刘 纲，郭 莉，杨 剑，刘 毅

(1.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏 南京 210008；2.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210024)

电力是现代生产和生活必不可少的动力，也是当代最方便、最易控制、适用范围最广泛的现代化能源。对电力基础设施而言，工程量计算是设计及施工阶段成本控制的前提和基础，对电网、咨询机构、监理机构以及投标者至关重要。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是一个集成建筑的几何信息、功能特征和建筑性能的三维建筑模型，可实现系统规划、三维设计、虚拟施工、协同管理、辅助运营的全寿命周期工程管理和信息共享，符合信息化背景下工程造价精益化管理的要求[1,2]。随着计算机技术的快速发展和BIM技术在建设工程中的广泛应用，电力基础设施的工程量计算方式已逐步由手工计量向软件智能化计量过渡。目前，市场上已开发出了电力工程的专业计量软件，可以基于二维图纸建立工程的三维计量模型实现工程量快速计算。但是这类软件无法直接利用设计阶段BIM模型，导致出现二次建模的重复工作量，此外，造价人员对设计规范的理解差异会造成工程量计算结果产生偏差。这与BIM的全生命周期信息传递与共享理念相违背[3]。

为实现对BIM模型工程量的自动提取，国内外学者一直致力于BIM模型工程量自动提取的二次开发研究。针对当前在设计阶段无法准确查询工程量的问题，Zhao等[4]提出了基于Revit平台的自动实时获取工程量的方法，利用Revit API(Application Programming Interface)函数，设计人员在设计过程中可以实时统计工程量，并根据工程量的统计结果自动校核和更新设计结果。由于Navisworks软件不能提供3D模型中组件类型、几何形状和尺寸等信息，造价人员无法直接利用Navisworks平台集成的三维模型智能获取工程量。为了解决这类问题，Han等[5]提出了一种从三维Navisworks观察模型中提取几何尺寸的新方法，很大程度上缩短了工程计量所需的时间。Akanbi等[6]为解决不同BIM平台之间缺乏互操作性的问题，开发了一种自动化提取木结构数量的算法，减少了造价人员手动输入的工作量。齐聪等[7]探讨了以Revit为平台开发工程量计算软件的技术可行性。在电力基础设施领域，郭琦等[8]基于Revit平台的ODBC(Open Database Connectivity)数据库开发了输变电工程量计算插件LQC。为了深入挖掘BIM平台的功能，实现平台与其他软件的数据转换，杨党辉等[9]基于Revit平台研究了BIM结构设计的数据转换问题，认为IFC(Industry Foundation Class)标准仅适合结构物理模型的数据转换，在实体配筋上受到很大的制约。现有研究印证了基于BIM技术实现设计信息和计量信息传递与共享的可行性，但主要集中于房建工程领域。电力基础设施造价管理具有计价规则繁琐、专业分类复杂、涉及主体多等特点，因此基于BIM技术研究电力基础设施智能化算量十分必要。

Revit是一款市场上使用最广泛的BIM设计软件，能创建满足设计要求的参数化模型；同时，BSL软件是电力行业中常用的计量软件之一，可以实现电力基础设施三维算量，拥有与Revit之间的几何模型导入接口。BSL计量软件中的BIM技术的应用可以实现设计阶段的BIM模型向工程量计算阶段的传递，避免二次翻模，提高工程量计算效率，减少人为建模失误。因此本研究拟利用BIM的信息流技术将工程计量信息导入Revit模型中，进一步创建电力基础设施计量样板，同时利用BSL软件与Revit软件的接口，提出模型工程计量信息(包括构件的几何信息与属性信息)到BSL软件的映射方法，从而实现电力基础设施“Revit+BSL”的智能化算量。

1 基于Revit模型的电力基础设施项目计量数据信息流

BIM的技术核心是一个由计算机三维模型形成的数据库，它集成了项目全生命周期内所有类别的工程信息，形成了协调工程项目系统目标、外部资源、内部资源的信息流网络[10]。电力工程计量内部信息包括基础信息和计量规则信息。图元是Revit模型的基本单元，包括模型图元、视图图元和注释符号图元。模型图元中的信息根据性质的不同可分为基本数据(几何数据、物理数据、功能数据等)和扩展数据(技术数据、经济数据及管理数据等)[11]，包含了工程量计量所需的基础数据信息。BSL软件中内置了电力工程定额和清单计量规则信息。若要实现内部信息的连通，以及Revit设计模型与BSL计量模型的自动转换，应从外部嵌入Revit到BSL参数化映射规则信息。图1为电力工程计量工程数据信息流，主要流程是从Revit中提取所需的图元信息，创建Revit到BSL参数化信息映射规则，自动生成BLS计量模型，最终实现一键式工程量汇总计算。

