基于Revit二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的變電站算量系統(tǒng)

梁海生, 薛禮月, 史立蕓

(1. 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 上海 200233; 2. 國(guó)網(wǎng)上海電力設(shè)計(jì)有限公司 造價(jià)部, 上海 200002)

在電力系統(tǒng)的電力接收、電壓轉(zhuǎn)換、電流調(diào)整過(guò)程中,變電站發(fā)揮了不可替代的作用,是輸變電工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié).但由于變電站施工人員多變、工作流程復(fù)雜,變電施工存在較多潛在風(fēng)險(xiǎn).為有效獲取工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù),提升預(yù)算的精度和效率,國(guó)家電網(wǎng)公司針對(duì)基建工程不斷提出完善性要求.在變電站工程造價(jià)核算過(guò)程中,精細(xì)化成本管控是工程設(shè)計(jì)與預(yù)算調(diào)整的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1].為了克服傳統(tǒng)人工操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失和錯(cuò)誤等問(wèn)題,變電站建設(shè)引入了基于BIM和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)的算量系統(tǒng),從而有效地提高了數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度和算量管理效率.Revit技術(shù)作為BIM的一種可實(shí)現(xiàn)實(shí)體、設(shè)備、結(jié)構(gòu)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的核心類(lèi)軟件[2-3],在解決規(guī)則檢查預(yù)算管理、施工需求等方面具有直觀(guān)、及時(shí)和準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn).

目前,Revit技術(shù)已實(shí)現(xiàn)各參與方在工程全周期過(guò)程中數(shù)據(jù)跨階段的集中共享和管理,研究重點(diǎn)正由基本研發(fā)逐步轉(zhuǎn)向國(guó)家戰(zhàn)略與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)層面[4].包蔓[5]基于公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)的研究數(shù)據(jù),提出一種基于Revit的成本估算方法;AKINTOYE等[6]指出工程與軟件的結(jié)合需要圖紙導(dǎo)入和自動(dòng)格式轉(zhuǎn)換,然而,該功能需求存在轉(zhuǎn)換失敗和數(shù)據(jù)丟失的缺陷.此后,有研究基于Web和IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)共享和環(huán)境管理做出了初步探索[7].張琦等[8]研究了基于屬性信息的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能設(shè)計(jì).但Revit技術(shù)還不能夠滿(mǎn)足精細(xì)算量工程系統(tǒng)的需求,例如,項(xiàng)目工程數(shù)據(jù)的多格式存在、不同層級(jí)軟件的互不兼容、項(xiàng)目參與方的信息交流、數(shù)據(jù)同步管理異常等[9-10].

1 開(kāi)發(fā)需求與技術(shù)路線(xiàn)

信息交換與共享的本質(zhì)在于“標(biāo)準(zhǔn)”,標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程管理、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式為工程數(shù)據(jù)傳遞和共享提供了可能.

1.1 三維協(xié)同需求

在工程實(shí)際建設(shè)和管理中,不同參與方、利益方均希望能夠獲得自身所需要的數(shù)據(jù)信息.基于國(guó)家法律法規(guī)、電力行業(yè)內(nèi)部規(guī)程規(guī)范及合同體系建立了各類(lèi)業(yè)務(wù)流程,這些業(yè)務(wù)流程之間、不同應(yīng)用系統(tǒng)工具之間存在著對(duì)項(xiàng)目信息的交換與共享的需求,例如,數(shù)字化企業(yè)工廠(chǎng)[11]需要實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化.

作為BIM軟件的領(lǐng)跑者,Autodesk Revit[12]除了自身功能強(qiáng)大外,也提供豐富的API.借助于API,開(kāi)發(fā)者可以將Revit建模后的信息與其他軟件功能集成或鏈接到Revit中;借助于API還可以將瑣碎的建模工作自動(dòng)化,在一個(gè)平臺(tái)上即可完成所有工作.

