張夢琳

（國網(wǎng)冀北電力有限公司管理培訓中心，北京 102401）

輸變電工程三維數(shù)字化設(shè)計是利用數(shù)字化設(shè)計手段實現(xiàn)設(shè)計對象的可視化、數(shù)字化和信息化。設(shè)計是輸變電工程信息的源頭，數(shù)字化設(shè)計成果能作為開放式的信息載體在設(shè)計、建管、物資、運行等各單位之間進行傳遞和共享，實現(xiàn)工程建設(shè)中不同階段、不同信息需求方之間的信息協(xié)同，促進工程項目的全生命周期管理[1-2]。編碼是輸變電工程建模的基礎(chǔ)，將為各個階段的系統(tǒng)提供模型關(guān)聯(lián)關(guān)系和邏輯關(guān)系，方便檢索和查詢，促進信息的采集和挖掘，同時合理和統(tǒng)一的編碼是確保在工程項目全生命周期中信息唯一性、可識性和共享性的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)電網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的編碼標準體系眾多，適用于不同行業(yè)和專業(yè)。例如國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)調(diào)度運行采用《電力系統(tǒng)部分設(shè)備統(tǒng)一編號準則》[3](SD 240-87)，物資采購采用Q/GDW 1936-2013《國家電網(wǎng)公司物料主數(shù)據(jù)分類與編碼規(guī)范》[4]，資產(chǎn)管理采用《電網(wǎng)資產(chǎn)實物“ID”編碼規(guī)范》[5]，電網(wǎng)工程數(shù)字化移交采用《電網(wǎng)三維模型第1 部分：模型分類與編碼》[6]。同時行業(yè)的層面又有國家標準《電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)范》[7]。不同的編碼標準是輸變電工程的不同參與方根據(jù)各自需要進行編制的，編碼邏輯已經(jīng)與代碼結(jié)構(gòu)不盡相同，同時也未考慮代碼之間的接口，缺乏通用性，難以實現(xiàn)在輸變電工程全生命周期過程中的信息交換和共享。迫切需要建立一種能兼容現(xiàn)有編碼標準同時能貫穿輸變電工程全生命周期的編碼體系[8]。

該文在研究輸變電工程現(xiàn)有編碼體系的基礎(chǔ)上，提出輸變電工程三維模型分類編碼方法，確保在設(shè)計階段形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，以實現(xiàn)工程全壽命周期內(nèi)信息的唯一性和可追溯性。同時研究三維模型分類編碼方法與現(xiàn)有編碼體系相互融合的可行性以及接口技術(shù)，促進數(shù)字化設(shè)計編碼方法的推廣和應(yīng)用。

1 輸變電工程現(xiàn)有編碼規(guī)范

1.1 物資與物料編碼

2014 年1 月，國家電網(wǎng)公司發(fā)布并實施《國家電網(wǎng)公司物料主數(shù)據(jù)分類與編碼規(guī)范》。物資分類與編碼遵循統(tǒng)一分類、分類唯一、實用、繼承原則。規(guī)范將所有物料分門別類，共分為3 個級別：大類、中類、小類，通過該分類，可以將物資細化到具體的設(shè)備。同時通過多項主要屬性參數(shù)來定義一條具體物料，其中每一項參數(shù)都被稱為一個特征項，由于參數(shù)不同，每個特征項下可能包含多個數(shù)值，每一個數(shù)值被稱為一個特征值。針對某一個小類，在每一個特征項下分別選擇一個特征值組合起來，即形成一條物料。通過生成一個9 位數(shù)字的流水編碼與設(shè)備的唯一物料進行對應(yīng)，就生成了設(shè)備的唯一物料編碼。物料編碼只在物資招標、采購、管理中使用，需要和物料主數(shù)據(jù)庫對應(yīng)，流水編碼本身不具備可讀性。

