周菁菁， 张慧洁， 白青壮

（上海勘测设计研究院有限公司）

1 引言

建筑业的变革从第一次的手绘图纸变更为电脑CAD 制图到第二次从CAD 二维平面图纸变更至三维模型的建立，出现了从质到量再到质的变化。然而，二维图纸向三维模型的转变并不是一个阶段的完成，相反，这是另一个阶段的开始——“数字孪生”的起点。

2 工程概况

数字孪生（Digital Twin），利用BIM模型（建筑信息模型）与项目各类型传感器的数据、项目运行数据、工程建设及运营过程中形成的工程及运维等数据在虚拟空间中进行映射，形成了依托BIM 模型实现的数字孪生工程。三峡现代能源创新示范园是以“风、光、储、氢”产业为核心、“制、研、检一体化”的综合产业园。本项目立足于园区的建设目标，基于BIM+GIS技术、数字孪生技术将项目的全阶段串联，提升工程建设中的信息化、数字化水平，实现多方、多专业各类工程信息的统一管理，构建一个高效集约的工程建设协同工作、管理体系，为智慧园区打造坚实的基础。

三峡现代能源创新示范园数字孪生项目如何依托BIM 模型完成工程数据的映射，完成数字孪生技术的全阶段串联，模型构件编码便成为其中的关键因素。模型构件编码，是结合工程建设阶段、工程项目需求而建立的多维度的编码结构，其中包括工程项目编制代码、工程项目建设阶段、项目的专业领域、构件类型、构件专业属性、设备归属系统、模型构件放置的空间位置、模型的元素、单元工程的划分、工程质量验收的划分等。选取适合本项目的多维度的编码结构，针对不同类型的构件进行多种组合后，增加流水号后成为项目各类构件的最终组合编码。

3 编码工具建立的必要性

构件编码不仅可以将BIM模型构件与工程数据进行映射，同时编码也可以体现部分构件属性[1]，如：项目空间、构件所属阶段、构件类型、构件所属专业、系统等；模型建立过程中，需在模型构件的属性栏中建立编码属性字段，将模型构件进行一一编码，此编码过程为人工手动编码，将已完成组合的构件编码一一填入编码属性栏中。通常在对构件进行手动编码时，需人工查找各个维度编码手册中的属性信息及编码，并进行组合，增加流水号，手动填入编码，完成编码录入工作。手动录入编码工作存在如下缺点：每个构件存在多种维度的编码，且各构件的最终组合编码是不同且唯一的，因此无法同时录入多个构件的编码，导致编码录入工作量巨大且繁杂。若在编码录入过程的任何环节出现纰漏，则构件的最终组合编码就是错误的，而类似情况在编码录入过程中会经常出现。

建立模型编码工具可避免人工在对构件编码过程中，出现繁杂的字母、字符及数字组合的输入中出现错漏百出的现象，为模型编码工作提速增效，事半功倍。

构件编码组合结构是多重的，不同构件的多维度编码组合可能存在最终编码是相同的情况，为保证构件编码的唯一性，模型构件编码的最终组合需增加编码流水号，手动填写模型构件编码，会经常出现流水号编辑错乱的情况，返回模型中查找编辑记录，发现无法确认编制末次流水号的构件，须查找所有相同属性的构件编码，并进行流水号比对，最终确定末端流水号。

构件编码编制完成后，模型编码的核查工作也是非常烦琐的，需人工对所有位数的编码进行一一核查，核查到未编码的构件要补充构件编码，已编码的构件需二次对比各维度的编码表，构件属性信息与编码一一参照核对，编码无误即为核查完毕，如若编码有出入，需另外更改模型编码，相比之下，核查编码的工作量甚至大于模型重新编码的工作量。

模型编码核查过程中，模型的核查顺序是无规律的，即模型编码的核查与否在筛查过程中是无法确定的，最终会导致模型编码的核查出现重复、错漏等现象；模型编码的创建与核查，皆是对数字及字符的创建与核查，若不对照编码表格，编码人员无法理解数字及字符的意义。那么，手动输入编码工作及核查工作时，需要同时对比、查找、确认多套表格，增加人工成本，且效率极低。

4 构件列表的建立

模型编码工具的研发，需针对上述手动输入及核查编码的缺陷进行修正。常用的建模软件都会包含不同的专业及类型，编码工具在建立过程中，可根据模型自带构件库的专业及类型整理，形成构件树列表，列表的层级依次为：构件所属专业，构件所属类型，构件实例名称。将构件以树形列表的形式展现，可在列表中按层级顺序查找并选择模型，有序地进行模型编码及编码核查工作，减少无规律选择。

除应用树形列表展示构件的层级外，需以表格形式平行地展现所有模型构件的实例名称，即为模型构件列表。为区分相同名称的不同构件，建模软件在模型构件建立时自动生成的无序ID 编号应同时出现在表格中与构件名称一一对应。如：排水沟B型，模型中存在多个构件实例，构件列表中平行展示多个“排水沟B 型”名称，列表中每个“排水沟B型”分别显示不同构件在建模时生成的无序编号，用以区分多个名称为“排水沟B型”的构件（见图1）。