1.2 Revit二次開(kāi)發(fā)技術(shù)路線(xiàn)

要成功開(kāi)發(fā)Revit API的功能擴(kuò)展區(qū)Ribbon UI,首先應(yīng)允許通過(guò)API定制專(zhuān)屬Ribbon控件,相關(guān)接口為Revit APIUI.dll,需要在專(zhuān)屬應(yīng)用程序中引用該文件.

基于Revit模型的變電站精細(xì)算量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖1所示.其中BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)單一共享元,可實(shí)現(xiàn)多階段信息的高度集中.

圖1 Revit API設(shè)計(jì)流程Fig.1 Flow chart of design by Revit API

2 精細(xì)算量模塊及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中,工程設(shè)計(jì)人員需要明確所有電氣設(shè)備的空間位置關(guān)系,包括各配電裝置、單元模塊、成本預(yù)算信息等.

2.1 系統(tǒng)需求及功能模塊設(shè)計(jì)

變電站工程量清單計(jì)價(jià)模式是變電站招標(biāo)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)精確造價(jià)控制,基于Revit技術(shù)的算量系統(tǒng)引入了量?jī)r(jià)分離的設(shè)計(jì)思想.為了降低系統(tǒng)的出錯(cuò)率,在傳統(tǒng)算量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了安全報(bào)告模塊,并且在管理模塊中增設(shè)了安全建議子模塊,從而優(yōu)化算量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性,進(jìn)一步提高其信息安全強(qiáng)度.

需要說(shuō)明的是,由于安全報(bào)告模塊的添加和運(yùn)行,算量系統(tǒng)的界面加載、按鈕操作和數(shù)據(jù)加載等多項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)必然受到一定的影響.針對(duì)這一問(wèn)題,通過(guò)精簡(jiǎn)傳統(tǒng)算量系統(tǒng)的項(xiàng)目基本信息模塊,彌補(bǔ)了整體系統(tǒng)響應(yīng)速度.在全局分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合變電站工程算量軟件的總體設(shè)計(jì)方案,文中提出以下4個(gè)方面的需求:

1) 數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別、利用,包括數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確使用、無(wú)須人工識(shí)別圖紙等;

2) 計(jì)算規(guī)則的本土化;

3) 對(duì)系統(tǒng)未能自動(dòng)套取的構(gòu)建及維護(hù);

4) 數(shù)據(jù)在三維平臺(tái)之間的共享與交換.

按照上述總體設(shè)計(jì)的需求,通過(guò)調(diào)整傳統(tǒng)變電站算量系統(tǒng)的功能模塊,繪制基于Revit技術(shù)的變電站管理系統(tǒng)各個(gè)功能模塊,如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig.2 System function modules

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

按照層次化軟件的設(shè)計(jì)思想,考慮到模型信息的存儲(chǔ)利用便于分離,本文系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、接口層、應(yīng)用層3層架構(gòu)模型,邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.3 System logic structure

基于層次化設(shè)計(jì)思想,具備3層架構(gòu)的模型可以方便地存儲(chǔ)內(nèi)部系統(tǒng)信息,同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性.外部數(shù)據(jù)層主要包括設(shè)計(jì)清單、規(guī)則、屬性及項(xiàng)目庫(kù)等;接口層基于Revit的二次開(kāi)發(fā)獲得,主要進(jìn)行功能自定義和擴(kuò)展;圖形平臺(tái)的功能體現(xiàn)在應(yīng)用層,包含模型映射和屬性匹配、從模塊化角度設(shè)計(jì)變電站信息管理、電纜計(jì)算輸入及耗電量統(tǒng)計(jì)輸出等功能.

2.3 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

結(jié)合變電站工程預(yù)算中工程量的算量,通過(guò)對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)劃,設(shè)計(jì)有效工作流程:

1) 利用VS2015軟件創(chuàng)建類(lèi)庫(kù),完成了項(xiàng)目的新建操作.在添加完引用和資源管理器后,調(diào)用這兩個(gè)程序集相應(yīng)類(lèi)庫(kù)和函數(shù).數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)通過(guò)整合不同功能的模型,支持多種文件格式的讀取導(dǎo)出.將模型中所有圖形、非圖形的項(xiàng)目信息視圖均集成在一個(gè)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中.

