基于BIM模型的工厂设备信息分类编码技术研究

关俊涛，丁金听，杨建光

(1.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2.同济大学 经济与管理学院，上海 200092)



基于BIM模型的工厂设备信息分类编码技术研究

关俊涛1, 2，丁金听1，杨建光1

(1.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2.同济大学 经济与管理学院，上海 200092)

摘要：为实现工厂设计、施工和运维阶段设备信息的传递共享，消除信息孤岛，开展了基于BIM模型的设备信息分类编码技术研究。提出了从功能、物理位置、逻辑位置和属性等方面描述设备信息的分类模型，制定了适宜于工厂建设项目的设备信息编码规则，开发了基于Revit平台的编码软件，自动生成全厂的设备信息编码。以某卷烟厂建设项目为例，开展了设备信息的分类编码工作，获得了全面准确的工厂设备信息编码数据库，为不同管理信息系统间的信息共享与集成奠定了基础。

关键词：BIM；全生命周期；二次开发；分类；编码

1信息分类与编码简介

信息分类与编码是各类信息系统中实现信息表达、交换、管理和集成的基础，是信息系统相互沟通的桥梁和纽带[1]。随着企业对信息化建设及管理的日益重视，许多制造企业都开展了信息分类编码工作[2-3]；但多数是在建设项目完成后进行信息采集、收集和整理，可能出现信息采集困难、重复采集和信息疏漏等问题。此外，为满足信息系统功能需求而设计的相互孤立的信息分类编码标准是信息孤岛产生的原因之一。基于同一数据源和统一的信息分类编码标准，建立全面、准确和实时的工厂设备信息编码数据库，将为各种管理信息系统的应用和集成奠定基础。

随着信息技术在工程建设领域的应用，BIM(Building Information Modeling)技术以其贯穿全生命周期信息的理念获得了国内外的广泛认同[4-5]。BIM模型中包含设备全生命周期内的各种信息，可为项目参与各方提供实时的数据访问。由于所有信息都基于同一个中心数据库，以BIM模型为信息源进行分类编码工作，有利于保证编码的完整性、一致性、准确性和实时性[6]。因为BIM模型对建设项目的表现是三维的，以其作为信息源进行分类编码工作还可降低信息编码和解码的难度。

统一的信息分类编码标准是信息分类编码的基础。目前，国内外已建立了较为完备的建设信息分类编码体系，但其应用目的、信息范围和组织形式存在差异。为实现集成化管理，近年来，建设信息分类编码体系呈现出信息范围全面化、全方位化和全生命周期化的趋势。然而，新型建设信息分类编码体系自身还不完整，仍在不断修订和完善[7]。现有建设信息分类编码体系多集中于建筑物本身及其附属设施的编码，对工厂建设项目的指导性不够，主要是编码系统性不足，涉及面较为宽泛，缺乏专用工艺设备编码，难以做到一一对应。

本文提出一种适宜于工厂设备信息的分类编码规则，开发基于BIM模型的信息分类编码系统，并成功应用于某卷烟厂建设项目的设备信息分类编码工作，建立全面准确的设备信息编码数据库。

2设备信息分类编码规则

建立信息分类编码规则是分类编码工作应解决的首要问题[8]。为实现工厂建设项目全生命周期内设备信息编码的传递共享，本文从设计阶段的信息出发，将设备信息分为功能、物理位置、逻辑位置和属性四大类，且每个大类又可进一步细分。采用线分法和面分法相结合的分类方法，以设备功能和空间信息为分类依据，建立设备信息的分类模型(见图1)。

为提高计算机处理编码的效率，便于统计和分析，编码时采用结构化的有含义码；同时，为兼顾人工识别的需要，选用数字、大写字母混合的编码类型。根据建立的设备信息分类模型，分别制定功能、物理位置、逻辑位置和属性信息的编码规则(见图2)。