按照电力基础设施项目计量数据信息流，本文设计了电力工程智能化计量系统(见图2)，包括信息输入、信息提取、信息映射和信息应用四大模块。信息输入模块是基于电力工程计量信息需求，分别在Revit模型创建时输入基础信息，以及在BSL模型中输入定额和清单的计量规则信息。信息提取模块是基于Revit SDK库、基础算法库和业务规则库，从Revit设计模型和BSL模型中提取基础计量信息和计量规则信息。信息映射模块主要功能是实现Revit模型数据到BSL数据的转换，包括Revit模型转换子系统和BSL模型构建子系统。Revit模型转换系统依赖于Revit SDK库，并根据映射规则将Revit模型转换为中间数据，为BSL的模型构建提供原始数据，该子系统的功能包括模型数据提取、构件自动映射、构件数据转换等。BSL模型构建系统是依据中间数据，结合相关的规则及数据合法性要求，建立完整、正确的BSL模型。信息应用模块主要实现工程量计算、工程量分类汇总、计算报表生成等功能。该模块基于信息映射模块的BSL三维模型数据，根据信息提取模块的一系列业务规则库进行计算。四大模块中信息应用模块，信息提取模块和信息输入模块的BSL软件计量规则已在Revit和BSL软件中实现，因此计量信息的分析和Revit 2017-BSL 2015模型数据共享插件的设计是实现电力工程智能化计量的关键。

图1 电力基础设施项目计量数据信息流

图2 电力基础设施项目计量系统构架

2 电力基础设施项目计量信息分析

BIM模型的信息导入是利用BIM技术进行信息化管理的基础。在工程计量方面，可以针对不同构件计量的信息需求，在设计阶段为BIM模型添加相关的几何、物理、功能等基础数据，通过一定的映射规则自动生成计量模型从而实现智能化算量。因此应针对每个计量模块和不同构件，依据电力建设工程定额和清单工程量计算规则详细分析各类图元计量所需信息，完善设计Revit模型中所需的计量信息。

2.1 输变电工程计量信息需求

在计算电力工程的工程量时，不同类型构件计量所需的信息不同，因此本文基于电力工程定额和清单计价规范，将BLS电力工程计量功能分为四大模块：图形抽筋、土建算量、装饰装修算量和钢结构算量，每类模块中所计量的分部分项工程类型如表1所示。

表1 计量功能模块构成

根据电力工程定额和清单规则，计量信息可大致分为几何特征类、功能作用类、材料种类及要求类、施工工艺和施工方式五大类，这五大类数据基本上满足了建筑构件实体分解的要求。以柱构件为例，根据电力工程清单定额规范中有关柱构件计量的规定，其土建计量所需的参数信息如图2所示。由此得知，柱构件所需的计量信息需要按照清单定额的编码分类成对应的信息，其余构件应按照此分类方式进行信息整理，为创建电力工程量样板提供数据基础。

表2 柱土建计量信息

2.2 电力计量样板设计分析

在Revit软件中，样板文件包含了系统设置的项目初始参数，包括项目默认的度量单位、层高信息、楼层数量的设置信息、显示设置、线型设置等。一个合适的样板可以减少后期设计过程中参数的设置和调整工作，提高项目建模的效率[12]。电力项目BIM模型中与工程计量相关的图元属性信息复杂多样，为了便于工程师在设计阶段快速准确地输入项目计量所需信息，本文将定制一套电力工程计量样板，运用于电力工程智能化计量中。Revit软件的共享参数功能可以为各类构件添加图元中尚未定义的电力工程计量信息，同时利用项目参数将各类信息按照相应的分组方式添加到各类构件的实例属性栏中。