2) 在程序編寫(xiě)時(shí),針對(duì)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足指標(biāo)要求的情況,需通過(guò)編輯外部文件讀取設(shè)計(jì)說(shuō)明.

3) 正交三維視圖通過(guò)平行投影將模型投影到平面上,視圖坐標(biāo)系和投影三維視圖相像,但剪裁盒的各個(gè)面要與投影線(xiàn)平行或垂直,View.CropBox屬性指向兩個(gè)基于視圖坐標(biāo)系的對(duì)角線(xiàn)坐標(biāo).

4) 在Revit結(jié)構(gòu)中,分析模型是對(duì)結(jié)構(gòu)物理模型在工程上的描述,包括分析模型參數(shù)信息、分析模型支撐信息和分析鏈接等.分析模型是Revit二次開(kāi)發(fā)中數(shù)據(jù)分析的一項(xiàng)重要功能,而分析鏈接又是分析模型中的一個(gè)難點(diǎn).雖然兩個(gè)分析模型之間可根據(jù)一定的規(guī)則自動(dòng)生成分析鏈接,但Creast方法并不是通過(guò)指定兩個(gè)分析模型直接創(chuàng)建,而是通過(guò)指定兩個(gè)分析節(jié)點(diǎn)在API中表現(xiàn)為Hub的類(lèi)建立分析模型與分析節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而建立分析鏈接的分析節(jié)點(diǎn).

2.4 實(shí)例仿真

上海某變電站是上海歷史最悠久的中心城區(qū)大型變電站之一,享有“遠(yuǎn)東第一站”的榮譽(yù)稱(chēng)號(hào).在20世紀(jì)60年代,上海最高用電負(fù)荷僅有6×108W,而該地區(qū)3臺(tái)220 kV主變電站的每臺(tái)容量均在9×107W左右,3臺(tái)主變電站承擔(dān)了當(dāng)時(shí)上海約一半的用電負(fù)荷[13].該變電站設(shè)計(jì)規(guī)模為:3×240 MVA主變壓器,220 kV進(jìn)出線(xiàn)8回,110 kV出線(xiàn)14回,35 kV出線(xiàn)20回.以該220 kV輸變電工程為例,按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行Revit二次開(kāi)發(fā),展現(xiàn)各電氣設(shè)備關(guān)系.

2.5 系統(tǒng)性能測(cè)試

在系統(tǒng)搭建工作完成之后,針對(duì)基于Revit的變電站算量系統(tǒng),本文分別從功能和性能方面進(jìn)行了具體測(cè)試:

1) 功能匹配.在系統(tǒng)的全部功能執(zhí)行過(guò)程中,共完成486項(xiàng)測(cè)試,其中工程設(shè)置79個(gè),模型映射156個(gè),屬性驗(yàn)證、提取套用共251個(gè).

2) 模型映射.對(duì)用戶(hù)模型的部件、組名、類(lèi)型等設(shè)置進(jìn)行必要的驗(yàn)證,其相應(yīng)結(jié)果如表1所示.

表1 模型映射功能測(cè)試Tab.1 Model mapping function test

3) 量化指標(biāo).針對(duì)系統(tǒng)容錯(cuò)性、穩(wěn)定性、可操作性等多種指標(biāo),通過(guò)反復(fù)運(yùn)行開(kāi)發(fā)前后的變電站算量系統(tǒng)1 000次,記錄和統(tǒng)計(jì)界面加載、數(shù)據(jù)加載和按鈕執(zhí)行等多種軟件操作的平均響應(yīng)時(shí)間、事務(wù)通過(guò)率和出錯(cuò)率,實(shí)現(xiàn)算量系統(tǒng)的性能測(cè)試.此外,基于平均響應(yīng)時(shí)間、事務(wù)通過(guò)率和出錯(cuò)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,分別計(jì)算這3個(gè)指標(biāo)的綜合優(yōu)化程度,其具體測(cè)試結(jié)果如表2所示.

