基于三維技術(shù)的工程數(shù)字化移交系統(tǒng)初探

吳 磊（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

·電力信息技術(shù)·

基于三維技術(shù)的工程數(shù)字化移交系統(tǒng)初探

吳 磊1，2
（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

討論了工程數(shù)字化移交系統(tǒng)的背景及其設(shè)計(jì)目標(biāo)，工程數(shù)學(xué)化系統(tǒng)依托三維技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)可視化交互操作、文檔在線查看、設(shè)備參數(shù)管理等功能，最終為管理者提供輔助決策，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全生命周期管理，為工程項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐。

三維技術(shù)；工程項(xiàng)目；信息技術(shù)

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，特別是大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，信息技術(shù)已滲透到各行各業(yè)。工程管理包含了大量的內(nèi)容，其涵蓋了工程項(xiàng)目整個(gè)生命周期的管理，包括工程規(guī)劃管理、工程設(shè)計(jì)管理、工程投資管理、工程建設(shè)管理和工程使用管理等。為了確保工程各參與方的有效溝通，避免“信息孤島”，有效充分利用各種信息，必須借助信息化手段。

隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的要求，工程項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境也隨之發(fā)生了很大變化，需要解決轉(zhuǎn)型過程遇到的各種問題，如設(shè)計(jì)觀念問題、管理制度仍需完善、缺乏進(jìn)度費(fèi)用控制經(jīng)驗(yàn)、信息化管理不健全。設(shè)計(jì)企業(yè)在向國際型工程公司轉(zhuǎn)型的過程中、在開拓總承包項(xiàng)目業(yè)務(wù)的過程中，必須增強(qiáng)規(guī)劃統(tǒng)籌能力，提升核心競爭力，更新設(shè)計(jì)手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)手段從以二維為主向以三維設(shè)計(jì)為主轉(zhuǎn)變，在提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)精細(xì)化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的數(shù)據(jù)集成，最終達(dá)到數(shù)字化手段在工程營銷、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場實(shí)施、項(xiàng)目移交等工程全過程的深度應(yīng)用。

隨著大量基礎(chǔ)設(shè)施的投入使用，對于基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營與維護(hù)，業(yè)主方愈加關(guān)注，項(xiàng)目全生命周期管理變得越來越重要，數(shù)字化移交逐漸普遍，智慧建設(shè)的開展越來越快，而這些也將不斷促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)與建設(shè)單位向業(yè)主交付的產(chǎn)品從實(shí)物基礎(chǔ)設(shè)施到數(shù)字化智能基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)變[1]。

1 數(shù)字化移交系統(tǒng)的目標(biāo)

1.1 近期目標(biāo)

從解決實(shí)際問題出發(fā)，以建設(shè)三維可視化、低成本的數(shù)字化移交管理系統(tǒng)為近期目標(biāo)。為解決設(shè)計(jì)企業(yè)缺乏工程管理的經(jīng)驗(yàn)、缺乏有效的信息化管理工具等問題，改變原有傳統(tǒng)的紙質(zhì)文件傳遞、項(xiàng)目文檔分散在各崗位人員的手中、使用服務(wù)器的共享目錄來共享文件的工作方式，改善查找文件效率低下，同類型項(xiàng)目資源共享流通困難的狀況，建立一套有效的以三維模型為數(shù)據(jù)中心的、集成工程數(shù)據(jù)文檔的信息化平臺。

1.2 遠(yuǎn)期目標(biāo)

以建立可應(yīng)用于工程建設(shè)期及運(yùn)行期、可廣泛適用于不同工程類型的數(shù)字化工程資產(chǎn)管理平臺為遠(yuǎn)期目標(biāo)。作為當(dāng)前成果的延伸，數(shù)字化移交及資產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)工作將逐步展開。通過系統(tǒng)與施工階段、運(yùn)維階段相應(yīng)的系統(tǒng)集成，從初期實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工階段的數(shù)據(jù)展示，到貫通設(shè)備接口，真正具備采集工程運(yùn)維階段的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能，最終可以達(dá)到通過系統(tǒng)控制各類實(shí)時(shí)運(yùn)行設(shè)備的目標(biāo)，為工程項(xiàng)目全生命周期各階段項(xiàng)目管理提高效率、減低成本。

2 數(shù)字化移交系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)以三維圖形引擎為支撐，通過對三維圖形及其數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的輸入、存儲、檢索查詢、處理分析、展示的可視管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能包括：三維模型在線可視化交互操作，文檔在線查看功能，設(shè)備參數(shù)管理，數(shù)據(jù)處理，文檔關(guān)聯(lián)功能，權(quán)限管理。

