為移交的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)校驗等。超大規(guī)模輸變電設(shè)施三維數(shù)字化全景平臺研究與技術(shù)路線如1所示。本文以數(shù)字化移交為目標(biāo)，全新地采用工業(yè)基礎(chǔ)類IFC標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)，可為輸變電設(shè)施的數(shù)字化移交提供研究基礎(chǔ)。

1）全生命期的輸變電設(shè)施數(shù)字化移交成果。為了使移交數(shù)據(jù)滿足全生命期需求，因此對移交數(shù)據(jù)需要一個嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，從模型的建立，設(shè)備命名，屬性表達(dá)等各個方面進(jìn)行規(guī)范化。模型以建筑信息模型LOD 300為基準(zhǔn)，確定輸變電設(shè)施數(shù)字化移交成果的具體內(nèi)容和深度。調(diào)研輸變電設(shè)施數(shù)字化移交的交流需求定義，包括建設(shè)生命周期中各專業(yè)的對象及其屬性交流需求；進(jìn)行輸變電設(shè)施設(shè)備分類，包括分類對象、分類方法、分類原則；對設(shè)備進(jìn)行獨立編碼，編碼主要包括設(shè)施設(shè)備分類代碼、設(shè)施設(shè)備具體號碼；滿足數(shù)字化移交的輸變電設(shè)施屬性信息，主要包括基本信息、幾何信息、關(guān)聯(lián)信息、屬性信息、運維信息等屬性。

2）研究IFC對輸變電設(shè)備實體及其屬性表達(dá)。主要進(jìn)行IFC標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容的研究，分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對輸變電設(shè)施設(shè)備對象實體及其屬性的表達(dá)，整理分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中所具有的輸變電設(shè)施設(shè)備實體對象；研究分析IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的對象集，根據(jù)數(shù)字化移交成果的研究，設(shè)置對象的分類與編碼；研究并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中輸變電設(shè)施移交實體的屬性信息，包括IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的屬性集結(jié)構(gòu)、數(shù)字化移交屬性需求、數(shù)字化移交屬性內(nèi)容。

3）研究電氣專業(yè)欠缺的IFC實體對象及屬性的擴展方法。結(jié)合IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對輸變電設(shè)施設(shè)備對象實體及其屬性的研究，研究IFC實體對象及其屬性的擴展方法，具體研究內(nèi)容包括：整理分析IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中所具有的輸變電設(shè)施設(shè)備，并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)所欠缺的數(shù)字化移交的IFC實體及其屬性；研究分析IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的對象集，以明確電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的分類與類型；研究并確定IFC標(biāo)準(zhǔn)中輸變電設(shè)施設(shè)備的屬性信息，包括基本信息、幾何信息、運維信息、關(guān)聯(lián)信息等；研究IFC標(biāo)準(zhǔn)中電氣專業(yè)設(shè)施設(shè)備的IFC實體對象欠缺的屬性信息，以及欠缺的IFC實體對象及其屬性的擴展方法。擴展技術(shù)路線圖見圖1。

圖 1 擴展技術(shù)路線圖

4）研究IFC版本轉(zhuǎn)換方法。移交的數(shù)據(jù)是基于IFC4版本的，而當(dāng)前使用的三維建模軟件導(dǎo)出的是IFC 2×3版本的IFC文件，版本的變化導(dǎo)致部分實體的表達(dá)方式發(fā)生了變化，因此需要進(jìn)行版本之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。每一種族包含有不同族類型的構(gòu)件，這些構(gòu)件在Revit中輸出的IFC實體是一樣的。不同的族一般對應(yīng)不同的IFC實體，但是也可能會對應(yīng)到相同的IFC實體。族類型及IFC實體表達(dá)實例見表1，對Revit中輸出的族文件與其對應(yīng)的IFC實體進(jìn)行了對比。

表 1 族類型及IFC實體表達(dá)實例

如變壓器和接地變壓器在Revit中是不同的族類型，在IFC 2×4中對應(yīng)的都是實體IfcTransformer；而導(dǎo)體、預(yù)制式導(dǎo)體、電力電纜、電力電纜終端在Revit中是不同的族類型，在IFC 2×4中都對應(yīng)的都是實體IfcCableSegment。

不同的族類型與IFC 2×4中已有的IFC實體之間的對應(yīng)關(guān)系例如：“變壓器”在IFC 2×3中的實體名稱是“IfcBuildingElementProxy”，而在 IFC 2×4中實體名稱是“IfcTransformer”，因此需要列出不同版本的實體對照表。

