基于Revit二次开发技术的变电站算量系统

梁海生, 薛礼月, 史立芸

(1. 国网上海市电力公司 经济技术研究院, 上海 200233; 2. 国网上海电力设计有限公司 造价部, 上海 200002)

在电力系统的电力接收、电压转换、电流调整过程中,变电站发挥了不可替代的作用,是输变电工程建设的重要环节.但由于变电站施工人员多变、工作流程复杂,变电施工存在较多潜在风险.为有效获取工程基础数据,提升预算的精度和效率,国家电网公司针对基建工程不断提出完善性要求.在变电站工程造价核算过程中,精细化成本管控是工程设计与预算调整的关键环节[1].为了克服传统人工操作导致的数据丢失和错误等问题,变电站建设引入了基于BIM和风险预测技术的算量系统,从而有效地提高了数据预测精度和算量管理效率.Revit技术作为BIM的一种可实现实体、设备、结构三维协同设计的核心类软件[2-3],在解决规则检查预算管理、施工需求等方面具有直观、及时和准确性高等优点.

目前,Revit技术已实现各参与方在工程全周期过程中数据跨阶段的集中共享和管理,研究重点正由基本研发逐步转向国家战略与国际竞争层面[4].包蔓[5]基于公开标准的研究数据,提出一种基于Revit的成本估算方法;AKINTOYE等[6]指出工程与软件的结合需要图纸导入和自动格式转换,然而,该功能需求存在转换失败和数据丢失的缺陷.此后,有研究基于Web和IFC标准对数据共享和环境管理做出了初步探索[7].张琦等[8]研究了基于属性信息的自动转换功能设计.但Revit技术还不能够满足精细算量工程系统的需求,例如,项目工程数据的多格式存在、不同层级软件的互不兼容、项目参与方的信息交流、数据同步管理异常等[9-10].

1 开发需求与技术路线

信息交换与共享的本质在于“标准”,标准化的过程管理、标准化的数据格式为工程数据传递和共享提供了可能.

1.1 三维协同需求

在工程实际建设和管理中,不同参与方、利益方均希望能够获得自身所需要的数据信息.基于国家法律法规、电力行业内部规程规范及合同体系建立了各类业务流程,这些业务流程之间、不同应用系统工具之间存在着对项目信息的交换与共享的需求,例如,数字化企业工厂[11]需要实现工程应用和结构数据的严格标准化.

作为BIM软件的领跑者,Autodesk Revit[12]除了自身功能强大外,也提供丰富的API.借助于API,开发者可以将Revit建模后的信息与其他软件功能集成或链接到Revit中;借助于API还可以将琐碎的建模工作自动化,在一个平台上即可完成所有工作.

1.2 Revit二次开发技术路线

要成功开发Revit API的功能扩展区Ribbon UI,首先应允许通过API定制专属Ribbon控件,相关接口为Revit APIUI.dll,需要在专属应用程序中引用该文件.

基于Revit模型的变电站精细算量系统的设计流程如图1所示.其中BIM模型数据库作为数据单一共享元,可实现多阶段信息的高度集中.

图1 Revit API设计流程Fig.1 Flow chart of design by Revit API

2 精细算量模块及系统整体设计

在变电站设计过程中,工程设计人员需要明确所有电气设备的空间位置关系,包括各配电装置、单元模块、成本预算信息等.

2.1 系统需求及功能模块设计

变电站工程量清单计价模式是变电站招标过程中的一个重要环节,为了实现精确造价控制,基于Revit技术的算量系统引入了量价分离的设计思想.为了降低系统的出错率,在传统算量系统的基础上,增加了安全报告模块,并且在管理模块中增设了安全建议子模块,从而优化算量系统的数据完整性,进一步提高其信息安全强度.

需要说明的是,由于安全报告模块的添加和运行,算量系统的界面加载、按钮操作和数据加载等多项测试指标必然受到一定的影响.针对这一问题,通过精简传统算量系统的项目基本信息模块,弥补了整体系统响应速度.在全局分析的基础上,结合变电站工程算量软件的总体设计方案,文中提出以下4个方面的需求:

1) 数据的自动识别、利用,包括数据完整性、准确使用、无须人工识别图纸等;

2) 计算规则的本土化;

3) 对系统未能自动套取的构建及维护;

4) 数据在三维平台之间的共享与交换.

按照上述总体设计的需求,通过调整传统变电站算量系统的功能模块,绘制基于Revit技术的变电站管理系统各个功能模块,如图2所示.

图2 系统功能模块Fig.2 System function modules

2.2 系统总体架构设计

按照层次化软件的设计思想,考虑到模型信息的存储利用便于分离,本文系统采用数据层、接口层、应用层3层架构模型,逻辑结构如图3所示.

图3 系统逻辑结构Fig.3 System logic structure

基于层次化设计思想,具备3层架构的模型可以方便地存储内部系统信息,同时提高系统的稳定性和可靠性.外部数据层主要包括设计清单、规则、属性及项目库等;接口层基于Revit的二次开发获得,主要进行功能自定义和扩展;图形平台的功能体现在应用层,包含模型映射和属性匹配、从模块化角度设计变电站信息管理、电缆计算输入及耗电量统计输出等功能.