BIM技术其数据接口和工程文档的表达方式均执行欧美国家的标准，钢筋工程建模特别是复杂节点设置，通常采用实体详图表达钢筋信息[13]。对比国内采用的平法表示法，实体详图表达虽然具有直观可以指导施工的优点，但是由于实体钢筋建模工作量大，减慢了BIM软件的运行速度，降低了操作灵活度[14]。在实际操作中，工程师用BIM软件处理各构件钢筋之间的搭接问题和钢筋节点设置存在一定难度，使得BIM软件计算的钢筋工程量出现偏差。因此，本文采用直接在BIM模型中输入钢筋信息的方法来解决BIM软件钢筋计量的问题。图形抽筋算量模块包括10大类构件：柱、基础、梁、墙、门窗洞、板、楼梯、设备基础、电缆沟、其它。所需的计量参数信息主要包括几何参数(尺寸、位置)、构件类型、钢筋布置和材质信息(钢筋等级、直径)等内容。由于钢筋信息存在不同的格式，为提高建模效率，本文根据16G101平法规则预先将所有钢筋格式嵌入样板中。对于装饰装修，土建和钢结构算量模块，参照钢筋模块的样板设计方式，按照每个模块所需的属性计量参数将信息导入到Revit中。图3为与柱构件计量有关的属性参数信息导入Revit中的情况。同时，为方便设计工程师快速选择需要的材质类型，本文创建了电力工程算量的材质库，如图4所示。

图3 柱算量参数信息

图4 计量材质库

3 Revit 2017-BSL 2015模型数据共享插件开发

本研究开发的Revit设计软件与博微BSL软件间的数据共享插件，实现了设计BIM软件和算量软件间的模型转换。此插件作为BSL 2015软件的子模块，具有Revit模型的导入、模型转换和算量输出三大功能模块，每一功能模块下包括若干个子功能，如图5所示。工程量计算模块在BSL软件中已经实现，本插件的核心在于实现Revit模型信息提取和所提取信息到BSL算量软件的映射两大功能。

图5 数据共享插件的功能模块

3.1 Revit模型信息提取

Revit模型信息提取是为了获得适用于BSL软件的计量信息。Revit三维模型的内容集成与数据编纂规范由软件自身拟定、不依赖于任何通用的文件格式，因此需要依赖于Revit提供的软件开发工具包Revit SDK以实现该三维模型的平台转换。Revit SDK提供了非常强大的Revit模型数据获取与修改方法，因此信息提取的关键在于如何将Revit的模型构建层次转化为BSL模型的构建层次，以及涉及到构件的名称、尺寸以及构件计量信息的获取与转化。

3.1.1Revit模型的层次信息提取

为实现Revit三维模型和BSL算量模型的转换，需要将Revit初步的结构化数据转化为BSL模型数据，完成工程信息、楼层信息、轴网信息和构件模板/构件实例信息4个关键层信息的转换：(1)直接提取Revit工程信息类中基本的工程信息；(2)Revit的标高实际上具有楼层的涵义，通过提取各标高类对象的信息，再对标高高度进行排序、分析及合并，可构造出相应的楼层信息；(3)Revit的轴网是单根独立存在的，通过提取各轴网类对象信息，再结合轴网间的相交情形，可构造出相应的整张轴网；(4)结合构件的标高信息，构建楼层与构件之间的层次关系完成信息提取。

3.1.2Revit模型的构件信息提取

构件是建筑信息传递和共享的最小粒度，包含了整个三维模型转换的完整信息。本研究以模型构件为对象，使用Revit SDK提取构件的图元信息和参数信息，用于分析构件的具体属性，辅助分析并抽象出几何原型数据，实现构件信息的转换。

3.2 Revit模型数据映射规则

完成Revit模型中数据提取后，需要将计量相关信息映射到BSL软件中，包括名称信息、构件几何信息和其他信息。本研究采取的数据信息映射方法为关键字识别法，首先在BSL软件中内嵌模型信息映射规则表，然后根据表中名称间的映射规则，在Revit模型中遍历图元及其属性名称，若符合映射规则表中的名称对应关系则提取数据。信息映射流程如图6所示。

图6 信息映射流程

3.2.1 构件名称映射规则

Revit模型的每个构件计量信息向BSL软件中传递是通过识别相同构件名称实现的。因此为了准确地向BSL软件映射构件类型，本文设计了Revit软件到BSL软件中构件名称映射规则表(见表3)，Revit软件中构件将按照“尺寸-名称及编号-BSL构件类型”的规则命名。

3.2.2 构件几何信息映射规则

Revit模型中构件几何信息是电力工程计量所需的基本信息之一，包括构件的长度、宽度、高度、厚度等，与构件名称类型映射方式一致，通过识别Revit中几何属性中的关键字实现，例如在Revit软件中新建框架柱构件后，其族属性名称为“b边”，其对应BSL软件属性为柱的截面宽(b边)，只需直接在几何属性映射表中柱构件 “宽度、B、b”后添加一个“b边”，那么映射时Revit柱构件设置的b边映射到BSL柱的属性为截面宽。Revit模型中构件几何信息与BSL软件中构件几何属性名称的映射规则如表4所示。