物資與物料編碼組成及對應(yīng)關(guān)系如圖1 所示。

圖1 物資與物料編碼的組成格式

1.2 調(diào)度編碼

調(diào)度編碼主要針對電力系統(tǒng)調(diào)度運行設(shè)計，采用《電力系統(tǒng)部分設(shè)備統(tǒng)一編號準則》。該編碼針對母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、發(fā)電機和變壓器等涉及電氣投切、輸入輸出的設(shè)備[9-12]。調(diào)度編碼由代碼編號和設(shè)備名稱兩部分組成。設(shè)備名稱按“電力系統(tǒng)調(diào)度術(shù)語”命名，其文字符號按有關(guān)設(shè)備術(shù)語的漢語拼音字母縮寫而成，編碼字符包含數(shù)字和字母，由于電壓等級、設(shè)備名稱不同，調(diào)度編碼長度不統(tǒng)一。目前，編碼僅對330 kV 以上電壓等級進行了規(guī)范，330 kV 及以下電壓等級各省均有所差異，調(diào)度編碼無法統(tǒng)一。

1.3 電網(wǎng)資產(chǎn)管理實物ID編碼

電網(wǎng)資產(chǎn)的范圍為電網(wǎng)企業(yè)所管轄的與資產(chǎn)管理活動相關(guān)的所有固定資產(chǎn)，包括電廠設(shè)備、電網(wǎng)一次設(shè)備、廠站自動化系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、繼電保護及安全自動裝置、電力通信設(shè)備、自動控制設(shè)備等。通過引入的設(shè)備實物標識編碼，對電網(wǎng)資產(chǎn)管理實物進行唯一、終身的身份標識。電網(wǎng)資產(chǎn)實物ID 的編碼規(guī)則由24 位十進制數(shù)據(jù)組成，代碼結(jié)構(gòu)由4 部分構(gòu)成，即2 位省公司代碼+2 位屬性碼+隨機碼+1 位校驗碼。實物ID 編碼示例如圖2 所示。實物ID具有終生唯一的特點，生成后由廠家附加在設(shè)備銘牌上，目前僅涵蓋14 類設(shè)備。

圖2 實物ID編碼示例

1.4 電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼

電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼（《GB/T 51061-2014 電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)范》）是按KKS 編碼的結(jié)構(gòu)框架對電網(wǎng)工程中各系統(tǒng)、設(shè)備、部件按照生產(chǎn)工藝和安裝位置等特點進行分類和編碼[13]。電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼可以完整表達電網(wǎng)工程中的任何功能點位及系統(tǒng)，可應(yīng)用于全生命周期的管理，具有唯一性，以及功能、邏輯位置、物理位置可追溯性。電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼分為3 種不同類型標識：工藝相關(guān)標識、安裝點標識、位置標識。編碼結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼格式

1.5 電網(wǎng)三維模型編碼

國家電網(wǎng)公司2014 年1 月發(fā)布了《電網(wǎng)三維模型第1 部分：模型分類與編碼》為統(tǒng)一電網(wǎng)三維模型建模的技術(shù)要求，促進電網(wǎng)三維模型在電網(wǎng)建設(shè)、運行和管理等領(lǐng)域的應(yīng)用，推進電網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標準化，實現(xiàn)模型的共享、共用。對電網(wǎng)三維管理應(yīng)用中的設(shè)備設(shè)施模型進行分類和編碼。首先，應(yīng)根據(jù)表現(xiàn)等級和應(yīng)用類別進行基本劃分，然后，根據(jù)設(shè)備電壓等級、設(shè)備類別等特點進行子類劃分。表現(xiàn)等級分為基礎(chǔ)模型、標準模型、精細模型。應(yīng)用類別分為五大類：輸電線路模型、站內(nèi)設(shè)備模型、監(jiān)測裝置模型、通信設(shè)備模型和電網(wǎng)公共設(shè)施模型。

編碼原則采用線性分類法和分層編碼方法，按“表現(xiàn)等級和應(yīng)用類別_設(shè)備類別_電壓等級_設(shè)備型號_廠家代碼_順序號”的方式進行編碼，每層編碼使用“_”連接，編碼使用1 位以上英文字母、阿拉伯數(shù)字、羅馬數(shù)字及間隔符（非下劃線）表示。