2.1 三維模型在線可視化交互操作

無需安裝專門的瀏覽三維模型軟件，在瀏覽器端就可查看三維模型，常用的瀏覽操作有：旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、點(diǎn)選、隱藏三維模型。三維模型樹結(jié)構(gòu)可與三維模型互相定位查詢，點(diǎn)擊三維模型中的目錄樹節(jié)點(diǎn)可定位高亮顯示三維模型；點(diǎn)選三維模型后，可自動跳轉(zhuǎn)定位到目錄樹節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)雙向定位功能，方便定位查找模型。通過輸入三維模型名字，可模糊匹配查找，從查找結(jié)果中快速定位自己所關(guān)心的三維模型。三維顯示查詢：用戶可通過系統(tǒng)提供的三維展示窗口，查看電廠地上建筑物、電力設(shè)備設(shè)施、地下三維模型；并可通過操作鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)場地漫游、模型放大（離近）、縮小（離遠(yuǎn)）；通過選擇具體的電力設(shè)備設(shè)施、建筑物、三維管網(wǎng)等查詢具體的模型信息；通過旋轉(zhuǎn)視圖改變視角實(shí)現(xiàn)不同角度的查詢檢索。

2.2 文檔在線查看

將文檔與三維模型建立對應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，選中文檔，指定文檔的類型，再選擇跟文檔有關(guān)的三維模型名字建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。在三維模型樹中選中三維模型名字節(jié)點(diǎn)后，可顯示與其關(guān)聯(lián)的相關(guān)文檔。文檔按文件類型分類建立了文檔目錄樹。可查詢的數(shù)據(jù)資料有：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工圖、竣工圖、設(shè)計(jì)變更單、電力設(shè)備設(shè)施、地下設(shè)施、地上建筑的建設(shè)情況，設(shè)備參數(shù)、維護(hù)、維修記錄、安裝調(diào)試數(shù)據(jù)等龐大的數(shù)據(jù)[2]。數(shù)字化移交的文檔往往都是PDF（portable document format） 格式，為方便用戶查看，系統(tǒng)利用文檔轉(zhuǎn)換接口將便攜式文檔格式PDF文檔轉(zhuǎn)化為可在線查看的文件格式，用戶無需安裝專門的PDF閱讀器，即可直接在線查看所需文檔資料。

2.3 設(shè)備參數(shù)管理及權(quán)限管理

系統(tǒng)具有嚴(yán)格的權(quán)限管理，可設(shè)定不同的用戶角色，根據(jù)用戶的角色，給予不同的操作權(quán)限。權(quán)限級別高的用戶角色可對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行新增、修改、刪除、保存操作；普通用戶只能查看設(shè)備參數(shù)或修改某一指定的設(shè)備參數(shù)。系統(tǒng)管理員用戶可增加平臺用戶角色以及指定用戶角色的操作權(quán)限，還可以查看系統(tǒng)中所有存在的角色。系統(tǒng)管理員用戶可通過該模塊實(shí)現(xiàn)新用戶添加、設(shè)置用戶角色，查看系統(tǒng)中已存在的用戶。

2.4 數(shù)據(jù)處理

設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的工廠三維布置設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)PDMS(plant design management system)模型，因?yàn)榘男畔⒘烤薮?，不太適合在web端展示，所以需要先在三維動畫軟件 3Dmax（3D studio max） 中創(chuàng)建三維模型；然后將設(shè)計(jì)好的3Dmax模型導(dǎo)入到專門的模型交互處理軟件中，添加交互操作腳本后，最終生成可在網(wǎng)頁端使用的三維模型文件。再由管理員導(dǎo)入到工程數(shù)字化移交及資產(chǎn)管理系統(tǒng)中。將處理完的三維模型層次列表，導(dǎo)入到系統(tǒng)中，為后面的文檔與三維模型創(chuàng)建關(guān)聯(lián)關(guān)系做基礎(chǔ)。利用轉(zhuǎn)化接口將設(shè)計(jì)資料、施工記錄、運(yùn)維檢修記錄等數(shù)據(jù)文檔從PDF格式轉(zhuǎn)換為flash格式swf（shock wave flash）。將excel設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入到系統(tǒng)中，excel文件中第1行為表頭，excel文件列數(shù)可以不固定，但是excel中的數(shù)據(jù)必須與導(dǎo)入的三維模型名字相對應(yīng)。

系統(tǒng)采用當(dāng)前主流的web技術(shù)開發(fā)，無需安裝附加插件，用戶即可通過各類網(wǎng)頁瀏覽器直接訪問系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，瀏覽并操作模型，快速查詢定位所需信息，同時(shí)還提供了信息統(tǒng)計(jì)功能、邏輯查詢與圖形定位功能等。

3 工程數(shù)字化移交系統(tǒng)的效益

3.1 輔助決策

拋棄傳統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)信息網(wǎng)，提升管理效率，為管理者提供輔助決策。傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目建設(shè)，資料整理和管理均采用紙介質(zhì)為信息傳遞和存儲的載體，不論是業(yè)主，還是工程公司，在浩繁、堆積如山的工程圖紙資料中檢索和查閱所需資料。工程數(shù)字化移交系統(tǒng)的出現(xiàn)改變了人們的工作方式，將這一工作變得輕松、簡單。在任何1臺計(jì)算機(jī)終端，只需輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)，就會出現(xiàn)所需的一切資料，包括整個(gè)項(xiàng)目的三維立體模型、設(shè)計(jì)資料、設(shè)備參數(shù)，以及設(shè)計(jì)文件[3]。隨著數(shù)字化內(nèi)涵的延伸，工程建設(shè)過程中的管理資料及數(shù)據(jù)，項(xiàng)目投產(chǎn)后的諸多運(yùn)行記錄資料，都將包括在其中，最終成為管理和運(yùn)行時(shí)即時(shí)有效的決策參考資料和依據(jù)。