表3 Revit到BSL软件构件名称映射规则

表4 构件几何属性映射规则

第2部分已经对基于Revit模型的电力工程计量参数以及相应的电力工程计量样板设计方法进行了详细介绍，该样板文件中各构件与工程计量相关的图形抽筋、土建算量、装修算量和钢结构算量的参数命名规则和BSL软件完全一致，因此并不需要设置规则映射表，在此类信息提取和映射过程中只需遍历构件的名称即可，名称一致则形成映射关系。

3.3 BSL计量模型构建

BSL构建计量模型是依据Revit模型提取的数据，结合相关规则及数据合法性要求，建立完整、正确的BSL模型。然而，提取的数据文件仅提供了部分信息，要执行算量软件的必要数据生成流程(图7)才能生成算量工程数据文件。

图7 数据生成流程

3.4 插件开发

Revit 2017-BSL 2015模型数据共享插件的两大功能模块采用不同的开发工具和开发语言：Revit模型信息提取模块基于Revit 2017的二次开发要求，在.NET Framework 4.5.2开发环境下，采用VS2015工具和C#开发语言；构建模块则采用VS2013开发工具和C++开发语言。

插件的技术核心在于数据处理层的实施，研究开发的数据处理层包括Revit模型转换模块和BSL模型构建模块，两者之间通过API接口来实现数据的关联，如图8所示。在Revit模型转换模块，使用Revit SDK读取Revit工程文件数据，并经过提取、转换生成算量软件支持的工程数据文件。在BSL模型构建模块，将生成的工程数据文件导入BSL软件，利用算量软件的业务和建模技术，生成算量软件的全信息工程数据，执行算量软件的工程量计算业务。

图8 Revit数据共享插件的技术与接口

4 基于BIM的某输变电工程智能化计量案例分析

4.1 工程算量

输变电工程是电力基础设施中的关键组成部分。本文选取的某变电站工程案例为2层框架结构，建筑总高8.1 m，建筑面积为8000 m2。在Autodesk Revit 2017软件中，利用输变电工程样板快速创建三维模型，通过最新开发的插件首先映射构件名称，再映射构件几何信息和构件标高信息，最后提取构件其他计量参数信息，在BSL 2015软件中自动建立三维算量模型，并完成工程量汇总计算，如图9所示。

4.2 映射插件应用分析

本案例利用Revit 2017-BSL 2015模型数据共享插件，将该变电站工程Revit模型的计量信息导入BSL软件；同时，为检测导入数据完整性和准确性，依据该工程在Autodesk Revit和BSL中统计的各构件的名称和数量为基础数据，进行模型转换率分析，如表5所示。通过分析可以判断在最新的映射插件下，模型可以实现100%转换，所以采用BIM技术进行三维算量可以完全避免工程师的二次建模。

图9 插件功能应用

表5 模型转换率

考虑到设计BIM模型在我国工程计量方面应用程度较低，本文采用对比法分析BSL翻模计量与Revit模型导入BSL软件计量两种模式下工程量统计的差异程度来评判插件的可行性。选取混凝土工程中的柱构件为案例的验证对象，对比两种不同模式下所有柱构件的工程量，进行模型工程量转换率分析，如表6所示。由表6可知，两种模式下柱构件的工程量差异率在2%以内，主要是由于设计人员或者翻模人员的失误导致的，属于合理范围[15]。因此，本文开发的从Revit设计模型提取信息在BSL软件中计量的方式不仅能提高了计算效率，而且能保证准确性。

表6 柱两种模式工程量统计

5 结 语

BIM技术目前处于快速推广和普及阶段，各种三维算量软件应运而生，房屋建筑工程领域已经实现基于BIM模型的工程量自动统计。为实现电力基础设施领域智能化算量，本文基于Autodesk Revit软件创建电力工程参数化建模的样本文件，并开发出Revit 2017-BSL 2015模型映射插件，基于三维设计模型进行工程量快速统计。将其应用到实际工程中，验证结果表明，电力工程“Revit+BSL”的智能化一键式算量可以在确保准确率的前提下提高工程量统计效率。研究希望加强BIM信息在全生命周期中的流转，为BIM在电力基础设施算量未来的应用提供新的视角。然而本研究开发的Revit中的电力工程样板是以BSL软件为平台的工程计量工具，无法直接借助于Autodesk Revit软件完成工程算量；同时由于条件所限，方法验证有待更多案例加以证实；此外，本工程自动化计量方法仅针对电力基础设施土建算量方面，未来研究将加强电力基础设施其它专业的插件开发，以提升电力工程智能化算量覆盖面。