输变电工程数字化移交规范化标准及对象扩展研究

／国网上海市电力公司技术经济研究院 何真珍／

输变电工程数字化移交规范化标准及对象扩展研究

／国网上海市电力公司技术经济研究院 何真珍／

本文以数字化移交为宗旨，以IFC标准为基础展开，重点对输变电工程数字化移交标准及IFC实体对象扩展进行研究，解决了IFC在电器领域实体种类表达不足等问题，开发版本转换工具软件和校验软件，实现数据的完整移交。

输变电工程；数字化移交；IFC

0 引言

随着信息技术的发展，近年来出现的建筑信息模型（BIM）是继CAD（计算机辅助设计）技术后出现的建设领域的又一重要计算机应用技术。BIM技术可应用在建设和运营的各个环节，如业主、策划、设计、施工、运营、维保等，现阶段基于BIM技术的软件平台大部分都支持国际性的开放数据标准IFC数据标准，采用统一的数据标准，满足了工程项目对建设全生命周期中的信息协同与共享的要求。目前已有将BIM技术应用于电力系统的研究与应用，并取得了一定的成果，如宁东-山东±660kV直流输电示范工程（三维数字化移交）、天津永定河220kV变电站BIM设计应用、甘肃省沙州750kV数字化变电站（BIM数字化移交）等。

1 超大规模输变电设施三维数字化设计及移交

以BIM数据研究为核心，研究超大规模输变电设施三维数字化全景平台研究与应用，从输变电设施的BIM建模开始，到BIM数据移交，对基于BIM的输变电设施数字化移交进行了探讨，其中的BIM数据采用符合IFC标准的数据格式。数据标准是核心。通过对BIM技术的标准数据调研，本课题选取了IFC 2×4标准作为移交的标准数据。其中的关键技术包括数据准备、数据转换、数据校验等。超大规模输变电设施三维数字化全景平台研究与技术路线如1所示。本文以数字化移交为目标，全新地采用工业基础类IFC标准作为数据，可为输变电设施的数字化移交提供研究基础。

1）全生命期的输变电设施数字化移交成果。为了使移交数据满足全生命期需求，因此对移交数据需要一个严格的标准，从模型的建立，设备命名，属性表达等各个方面进行规范化。模型以建筑信息模型LOD 300为基准，确定输变电设施数字化移交成果的具体内容和深度。调研输变电设施数字化移交的交流需求定义，包括建设生命周期中各专业的对象及其属性交流需求；进行输变电设施设备分类，包括分类对象、分类方法、分类原则；对设备进行独立编码，编码主要包括设施设备分类代码、设施设备具体号码；满足数字化移交的输变电设施属性信息，主要包括基本信息、几何信息、关联信息、属性信息、运维信息等属性。

2）研究IFC对输变电设备实体及其属性表达。主要进行IFC标准相关内容的研究，分析IFC数据标准对输变电设施设备对象实体及其属性的表达，整理分析IFC数据标准中所具有的输变电设施设备实体对象；研究分析IFC标准中电气专业设施设备的对象集，根据数字化移交成果的研究，设置对象的分类与编码；研究并确定IFC标准中输变电设施移交实体的属性信息，包括IFC数据标准的属性集结构、数字化移交属性需求、数字化移交属性内容。

3）研究电气专业欠缺的IFC实体对象及属性的扩展方法。结合IFC数据标准对输变电设施设备对象实体及其属性的研究，研究IFC实体对象及其属性的扩展方法，具体研究内容包括：整理分析IFC数据标准中所具有的输变电设施设备，并确定IFC标准中电气专业所欠缺的数字化移交的IFC实体及其属性；研究分析IFC标准中电气专业设施设备的对象集，以明确电气专业设施设备的分类与类型；研究并确定IFC标准中输变电设施设备的属性信息，包括基本信息、几何信息、运维信息、关联信息等；研究IFC标准中电气专业设施设备的IFC实体对象欠缺的属性信息，以及欠缺的IFC实体对象及其属性的扩展方法。扩展技术路线图见图1。