2 輸變電工程三維模型分類編碼方法

2.1 編碼規(guī)則

對于工程的全生命周期來說，設(shè)計是工程建設(shè)的起點，輸變電工程三維模型分類編碼應(yīng)該要貫穿整個工程全生命周期，不僅要確保在設(shè)計過程中具備標識的唯一性和可識性，同時應(yīng)滿足工程建設(shè)和運行維護過程中信息的唯一性、可識性和共享性[14]。與此同時，編碼作為建模的基礎(chǔ)，應(yīng)不僅能標識物理模型，還應(yīng)該為各階段系統(tǒng)提供模型關(guān)聯(lián)關(guān)系和邏輯關(guān)系，方便檢索和查詢，促進信息的采集和挖掘[15]。

從目前輸變電工程已有的編碼規(guī)范來看，物料編碼為純數(shù)字的流水碼，只是對物料按順序進行排列，不具備可讀性。物資編碼是一個樹狀結(jié)構(gòu)，編碼的長度不統(tǒng)一；出現(xiàn)新設(shè)備或者新的特征項、特征值時需要隨時更新編碼數(shù)據(jù)庫，不方便管理；物資編碼體系中由于沒有流水碼，就會出現(xiàn)具有相同參數(shù)的同一類設(shè)備對應(yīng)一個物資編碼，無法對單個設(shè)備進行唯一標識。

調(diào)度編碼只針對變電站內(nèi)的調(diào)度管理部門關(guān)心的部分設(shè)備，范圍沒有覆蓋整個輸變電工程，同時調(diào)度編碼的長短不一致，還存在不同區(qū)域電網(wǎng)對設(shè)備標識規(guī)則不統(tǒng)一，編碼的管理和延伸擴展很困難的問題。

電網(wǎng)資產(chǎn)管理實物ID 編碼對國網(wǎng)下屬不同省網(wǎng)公司和不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的電網(wǎng)資產(chǎn)進行分類，確定其產(chǎn)權(quán)歸屬。雖然能實現(xiàn)對設(shè)備的唯一標識，但分類太過粗放，編碼以流水碼為主，所含信息太少，不具備可讀性，且目前僅涵蓋14 類設(shè)備。

電網(wǎng)三維模型編碼長度不統(tǒng)一，只對物理模型進行標識，沒有描述與系統(tǒng)和部件的關(guān)系，無法追溯邏輯位置，以站內(nèi)設(shè)備模型編碼為例，編碼中需要描述設(shè)備的型號和廠家代碼，導(dǎo)致編碼在設(shè)計的不同階段不統(tǒng)一，無法貫穿工程的全生命周期，不便管理。

電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼是對電網(wǎng)工程的系統(tǒng)和設(shè)備進行分類與編碼標識，符合唯一性，并可追溯其功能、物理位置、邏輯位置，滿足電網(wǎng)工程建設(shè)和運行維護的要求，特點是可以完整表達電網(wǎng)工程中的任何功能點位及系統(tǒng)，并且能貫穿電網(wǎng)全生命周期。

綜上所述，調(diào)度碼只針對開關(guān)類設(shè)備，物料編碼和電網(wǎng)三維模型只針對單個設(shè)備，實物ID 編碼隨機性大，只有電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼能貫穿輸變電工程全生命周期。

輸變電工程三維模型分類編碼的基本要求是要建立一種面向電網(wǎng)工程中的工藝系統(tǒng)、設(shè)備、材料、設(shè)施及建構(gòu)筑物，貫穿電網(wǎng)工程設(shè)計、建設(shè)到運行維護管理的全生命周期[16]，標識物理模型及邏輯模型，能表征設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，應(yīng)盡可能方便地與現(xiàn)有的各種編碼方法進行對接的一種編碼方法。結(jié)合輸變電模型三維編碼的特點以及綜合分析目前各個編碼規(guī)則的優(yōu)缺點，輸變電工程三維模型編碼規(guī)則應(yīng)該采用電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼。

