基于GIM 模型的架空输电线路智能算量研究

魏惠敏

（北京洛斯达科技发展有限公司，湖北 武汉430073）

1 项目背景

现状一：现有的造价编制依赖手工，编制过程中耗时最多、费力最大、最易出错的“算量”步骤自动化程度很低，工程量计算主要依靠手工，效率低且准确度差，工程的结余率水平一直比较高。

现状二：造价评审由于缺乏大数据和专业软件支撑，造价指标合理区间的判断主要依赖评审人员个人经验，但评审人员专业素质参差不齐，容易导致造价合理性判断流于形式，且人工评审过程自动化程度低，劳动强度大。

现状三：当前电网工程造价数据分散存储于各类不同的应用系统中，缺乏统一的业务数据收集平台，数据关联不紧密，数据孤岛现象比较严重，工程基础数据的收集、填报和校核需要耗费基层造价专业人员大量的时间和精力，且受数据收集、填报人员专业素质和责任心等因素影响，造价分析基础数据的真实性和质量缺乏保障。

为满足输变电工程三维设计的需要，统一模型架构和数据交互格式，实现工程全寿命周期数据共享，国家电网编制了《输变电工程三维设计模型交互规范》等七项技术标准。输变电工程三维设计GIM 模型以输变电工程各相关信息数据为基础，采用三维数字化技术建立的工程信息集合，具备完整性、关联性、一致性、唯一性、扩展性等特点，满足可视化、可分析、可编辑、可出图等工程全寿命周期应用需求。

如有专业软件能够根据*.GIM 文件一键式智能生成工程量数据，将大幅减轻技经人员的工作负担，同时提高工程造价的精准水平。本文旨在基于三维设计模型GIM 对架空输电线路智能算量方法及算量可行性进行研究。

2 算量技术路线

2.1 计价体系与三维设计研究

研究输电线路估算、概算、预算、招标控制价、投标报价、竣工结算报表的定额规范和清单规范，梳理两种计价体系规则。三维设计模型的颗粒度和属性准确性影响工程量计算准确性，梳理三维设计模型（GIM）数据的分层关系和属性，将现有的三维设计规范与计价体系对比分析。

2.2 三维设计和技经济映射研究

通过对比技经算量体系的信息要求和现有三维设计模型规范中提供的信息，提炼三维设计构件与技经算量构件，算量构件作为技经体系的基本单元，将实现与三维设计模型关联，建立GIM 模型和两种算量体系的映射规则。将技经算量体系的项目提炼为43 类算量业务构件，包括：尖峰、基面、底盘、套筒、卡盘、拉线盘、混凝土装配式基础、基础垫层、现浇基础、基础联系梁、保护帽、岩石锚杆基础、灌注桩基础、树根桩基础、预制桩基础、钢管桩基础、挖孔桩基础、排洪沟、挡土墙、护坡、接地体、接地极、接地模块、基础永久围堰、地脚螺栓、插入式角钢（或钢管）、钢环、混凝土杆、钢管杆、塔、拉线、防坠落装置、避雷线、导线、OPGW、绝缘子串、防震锤、间隔棒、重锤、阻尼线、阻冰环、跳线、跨越。梳理算量构件类型、属性项、属性值类型、枚举值、工程量代码等，进一步梳理各类构件的定额匹配规则和清单匹配规则。定额匹配规则包括［业务构件类型］、［属性项］、［属性值条件］、［工程量代码］、［匹配定额］、［对应的项目划分］；清单匹配规则包括［业务构件类型］、［属性项］、［属性值条件］、［清单编码］、［项目名称］、［项目特征］、［对应属性项］、［计量单位］、［工程量代码］、［对应的项目划分］。

梳理架空输电线路三维设计模型规范，提炼杆塔组、导体组、交叉跨越组共10 类三维设计构件：杆塔、基础、绝缘子串、导线、地线、跳线、间隔棒、防震锤、导体及金具、交叉跨越物。

映射规则的梳理和建立是本研究中非常关键也是工作量最大的一个环节。通过从三维设计构件到算量构件的一对一直接映射、一对多约束映射、虚拟构件间接计算、其他补充设计材料计算等方法建立两类构件的映射关系。