图 1 扩展技术路线图

4）研究IFC版本转换方法。移交的数据是基于IFC4版本的，而当前使用的三维建模软件导出的是IFC 2×3版本的IFC文件，版本的变化导致部分实体的表达方式发生了变化，因此需要进行版本之间的数据转换。每一种族包含有不同族类型的构件，这些构件在Revit中输出的IFC实体是一样的。不同的族一般对应不同的IFC实体，但是也可能会对应到相同的IFC实体。族类型及IFC实体表达实例见表1，对Revit中输出的族文件与其对应的IFC实体进行了对比。

表 1 族类型及IFC实体表达实例

如变压器和接地变压器在Revit中是不同的族类型，在IFC 2×4中对应的都是实体IfcTransformer；而导体、预制式导体、电力电缆、电力电缆终端在Revit中是不同的族类型，在IFC 2×4中都对应的都是实体IfcCableSegment。

不同的族类型与IFC 2×4中已有的IFC实体之间的对应关系例如：“变压器”在IFC 2×3中的实体名称是“IfcBuildingElementProxy”，而在 IFC 2×4中实体名称是“IfcTransformer”，因此需要列出不同版本的实体对照表。

在测试中发现IFC 2×3版本所提供的电气专业的实体不足以对族文件进行具体细化的区分，从族文件到IFC 2×3的实体存在多对一的对应关系。因此，首先要识别出IFC 2×3版本中的实体所表示的设施设备族文件。

如果要从某一个IFC 2×3实体中识别不同的族文件，应该根据name栏中的的字符串来做判断。判断出族文件所代表的设施设备后，就可以把IFC 2×3版本中的实体替换成IFC 2×4版本中该族文件所对应的实体。

2 对IFC文件进行有效性评价的软件系统

为检验数字化移交成果IFC文件是否满足数字化移交的要求，研究开发能对IFC文件进行有效性评价的软件，并对不符合要求的IFC文件提供相应的评估与完善报告。

2.1 校验原理

模型数据校验的原理见图2，这是基于IFC标准的电网工程信息模型数据校验的原理图。

图2 模型数据校验的原理

2.2 校验数据的提取和计算

有效的IFC数据文件进入校验系统后，校验系统根据校验规则对文件的数据信息进行提取和计算，校验文件中的电气实体以及实体的属性。

实体校验规则规定了实体的命名标准，在IFC标准中实体的名称通过直接属性Name表达，在物理文件中，每一条IFC语句表示一个IFC实体，语句后面括号的内容是该实体的直接属性和导出属性的属性值，实体的名称信息就是实体后面括号内的第三个属性值。校验系统对符合命名规则的实体进行统计和计算，并将目标实体的统计数量写出校验报告。对实体的校验算法如3所示。

图 3 实体校验算法

拟开发的对IFC文件进行检验的软件系统，主要功能如下。IFC文件输入输出：可将现阶段主流设计软件（如Revit、ArchiCAD、MagiCAD等）导出的IFC文件进行识别，导入系统平台，经处理后导出IFC数据格式文件；IFC数据库模块：主要处理IFC文件在数据库中的存储与管理，便于用户使用系统平台数据库中的IFC文件；IFC文件检验与评估模块：主要处理导入的各专业IFC文件的检验与评估，包括IFC实体对象及其属性、关联等检验。校验的结果如表2～4所示

表2 实体校验结果举例表

表 3 实体属性校验结果举例表

表 4 错误总结报告结果举例表

IFC数据标准贯穿于工程项目的全生命期，可作为数字化移交的数据表达格式。基于IFC数据标准的研究，研究并编制输变电设施数字化移交的示范IFC文件，包括满足项目设计阶段、施工阶段、竣工阶段各专业数字化移交的IFC文件。

3 结束语

输变电工程数字化移交标准电气专业IFC实体对象扩展研究部分，建立基于IFC的数字化移交有利于规范输变电设施的分类与编码系统，建立具有唯一性、扩展性、规范性、适应性等特点的分类编码体系。同时，基于IFC的数字化移交规范化交付使用设施设备的属性信息，构建完备的输变电设施数据库，为后期运营维护提供数据支撑。研究IFC版本差异，研究IFC标准在电器领域的扩展，解决IFC在电器领域实体种类表达不足等问题，开发版本转换工具软件和校验软件，实现数据的完整移交。