2.3 业务流程设计

结合变电站工程预算中工程量的算量,通过对关键环节进行规划,设计有效工作流程:

1) 利用VS2015软件创建类库,完成了项目的新建操作.在添加完引用和资源管理器后,调用这两个程序集相应类库和函数.数据库的开发通过整合不同功能的模型,支持多种文件格式的读取导出.将模型中所有图形、非图形的项目信息视图均集成在一个模型数据库中.

2) 在程序编写时,针对专业设计不满足指标要求的情况,需通过编辑外部文件读取设计说明.

3) 正交三维视图通过平行投影将模型投影到平面上,视图坐标系和投影三维视图相像,但剪裁盒的各个面要与投影线平行或垂直,View.CropBox属性指向两个基于视图坐标系的对角线坐标.

4) 在Revit结构中,分析模型是对结构物理模型在工程上的描述,包括分析模型参数信息、分析模型支撑信息和分析链接等.分析模型是Revit二次开发中数据分析的一项重要功能,而分析链接又是分析模型中的一个难点.虽然两个分析模型之间可根据一定的规则自动生成分析链接,但Creast方法并不是通过指定两个分析模型直接创建,而是通过指定两个分析节点在API中表现为Hub的类建立分析模型与分析节点之间的对应关系,从而建立分析链接的分析节点.

2.4 实例仿真

上海某变电站是上海历史最悠久的中心城区大型变电站之一,享有“远东第一站”的荣誉称号.在20世纪60年代,上海最高用电负荷仅有6×108W,而该地区3台220 kV主变电站的每台容量均在9×107W左右,3台主变电站承担了当时上海约一半的用电负荷[13].该变电站设计规模为:3×240 MVA主变压器,220 kV进出线8回,110 kV出线14回,35 kV出线20回.以该220 kV输变电工程为例,按照设计原则进行Revit二次开发,展现各电气设备关系.

2.5 系统性能测试

在系统搭建工作完成之后,针对基于Revit的变电站算量系统,本文分别从功能和性能方面进行了具体测试:

1) 功能匹配.在系统的全部功能执行过程中,共完成486项测试,其中工程设置79个,模型映射156个,属性验证、提取套用共251个.

2) 模型映射.对用户模型的部件、组名、类型等设置进行必要的验证,其相应结果如表1所示.

表1 模型映射功能测试Tab.1 Model mapping function test

3) 量化指标.针对系统容错性、稳定性、可操作性等多种指标,通过反复运行开发前后的变电站算量系统1 000次,记录和统计界面加载、数据加载和按钮执行等多种软件操作的平均响应时间、事务通过率和出错率,实现算量系统的性能测试.此外,基于平均响应时间、事务通过率和出错率的统计结果,分别计算这3个指标的综合优化程度,其具体测试结果如表2所示.

表2 系统性能测试Tab.2 Performance test of system

由表2结果可知,基于Revit技术的变电站算量系统虽然仍有部分软件细节需要完善,但基本完成了设计过程中关键功能的开发.与传统的变电站算量系统相比,本文所提出算量系统的界面加载、按钮执行和数据加载的平均响应时间至少提高13.6%,而响应时间、事务通过率和出错率的综合优化程度至少达到了16.5%.

2.6 测试结果分析

为了进一步验证变电站算量系统的管理成本和评估准确率,本文通过引入实际变电站的具体施工成本数据,将传统算量系统和变电站算量系统的评估数据进行了详细的对比.需要说明的是,本文将施工过程分为8个独立的施工阶段,并利用算量系统进行成本评估,获取相应的金额数据,具体评估情况如图4所示.同时,利用实际的施工成本数据,分别计算不同施工阶段传统算量系统和本文所提出算量系统的评估准确率,令Ri表示第i个阶段的实际施工成本,Ti和Si分别表示第i个阶段传统变量系统和变电站变量系统的评估施工成本,则传统变量系统和变电站变量系统的评估准确率δTi和δSi分别表示为

图4 传统算量系统、变电站算量系统和实际施工的成本评估金额

多阶段评估准确率δTi和δSi的变化情况如图5所示.由图4、5可知,与传统算量系统相比,在施工各个阶段,变电站算量系统评估数据更加接近施工阶段的实际成本数据,其评估的准确率更高,证明了所提出的变电站算量系统的有效性和优越性.

图5 传统算量系统与变电站算量系统的评估准确率对比

结合理论分析和实际应用,变电站工程需要进行长时间的施工和大量的造价预测,算量系统软件的响应时间、事务通过率、出错率和成本评估准确率均实现了优化,可以有效地节省变电站施工单位的人力、物力和财力.

3 结 论

国内基于Revit技术的变电站三维数字化建设目前仍处于起步阶段,而从“可用”到“高效”还需进行大量的研究工作.本文设计了基于Revit二次开发的变电站三维精算系统,通过对数字化变电站工程项目的仿真可知,变电站的Revit二次开发设计的主要优势如下:

1) 协同设计将不同专业的设计结果统一,并且可减少人员的参与导致的误差,从而提高设计准确率;

2) 得益于设计准确、精度高,模型使用三维设计替代二维设计;

3) Revit的视图关联功能能够有效提高制图效率,算量结果与模型的统一有助于计算结果的适时调整,工程量的自动统计与处理有助于及时了解造价成本.