图1　设备信息分类模型

图2　设备信息编码规则

3设备信息分类编码系统

在制定分类编码规则的基础上，开发软件工具自动生成编码是分类编码工作应解决的另一难题。下述从体系结构和关键技术两方面介绍开发的设备信息分类编码系统。

3.1体系结构

基于BIM模型的设备信息分类编码系统体系结构图如图3所示。根据设备特征定义编码规则(流水码编制方式和特殊设备编码约定等)，建立编码规则库。以BIM模型为信息来源，结合编制的编码索引库，通过软件自动生成编码。新生成的编码必须在检验是否符合编码规则和唯一性后才可应用。参建各方的数据库操作人员根据相应权限进行查询、解码及管理操作。

图3　分类编码系统体系结构

3.2关键技术

3.2.1基于BIM模型的空间划分与编码

空间位置信息从工厂建设项目的设计阶段开始出现，一直应用于施工和后期运维阶段，是全生命周期内最稳定和最本质的特征之一。实现建筑物内部空间的划分与编码，将为设备的安装、管理和维护提供便利。

本文以工厂BIM模型(土建模型)为空间编码依据，按照建筑物→分区→楼层→空间(房间)的层次结构对空间进行划分、识别和编码。首先，添加辅助线，以通道为依据将分区划分为多个形状规则的块；然后，沿水平轴网按照从上到下，从左向右顺序搜索块内部空间并赋以编码，编码的起始流水号可自行指定，随后自动递增，全部块内部空间编码完成后，再对通道进行编码；最后，检验编码是否符合规则及有无疏漏，同时验证编码的唯一性，符合标准后存入数据库。

在C#环境下，利用Revit提供的API(Application Programming Interface)进行二次开发，实现BIM模型中空间的自动划分与编码。

3.2.2基于BIM模型的设备识别与编码

在建筑物内部空间划分与编码的基础上，对BIM模型中各空间内部的设备进行识别与编码。本文对未包含设备信息的土建模型进行空间划分编码，将包含设备的机电模型同土建模型链接，比对机电模型中设备的空间坐标和土建模型中划分空间的坐标范围。如果设备的中心坐标在某一空间的三维坐标范围内，则认为设备位于该空间内部，空间编码即设备的物理位置编码。

设备功能编码按照专业→系统→设备的层次结构编制，如果仅标记一个系统，则系统流水号可以省略。设备流水号可以按照系统从1开始编制，也可以按照房间从1开始编制，具体规则由参建各方共同商定。在编制设备的物理位置和功能编码后，将其组合作为设备在全厂范围内的唯一标识，同其他类型编码和信息关联。

本文在C#环境下，利用Revit提供的API进行二次开发，实现BIM模型中各划分空间内部设备的自动识别与编码。

3.2.3AutoCAD图样中表格信息提取

受到表现形式的限制，BIM模型中未包含连接设备→配电箱和配电箱→配电箱的线缆信息，应从AutoCAD图样中自动或手动提取信息，以生成逻辑位置编码。建立AutoCAD图样、编码信息和编码系统的关联模型(见图4)。从AutoCAD图样的电气系统图中，批量提取设备编号、端口编号、回路编号、设备名称和设备编号等信息，其中，(上)表示上游设备，(下)表示下游设备。由于编制的设备功能编码同设计图样中的设备编号和BIM模型中的空间编码进行关联，提取的相关信息可按照位置→功能→端口的层次结构生成设备的逻辑位置编码。

目前，已有许多在AutoCAD平台上进行二次开发，实现AutoCAD同管理信息系统集成的研究[9]。本文在C#环境下开发Object ARX程序提取AutoCAD图样中的表格信息，其工作流程如下：删除表格中非表格线的其他图形(主要是图例)；根据表格线中的横线和竖线，计算表格的行数和列数，以及每一行的竖坐标，每一列的横坐标；根据文字的坐标计算文字所在的行和列；根据文字的行、列坐标导出信息至Excel。