在測試中發(fā)現(xiàn)IFC 2×3版本所提供的電氣專業(yè)的實體不足以對族文件進(jìn)行具體細(xì)化的區(qū)分，從族文件到IFC 2×3的實體存在多對一的對應(yīng)關(guān)系。因此，首先要識別出IFC 2×3版本中的實體所表示的設(shè)施設(shè)備族文件。

如果要從某一個IFC 2×3實體中識別不同的族文件，應(yīng)該根據(jù)name欄中的的字符串來做判斷。判斷出族文件所代表的設(shè)施設(shè)備后，就可以把IFC 2×3版本中的實體替換成IFC 2×4版本中該族文件所對應(yīng)的實體。

2 對IFC文件進(jìn)行有效性評價的軟件系統(tǒng)

為檢驗數(shù)字化移交成果IFC文件是否滿足數(shù)字化移交的要求，研究開發(fā)能對IFC文件進(jìn)行有效性評價的軟件，并對不符合要求的IFC文件提供相應(yīng)的評估與完善報告。

2.1 校驗原理

模型數(shù)據(jù)校驗的原理見圖2，這是基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)工程信息模型數(shù)據(jù)校驗的原理圖。

圖2 模型數(shù)據(jù)校驗的原理

2.2 校驗數(shù)據(jù)的提取和計算

有效的IFC數(shù)據(jù)文件進(jìn)入校驗系統(tǒng)后，校驗系統(tǒng)根據(jù)校驗規(guī)則對文件的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取和計算，校驗文件中的電氣實體以及實體的屬性。

實體校驗規(guī)則規(guī)定了實體的命名標(biāo)準(zhǔn)，在IFC標(biāo)準(zhǔn)中實體的名稱通過直接屬性Name表達(dá)，在物理文件中，每一條IFC語句表示一個IFC實體，語句后面括號的內(nèi)容是該實體的直接屬性和導(dǎo)出屬性的屬性值，實體的名稱信息就是實體后面括號內(nèi)的第三個屬性值。校驗系統(tǒng)對符合命名規(guī)則的實體進(jìn)行統(tǒng)計和計算，并將目標(biāo)實體的統(tǒng)計數(shù)量寫出校驗報告。對實體的校驗算法如3所示。

圖 3 實體校驗算法

擬開發(fā)的對IFC文件進(jìn)行檢驗的軟件系統(tǒng)，主要功能如下。IFC文件輸入輸出：可將現(xiàn)階段主流設(shè)計軟件（如Revit、ArchiCAD、MagiCAD等）導(dǎo)出的IFC文件進(jìn)行識別，導(dǎo)入系統(tǒng)平臺，經(jīng)處理后導(dǎo)出IFC數(shù)據(jù)格式文件；IFC數(shù)據(jù)庫模塊：主要處理IFC文件在數(shù)據(jù)庫中的存儲與管理，便于用戶使用系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)庫中的IFC文件；IFC文件檢驗與評估模塊：主要處理導(dǎo)入的各專業(yè)IFC文件的檢驗與評估，包括IFC實體對象及其屬性、關(guān)聯(lián)等檢驗。校驗的結(jié)果如表2～4所示

表2 實體校驗結(jié)果舉例表

表 3 實體屬性校驗結(jié)果舉例表

表 4 錯誤總結(jié)報告結(jié)果舉例表

IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫穿于工程項目的全生命期，可作為數(shù)字化移交的數(shù)據(jù)表達(dá)格式?；贗FC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，研究并編制輸變電設(shè)施數(shù)字化移交的示范IFC文件，包括滿足項目設(shè)計階段、施工階段、竣工階段各專業(yè)數(shù)字化移交的IFC文件。

3 結(jié)束語

輸變電工程數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)電氣專業(yè)IFC實體對象擴展研究部分，建立基于IFC的數(shù)字化移交有利于規(guī)范輸變電設(shè)施的分類與編碼系統(tǒng)，建立具有唯一性、擴展性、規(guī)范性、適應(yīng)性等特點的分類編碼體系。同時，基于IFC的數(shù)字化移交規(guī)范化交付使用設(shè)施設(shè)備的屬性信息，構(gòu)建完備的輸變電設(shè)施數(shù)據(jù)庫，為后期運營維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。研究IFC版本差異，研究IFC標(biāo)準(zhǔn)在電器領(lǐng)域的擴展，解決IFC在電器領(lǐng)域?qū)嶓w種類表達(dá)不足等問題，開發(fā)版本轉(zhuǎn)換工具軟件和校驗軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整移交。