2.2 編碼整合方案研究

目前，輸變電工程中已有的編碼規(guī)范大部分是針對工程特定階段，能滿足特定專業(yè)或者管理的需求，但因為使用范圍有明確的專業(yè)或者管理上的區(qū)別，導(dǎo)致在工程全生命周期中信息傳遞存在困難。基于電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼方法的輸變電工程三維模型分類編碼能貫穿工程全生命周期，作為工程各階段橫向信息交換和共享的紐帶，通過與現(xiàn)有各編碼系統(tǒng)進行對接，可以實現(xiàn)工程各階段縱向的信息連接。

2.2.1 輸變電工程三維模型分類編碼與物料編碼的轉(zhuǎn)換

物料編碼的大類和中類與輸變電工程三維模型編碼中的系統(tǒng)碼和設(shè)備碼能對應(yīng)，小類與特征值不能完全對應(yīng)。由于輸變電工程三維模型分類編碼和物資編碼定義的深度不同，物料編碼無法直接從電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼轉(zhuǎn)換生成。以變壓器為例，電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼與物資編碼對應(yīng)規(guī)則見圖3。

圖3 輸變電工程三維模型編碼與物資編碼對應(yīng)規(guī)則

可以基于基本屬性和軟件接口的方式，即在三維數(shù)字化模型構(gòu)建過程中將三維模型的特征值等信息輸入到模型中，然后通過軟件調(diào)取該設(shè)備的屬性，并在物資編碼數(shù)據(jù)庫或電網(wǎng)三維模型編碼數(shù)據(jù)庫中檢索出對應(yīng)的編碼，顯示在三維模型中。

2.2.2 輸變電工程三維模型分類編碼與調(diào)度編碼的轉(zhuǎn)換

調(diào)度編碼由5～6位數(shù)字組成，其中前兩位代表電壓等級，對應(yīng)系統(tǒng)碼中的系統(tǒng)分類號AAA(>1 000 kV)、ACA(500 kV)、AFA(110 kV)。調(diào)度碼中的第3、4 位代表母線間隔的編號，可直接對應(yīng)三維模型分類編碼中系統(tǒng)碼的系統(tǒng)編號。調(diào)度碼中的第5 位是隔離開關(guān)的編號，電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼中設(shè)備碼為GS2x0，該編號與x 相對應(yīng)。若調(diào)度編碼還有第6 位或者更多，電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼中從設(shè)備碼GS300 開始流水編號。如果調(diào)度碼只由3 位組成，則表示電壓互感器隔離開關(guān)或避雷器隔離開關(guān)編號。第一位數(shù)字代表電壓等級，數(shù)字幾就代表幾百千伏。第二位代表編號，與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼系統(tǒng)碼中系統(tǒng)編號對應(yīng)。隔離開關(guān)的調(diào)度編碼與輸變電工程三維模型分類編碼字符含義的簡要對應(yīng)關(guān)系如圖4 所示。

圖4 輸變電工程三維模型分類編碼與調(diào)度編碼對應(yīng)規(guī)則

以500 kV 第一串第一臺斷路器靠1#母線側(cè)隔離開關(guān)為例，調(diào)度碼是50111，對應(yīng)輸變電工程三維模型分類編碼：Y 0 ACB 11 GS210。

2.2.3 輸變電工程三維模型分類編碼與其他編碼整合方案分析

實物ID 編碼除了前三位省公司代碼外，其余編碼都沒有具體含義，具有隨機性，所以實物ID 編碼無法和電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼進行融合和對應(yīng)。另外由于實物ID 編碼不表征設(shè)備的任何性能或參數(shù)信息，其編碼生成不能通過提取設(shè)備屬性信息生成，只能由專門的編碼生成器完成，所以實物ID 編碼無法在三維模型建?；蛟O(shè)計軟件中自動生成，一般情況下也無法直接獲取。實物ID 碼可以在編碼生成和確定后作為設(shè)備的一條屬性輸入三維模型預(yù)留的屬性表中，從而實現(xiàn)輸變電工程三維模型分類編碼與實物ID 碼的關(guān)聯(lián)和對應(yīng)。