图4　AutoCAD图样、编码信息和编码系统的关联模型

4系统应用案例

下述以某卷烟厂建设项目为例，阐述设备信息分类编码工作的实施流程，验证开发的信息分类编码系统。

4.1设备信息分类编码流程

为获取全面、准确的工厂设备信息编码数据库，以工厂BIM模型为主要数据来源，以AutoCAD图样为补充数据源，结合制定的分类编码规则和编制的设备、建筑物索引库，建立编码系统，由参建各方共同完成设备信息的分类编码工作。建立编码系统的主要功能如下：1)可定制适合工厂的编码规则，按照规则自动生成正确编码；2)能保证所有数据的唯一性和一致性；3)可根据要求统计已编码对象的各种信息；4)系统对每个用户赋予不同的数据库权限，编码主导单位具有所有权限，而一般单位仅具备查询、获取及补充信息的权限。设备信息分类编码工作的实施流程如图5所示。

图5　设备信息分类编码实施流程图

4.2空间划分与编码

利用开发的空间编码功能，实现工厂BIM模型内部空间的划分与编码。卷烟厂动力中心某区域空间划分与编码结果如图6所示。结果表明，开发的分类编码软件能够自动赋予分区内所有空间唯一的编码，且相邻空间的编码具有连续性。需要说明的是，根据空间高度的差别将空间分为房间和竖井两大类，并分别编制顺序号。

图6　BIM模型中空间划分及编码结果

4.3设备信息编码结果

在空间划分编码的基础上，按照制定的设备编码规则，对BIM模型中包含的所有设备进行自动识别编码。在设备编码的同时可自动读取各设备的物理位置编码，并自动存入设备的相应参数(见图7)。某建筑物内部暖通专业通风、防排烟系统涉及的部分设备编码表如图8所示。

4.4提取AutoCAD表格数据至Excel表格

为了提取设备→配电箱和配电箱→配电箱间的连接信息，利用二次开发的AutoCAD插件提取《XX系统配电系统图》中的表格数据(见图9)。其中，第1行“用途”为下游设备名称，第3行为回路编号，第6行“备注”为下游设备的图样标注，第2～第7列分别为上游设备的第1～第6个端口，手动添加上游设备名称和编号后即形成了完善的逻辑位置编码信息。

图7　Revit模型中设备信息编码结果

图8　工厂部分设备编码表

图9　提取AutoCAD表格信息至Excel表格

5结语

本文提出了从功能、物理位置、逻辑位置和属性等方面描述设备信息的分类模型，建立了设备信息分类编码规则。开发了基于BIM模型的设备信息分类编码系统。基于Revit平台进行了二次开发，实现了BIM模型内部空间的划分编码与空间内部设备的识别与编码。基于AutoCAD平台进行了二次开发，将设计图样中表格数据提取至Excel表格。最后，以某卷烟厂建设项目的为例，开展了设备信息分类编码工作，验证了开发分类编码系统的有效性。

参考文献

[1] 耿文许. 大型化工企业EAM系统编码浅析[J]. 中国设备工程, 2012(4):24-25.

[2] 曹虎，曲强，应小昆，等. 企业信息化综述[J]. 新技术新工艺, 2014(10):52-55.

[3] 赵锋. 基于条形码应用项目和短信应用平台的物流网络实现技术研究[J]. 新技术新工艺, 2015(5):100-102.

[4] Ding L, Zhou Y, Akinci B. Building Information Modeling (BIM) application framework: The process of expanding from 3D to computable nD [J]. Automation in Construction, 2014,46:82-93.

[5] Chen L, Luo H. A BIM-based construction quality management model and its applications [J]. Automation in Construction, 2014,46:64-73.

[6] 赵雪锋. 建设工程全面信息管理理论和方法研究[D]. 北京：北京交通大学, 2010.

[7] 朱纯瑶, 杨绪坤. 建筑信息分类编码体系对铁路BIM的借鉴作用[J]. 铁路技术创新, 2014(5):35-39.

[8] 王红梅. 设备资产系统中的设备编码规则[J]. 筑路机械与施工机械化, 2009(7):74-75.

[9] 邹金兰, 张家灿. AutoCAD二次开发在信息集成中的应用[J]. 科学技术与工程, 2010,10(12):2995-2998.

责任编辑马彤

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

作者简介：关俊涛(1983-),男，博士后，工程师，主要从事数字化工厂、信息分类与编码技术等方面的研究。

中图分类号：TP 391.7

文献标志码:A