图1 塔组构件映射示意图

2.3 基于GIM 规范及技经算量需求的GIM 校核

融合清单算量的项目特征，套定额属性，提炼算量业务构件必须属性项。基于各电力设计院导出的三维设计模型成果普遍存在的基础丢失、模型属性缺失、模型属性错误，开发程序自动读取解析三维设计数据模型，依据三维设计模型规范和技经映射对属性要求，校核三维设计模型数据的规范性，检测和定位不满足规范的数据项。采用校核工具+人工检核的方式对实验工程出具模型检测报告，并作为修改完善GIM 模型的依据。

2.4 基于三维设计模型（GIM）自动算量

开发自动化程序以输电线路三维设计模型*.gim 为入口，解析模型信息，生成三维设计构件，依据映射关系实现三维设计构件到算量构件的文件转换，分别按预算定额算量规则和清单算量规则匹配预算定额工程量和清单工程量。根据GIM 文件信息，输出符合预算、清单控制价等要求的工程量报表。能输出开放式xml 格式文件，打破数据壁垒。

输电线路算量技术流程如下图所示：

图2 输电线路算量技术流程图

3 算量结果分析

依托国网湖南省电力公司的科研课题，选用湖南古亭-横店村220kV 线路作为实验工程进行概算定额可算性分析。本次研究包括输电线路工程定额第3 章基础工程、第4 章杆塔工程、第5 章架线工程、第6 章附件工程，由于时间问题暂未对第1 章工地运输、第2 章土石方工程、第7 章电缆工程进行分析。

鉴于湖南省绝大部分输电线路三维设计软件为道亨架空输电线路三维设计系统，因此，本实验工程也选用道亨平台导出的数据，对于三维设计模型（GIM）中没有，设计软件中能提供的信息，与道亨合作开发补充材料单。对实验工程概算定额项目进行分析，分为GIM 可算、补充材料单可提供、设计阶段无法对应或确定、设计无此模型、挖方定额、运输定额、电缆工程定额7种情况，按架空线路工程六大项目维度进行统计分析，架空输电线路定额可算率高达49.26%。详细计算结果如下：

表1 架空输电线路GIM 算量结果统计

试点工程概算定额项共136 项，其中，GIM 可算67 项，占比49.26%；道亨GIM 补充材料单可提供5 项，占比3.68%；设计阶段无法对应或确定项10 项，占比7.35%；三维设计无此模型项4项，占比2.94%；挖方定额24 项，占比17.65%；运输定额24 项，占比17.65%；电缆工程定额2 项，占比1.47%。

实验工程设计文件说明：

（1）设计文件由湖南送变电勘察设计咨询有限公司提供，并提供设计修改及咨询服务；

（2）设计文件删除利旧的设施，保留本工程新建的设施以供算量，如杆塔保留新建的104 基；

（3）道亨对GIM 到导出程序进行完善，解决基础数量缺失，部分基础属性错误等问题，并提供最终GIM 以供算量；

（4）道亨导出补充材料单，提供接地体、基础保护帽、基础垫层相关数据。

GIM 定额算量结果说明：

（1）由于设计文件和概算表制作时期不同，所以计算出来的量会与概算表存在差异；

（2）杆塔基础、导地线、绝缘子串、间隔棒、防振锤等会由于模型及其属性完整性影响算量结果；

（3）道亨设计平台内置的地质模型中的土质分类与技经算量要求的土质分类不一致，且GIM 规范不支持导出多层土质。涉及土质映射的定额，如“钻孔灌注桩基础 机械推钻成孔”与概算表有差异；

（4）导线、避雷线的架设方式默认“张力架设”。

4 架空输电线路GIM 完善方向

鉴于三维设计标准推行时间较晚，行业内基于三维设计模型开展的业务应用并不多，三维建模软件导出的GIM 模型的规范性有待完善，三维设计标准在编制时并没有考虑很多技经专业的需求。通过本次研究，对架空输电线路三维设计模型提出以下改进方向。

（1）可适当增补设计模型，如排洪沟、护坡、挡土墙等；

（2）可适当完善设计模型参数，如杆塔标志牌、接地模块相关属性、垫层材质做法等；

（3）由于土质分类会影响土石方工程、基础工程相关的定额和清单量计算，三维设计平台内置的土质分类不足以满足技经造价的需要，需设计和技经土质分类，制定分类标准，并内置到设计平台以供地质模型的设计；

（4）对于其他算量需要，但是三维设计中没有覆盖的参数，可以考虑以补充材料单的形式完善GIM。