图1 构件树形列表及构件列表

树形结构列表是把模型的层级结构一一列出，在未选择任何构件时，构件列表中显示的是所有构件的实例。选择树形列表中的构件名称或构件类型名称，构件列表中即可显示所选构件名称或构件类型中所包含的所有的构件实例。反之，在构件列表中选择某一构件，即可在树形列表中显示所选实例构件所在类型的所有结构层级，同时在树形列表中可高亮显示所选构件。

模型构件的属性信息、树形列表、构件列表与构件模型是相关联的。列表中选择某一构件，模型窗口中的构件模型会自动高亮显示，可在模型窗口中对模型进行缩放、移动、旋转等常规操作，并观察模型所在的空间位置、专业系统及构件属性等信息；或在模型中选择某一构件或者框选多个构件，打开模型编码工具，一键导入所选构件，模型界面中选中的构件即可导入编码工具的树形结构列表及构件列表，显示模型中所选构件，隐藏其他构件，并对所选构件进行模型编码准备等工作。在编码工具中建立树形列表、构件列表，并与模型建立关联，既解决了构件排列无序，流水号编排混乱等问题，又减少模型在编码及核查过程中重复查找的工作量及漏查等风险。

5 属性信息选择功能

模型构件的编码由一个或多个维度的编码结构组成，编码结构通常包含空间码、类型码、设备码、WBS（工程分解结构）码、QBS（质量分解结构）码、CBS（投资分解结构）码等[2]，针对项目的不同阶段、不同需求，可将一个或多个维度的编码自由组合成为构件编码。编码的自由组合层级结构越多，代表编码字符的位数越多，例如：三峡现代能源创新示范园数字孪生项目编码组合包含空间码、类型码、设备码、WBS码及QBS码。其中空间码的结构包含3个层级，每个层级包含2位数字编号，且每个层级之间用字符“.”分隔，例如：00.01.02，共8位编码；类型码、设备码、WBS 码及QBS 码皆包含4 个层级，每个层级包含2位数字编号，每个层级之间用字符“.”分隔，例如：01.02.03.04，共11 位编码，每个维度的编码之间用“-”链接，构件的组合编码为55位。构件的属性列表中会分别列出每个维度的编码及组合编码。多位数字及字符的组合，在输入及核查阶段，皆易造成操作失误。

构件编码主要含义为构件的属性表达，因此，利用模型编码工具，可通过对构件编码表格中属性信息的选择操作代替手动录入编码，从根本上避免数字、字符输入出现差错等问题。模型编码需首先对模型的属性信息进行选择，在模型编码工具中打开构件编码手册列表，选择模型构件对应列表中最末端层级的属性信息[3]，确认无误后，编码工具需将所选信息自动填写在模型构件列表的属性栏中，工具编码列表中自动生成所选属性信息的编号。例如：“桩-C30”构件，选择构件类型属性中“桩-C30”构件的类型：大类为“结构”、中类为“下部结构”、小类为“基础结构”、细类为“桩基”，细类“桩基”为构件“桩-C30”可选的最末端层级的属性，类型编码为01.02.04.10，选择至细类“桩基”时，模型编码工具中“桩-C30”模型构件的类型信息自动填入到“桩-C30”构件的类型属性表格中，“桩-C30”的类型编码自动填入到“桩-C30”构件的类型编码表格中，完成类型信息的编码工作。

6 流水号的自动生成

通常，构件的编码根据项目需求，将多个不同维度的编码进行组合，形成构件组合编码，但某些相同属性构件编码在编制过程中，多个构件的组合编码完全相同，无法区分。而构件的最终组合编码须唯一，因此，对于多维度属性编码完全相同的构件，需在不改变任何属性信息的基础上区分各构件编码，增加流水号是最简单的区分方式。

将所有维度的编码编制完成后，按项目需要在组合编码末尾增加流水码。如：宿舍楼101房间的1#照明灯及2#照明灯，信息编码组成皆包含类型、系统、空间，两盏照明灯的设备类型属性皆为照明、系统属性皆为SL1 系统、空间均属于宿舍楼101 房间，组合编码完全相同，因此，需应用流水号对照明灯的组合编码进行区分，根据项目需求设置3位流水号，在1#照明灯及2#照明灯的组合编码后增加三维流水码001及002，完成构件最终组合编码。建立模型编码工具需自动识别组合编码相同的构件——1#照明灯及2#照明灯，并且按照项目需求定义流水号位数后，按顺序自动添加相同组合编码的流水号对构件进行区分。

7 结语

模型编码工具的研发，满足不同项目中多重编码结构的自由组合需求，简化了编码编制过程中人工手动输入及核查编码的烦琐工作，通过一键查询完成编码表格的核查工作。编码工具的研发在三峡现代能源创新示范园数字孪生项目上节省了大部分的人力成本，减少编码工作的编制错误，完成依托BIM 模型及模型编码形成工程数据的映射，形成数字孪生技术的全阶段串联。