電網(wǎng)三維模型中的部分字段表征的是三維模型的屬性，所以電網(wǎng)三維模型編碼可以通過軟件提取設(shè)備屬性信息自動生成。電網(wǎng)三維模型編碼的部分字段表征的屬性信息與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼中標識的屬性信息重合，具備部分對應(yīng)關(guān)系，所以電網(wǎng)三維模型編碼與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼的融合方法可以參考物料編碼的融合方法，即能對應(yīng)的字段從電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼中提取，不能對應(yīng)的字段通過軟件從屬性信息中提取生成。實際上電網(wǎng)三維模型編碼的主要作用是標識三維模型，其功能與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼是重合的，所以三維模型采用電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼后可以不再進行電網(wǎng)三維模型編碼。

3 輸變電工程三維模型分類編碼應(yīng)用與軟件實現(xiàn)方法

3.1 輸變電工程三維模型分類編碼在軟件中的自動生成

在三維數(shù)字化設(shè)計過程中，軟件按照GB/T 51061《電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)范》的要求建立工程系統(tǒng)樹，建立單元級、系統(tǒng)級、設(shè)備級、部件級的樹形結(jié)構(gòu)，將變電工程三維模型進行合理劃分。軟件數(shù)據(jù)庫中建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫表存儲編碼規(guī)則及各項取值，作為對軟件設(shè)計對象進行編碼的規(guī)則依據(jù)。在工程中對模型定義相關(guān)工程系統(tǒng)信息后，軟件自動根據(jù)模型所屬系統(tǒng)生成系統(tǒng)碼，根據(jù)模型樹形編寫設(shè)備碼和部件碼，配合流水號，最終生成設(shè)備唯一的輸變電工程三維模型分類編碼，如圖5 所示。

圖5 輸變電工程三維模型分類編碼軟件生成框架圖

3.2 物料編碼在軟件中的自動生成

三維數(shù)字化設(shè)計軟件中的標準設(shè)備庫按照物料編碼要求設(shè)置設(shè)備的基本屬性信息，針對物資分類及特征參數(shù)的結(jié)構(gòu)和物料編碼建立編碼規(guī)則數(shù)據(jù)庫表，確保屬性信息可以直接對應(yīng)物料編碼中對設(shè)備的屬性描述，從而可以直接根據(jù)標準設(shè)備庫的設(shè)備直接對接物料編碼庫進行查詢。在軟件中通過對標準設(shè)備庫中的屬性字段與物料編碼表中的屬性字段對應(yīng)，可自動生成物料編碼信息，如圖6 所示。由于物資系統(tǒng)會不斷進行更新，不同的工程對應(yīng)的物資庫版本會不同，所以在軟件中物資編碼規(guī)則庫的結(jié)構(gòu)是動態(tài)建立的。在為對象生成物料編碼前，需要將工程使用的物資數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件的物資編碼規(guī)則庫中。

圖6 物料編碼軟件生成框架圖

4 結(jié)論

該文研究了國內(nèi)電網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)有的編碼標準體系，編碼標準體系眾多，使用范圍有明確的專業(yè)或行業(yè)管理目標，編碼代碼結(jié)構(gòu)差異極大甚至完全不同，沒有通用性，嚴重影響工程全生命周期中的信息交換和共享。在輸變電工程現(xiàn)有編碼體系的基礎(chǔ)上，提出以電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼作為輸變電工程三維模型分類編碼，可以確保在設(shè)計階段形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)工程全壽命周期內(nèi)信息的唯一性和可追溯性。研究輸變電工程三維模型分類編碼與現(xiàn)有其他編碼體系轉(zhuǎn)換或結(jié)合方法，將現(xiàn)有的輸變電工程編碼作為三維數(shù)字化設(shè)計模型的屬性并在屬性表中預(yù)留相關(guān)字段及擴展功能，對于能與輸變電工程三維模型分類編碼相互轉(zhuǎn)化的編碼，例如調(diào)度編碼或物料編碼，可以由數(shù)字化設(shè)計軟件自動生成，如果無法與輸變電工程三維模型分類編碼進行轉(zhuǎn)換，則在工程的特定階段由相關(guān)單位或?qū)I(yè)在數(shù)字化模型中添加編碼屬性，形成貫穿工程全生命周期唯一的數(shù)字化模型及包含的全部屬性數(shù)據(jù)。