表2 系統(tǒng)性能測(cè)試Tab.2 Performance test of system

由表2結(jié)果可知,基于Revit技術(shù)的變電站算量系統(tǒng)雖然仍有部分軟件細(xì)節(jié)需要完善,但基本完成了設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)鍵功能的開(kāi)發(fā).與傳統(tǒng)的變電站算量系統(tǒng)相比,本文所提出算量系統(tǒng)的界面加載、按鈕執(zhí)行和數(shù)據(jù)加載的平均響應(yīng)時(shí)間至少提高13.6%,而響應(yīng)時(shí)間、事務(wù)通過(guò)率和出錯(cuò)率的綜合優(yōu)化程度至少達(dá)到了16.5%.

2.6 測(cè)試結(jié)果分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證變電站算量系統(tǒng)的管理成本和評(píng)估準(zhǔn)確率,本文通過(guò)引入實(shí)際變電站的具體施工成本數(shù)據(jù),將傳統(tǒng)算量系統(tǒng)和變電站算量系統(tǒng)的評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比.需要說(shuō)明的是,本文將施工過(guò)程分為8個(gè)獨(dú)立的施工階段,并利用算量系統(tǒng)進(jìn)行成本評(píng)估,獲取相應(yīng)的金額數(shù)據(jù),具體評(píng)估情況如圖4所示.同時(shí),利用實(shí)際的施工成本數(shù)據(jù),分別計(jì)算不同施工階段傳統(tǒng)算量系統(tǒng)和本文所提出算量系統(tǒng)的評(píng)估準(zhǔn)確率,令Ri表示第i個(gè)階段的實(shí)際施工成本,Ti和Si分別表示第i個(gè)階段傳統(tǒng)變量系統(tǒng)和變電站變量系統(tǒng)的評(píng)估施工成本,則傳統(tǒng)變量系統(tǒng)和變電站變量系統(tǒng)的評(píng)估準(zhǔn)確率δTi和δSi分別表示為

圖4 傳統(tǒng)算量系統(tǒng)、變電站算量系統(tǒng)和實(shí)際施工的成本評(píng)估金額

多階段評(píng)估準(zhǔn)確率δTi和δSi的變化情況如圖5所示.由圖4、5可知,與傳統(tǒng)算量系統(tǒng)相比,在施工各個(gè)階段,變電站算量系統(tǒng)評(píng)估數(shù)據(jù)更加接近施工階段的實(shí)際成本數(shù)據(jù),其評(píng)估的準(zhǔn)確率更高,證明了所提出的變電站算量系統(tǒng)的有效性和優(yōu)越性.

圖5 傳統(tǒng)算量系統(tǒng)與變電站算量系統(tǒng)的評(píng)估準(zhǔn)確率對(duì)比

結(jié)合理論分析和實(shí)際應(yīng)用,變電站工程需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的施工和大量的造價(jià)預(yù)測(cè),算量系統(tǒng)軟件的響應(yīng)時(shí)間、事務(wù)通過(guò)率、出錯(cuò)率和成本評(píng)估準(zhǔn)確率均實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化,可以有效地節(jié)省變電站施工單位的人力、物力和財(cái)力.

3 結(jié) 論

國(guó)內(nèi)基于Revit技術(shù)的變電站三維數(shù)字化建設(shè)目前仍處于起步階段,而從“可用”到“高效”還需進(jìn)行大量的研究工作.本文設(shè)計(jì)了基于Revit二次開(kāi)發(fā)的變電站三維精算系統(tǒng),通過(guò)對(duì)數(shù)字化變電站工程項(xiàng)目的仿真可知,變電站的Revit二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)如下:

1) 協(xié)同設(shè)計(jì)將不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)結(jié)果統(tǒng)一,并且可減少人員的參與導(dǎo)致的誤差,從而提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率;

2) 得益于設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、精度高,模型使用三維設(shè)計(jì)替代二維設(shè)計(jì);

3) Revit的視圖關(guān)聯(lián)功能能夠有效提高制圖效率,算量結(jié)果與模型的統(tǒng)一有助于計(jì)算結(jié)果的適時(shí)調(diào)整,工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與處理有助于及時(shí)了解造價(jià)成本.