3.2 降本增效

引進(jìn)全生命周期管理，改變觀念，節(jié)約成本。傳統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)，不論是通信工程項(xiàng)目還是變電站建設(shè)項(xiàng)目，往往只是以建設(shè)過程為對象，關(guān)注質(zhì)量、成本和進(jìn)度；隨著信息化技術(shù)及管理水平的提升，業(yè)主對項(xiàng)目的管理要求也越來越高，對于工程全生命周期管理的要求也越來越迫切。在項(xiàng)目建設(shè)中，將控制一次性建設(shè)成本開支變?yōu)閺娜芷诮嵌燃訌?qiáng)成本控制，通過對設(shè)備的可靠性、安全性以及運(yùn)行維護(hù)、今后擴(kuò)建等進(jìn)行綜合分析，把建設(shè)、運(yùn)行成本降到最優(yōu)、最小化。例如，在變電站項(xiàng)目建設(shè)中，采用可靠性較高的組合電氣，以達(dá)到主要變電設(shè)備在壽命周期內(nèi)無需維修的要求，雖然一次性增加了投入，但后期維護(hù)成本降低了；選取自動化程度高的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到無人、少人值守的運(yùn)行模式。按照“全壽命周期”管理思路建設(shè)，與傳統(tǒng)變電站建設(shè)相比，檢修率及維護(hù)費(fèi)用均有很大程度降低，并為后續(xù)的工程擴(kuò)建預(yù)留出發(fā)展空間，從而減少項(xiàng)目的二次投資。按照變電站運(yùn)行 30年壽命計(jì)算，采用全壽命周期管理的變電站的建設(shè)、運(yùn)營成本，將比傳統(tǒng)同類型變電站的建設(shè)節(jié)省開支近30%[4]。

3.3 數(shù)據(jù)支撐

以移交系統(tǒng)為載體，服務(wù)運(yùn)維，為智能工程提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字化移交平臺具有良好的開放性，以數(shù)字化的形式移交的各類成果，如地理信息模型、三維模型、設(shè)計(jì)資料檔案庫等將以數(shù)字化平臺為載體，服務(wù)于巡檢、工程搶修等運(yùn)維工作；同時(shí)保證平臺與運(yùn)維時(shí)期各信息系統(tǒng)良好集成，共同服務(wù)于工程項(xiàng)目的運(yùn)維階段。打造完備的數(shù)據(jù)庫，為智能工程提供數(shù)據(jù)支撐。工程數(shù)字化移交及資產(chǎn)系統(tǒng)中海量的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、原始的設(shè)計(jì)圖紙以及詳盡的施工管理過程數(shù)據(jù)，都將成為智能工程建設(shè)的強(qiáng)數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

工程數(shù)字化移交系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用目前已初具規(guī)模，為了更好地服務(wù)于工程項(xiàng)目全生命周期管理，還需要進(jìn)一步深入工程現(xiàn)場，調(diào)研現(xiàn)場運(yùn)行的各種實(shí)時(shí)系統(tǒng)，深入研究與各系統(tǒng)的接口方式，采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場運(yùn)行的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) SIS（supervisory information system in plant level） 等做系統(tǒng)集成，增加設(shè)備模擬檢修等功能，為業(yè)主決策提供技術(shù)參考。通過對工程信息的高效管理和分析，實(shí)時(shí)評估基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營狀況，優(yōu)化資產(chǎn)的運(yùn)營效率，并對項(xiàng)目投資活動提供決策支持，提高資產(chǎn)管理水平。

[1]工程全生命周期管理：決勝四大挑戰(zhàn) [J].中國勘察設(shè)計(jì), 2013(03)：56-61.

[2]馮德剛.利用三維可視化技術(shù)管理電廠地下管網(wǎng) [J].電力信息化，2006(12)：70-72.

[3]朱凱進(jìn).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在變電站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究 [D].浙江大學(xué)，2012：58.

[4]白璐.變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的研究及實(shí)現(xiàn) [D].天津大學(xué)，2013：53.

Preliminary Study on Engineering Digital Transfer System Based on 3D Technology

WU Lei1,2
（1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi030024,China; 2.China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Exploring and Design Institute Co.,Ltd., Taiyuan,Shanxi 030001,China）

This paper discusses the background of engineering digital transfer systemand its designing goal.Based on 3Dtechnology, through realizing the functions of visual interactive operation,online document view,equipment parameter management etc.,it can provide decision-making support for managers and realize life-cycle management of engineering projects,providing data support for the project.

three dimensional technology;engineering project;information technology

TP391.7

A

1671-0320（2017）03-0032-03

2016-12-01，

2017-04-09

吳 磊（1985），女，山西太原人，2007年畢業(yè)于山西財(cái)經(jīng)大學(xué)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)，工程師，從事電力信息化工作。