模型編碼工具的需求及創建

周菁菁， 張慧潔， 白青壯

（上?？睖y設計研究院有限公司）

1 引言

建筑業的變革從第一次的手繪圖紙變更為電腦CAD 制圖到第二次從CAD 二維平面圖紙變更至三維模型的建立，出現了從質到量再到質的變化。然而，二維圖紙向三維模型的轉變并不是一個階段的完成，相反，這是另一個階段的開始——“數字孿生”的起點。

2 工程概況

數字孿生（Digital Twin），利用BIM模型（建筑信息模型）與項目各類型傳感器的數據、項目運行數據、工程建設及運營過程中形成的工程及運維等數據在虛擬空間中進行映射，形成了依托BIM 模型實現的數字孿生工程。三峽現代能源創新示范園是以“風、光、儲、氫”產業為核心、“制、研、檢一體化”的綜合產業園。本項目立足于園區的建設目標，基于BIM+GIS技術、數字孿生技術將項目的全階段串聯，提升工程建設中的信息化、數字化水平，實現多方、多專業各類工程信息的統一管理，構建一個高效集約的工程建設協同工作、管理體系，為智慧園區打造堅實的基礎。

三峽現代能源創新示范園數字孿生項目如何依托BIM 模型完成工程數據的映射，完成數字孿生技術的全階段串聯，模型構件編碼便成為其中的關鍵因素。模型構件編碼，是結合工程建設階段、工程項目需求而建立的多維度的編碼結構，其中包括工程項目編制代碼、工程項目建設階段、項目的專業領域、構件類型、構件專業屬性、設備歸屬系統、模型構件放置的空間位置、模型的元素、單元工程的劃分、工程質量驗收的劃分等。選取適合本項目的多維度的編碼結構，針對不同類型的構件進行多種組合后，增加流水號后成為項目各類構件的最終組合編碼。

3 編碼工具建立的必要性

構件編碼不僅可以將BIM模型構件與工程數據進行映射，同時編碼也可以體現部分構件屬性[1]，如：項目空間、構件所屬階段、構件類型、構件所屬專業、系統等；模型建立過程中，需在模型構件的屬性欄中建立編碼屬性字段，將模型構件進行一一編碼，此編碼過程為人工手動編碼，將已完成組合的構件編碼一一填入編碼屬性欄中。通常在對構件進行手動編碼時，需人工查找各個維度編碼手冊中的屬性信息及編碼，并進行組合，增加流水號，手動填入編碼，完成編碼錄入工作。手動錄入編碼工作存在如下缺點：每個構件存在多種維度的編碼，且各構件的最終組合編碼是不同且唯一的，因此無法同時錄入多個構件的編碼，導致編碼錄入工作量巨大且繁雜。若在編碼錄入過程的任何環節出現紕漏，則構件的最終組合編碼就是錯誤的，而類似情況在編碼錄入過程中會經常出現。

建立模型編碼工具可避免人工在對構件編碼過程中，出現繁雜的字母、字符及數字組合的輸入中出現錯漏百出的現象，為模型編碼工作提速增效，事半功倍。

構件編碼組合結構是多重的，不同構件的多維度編碼組合可能存在最終編碼是相同的情況，為保證構件編碼的唯一性，模型構件編碼的最終組合需增加編碼流水號，手動填寫模型構件編碼，會經常出現流水號編輯錯亂的情況，返回模型中查找編輯記錄，發現無法確認編制末次流水號的構件，須查找所有相同屬性的構件編碼，并進行流水號比對，最終確定末端流水號。

構件編碼編制完成后，模型編碼的核查工作也是非常煩瑣的，需人工對所有位數的編碼進行一一核查，核查到未編碼的構件要補充構件編碼，已編碼的構件需二次對比各維度的編碼表，構件屬性信息與編碼一一參照核對，編碼無誤即為核查完畢，如若編碼有出入，需另外更改模型編碼，相比之下，核查編碼的工作量甚至大于模型重新編碼的工作量。

模型編碼核查過程中，模型的核查順序是無規律的，即模型編碼的核查與否在篩查過程中是無法確定的，最終會導致模型編碼的核查出現重復、錯漏等現象；模型編碼的創建與核查，皆是對數字及字符的創建與核查，若不對照編碼表格，編碼人員無法理解數字及字符的意義。那么，手動輸入編碼工作及核查工作時，需要同時對比、查找、確認多套表格，增加人工成本，且效率極低。

4 構件列表的建立

模型編碼工具的研發，需針對上述手動輸入及核查編碼的缺陷進行修正。常用的建模軟件都會包含不同的專業及類型，編碼工具在建立過程中，可根據模型自帶構件庫的專業及類型整理，形成構件樹列表，列表的層級依次為：構件所屬專業，構件所屬類型，構件實例名稱。將構件以樹形列表的形式展現，可在列表中按層級順序查找并選擇模型，有序地進行模型編碼及編碼核查工作，減少無規律選擇。

除應用樹形列表展示構件的層級外，需以表格形式平行地展現所有模型構件的實例名稱，即為模型構件列表。為區分相同名稱的不同構件，建模軟件在模型構件建立時自動生成的無序ID 編號應同時出現在表格中與構件名稱一一對應。如：排水溝B型，模型中存在多個構件實例，構件列表中平行展示多個“排水溝B 型”名稱，列表中每個“排水溝B型”分別顯示不同構件在建模時生成的無序編號，用以區分多個名稱為“排水溝B型”的構件（見圖1）。

圖1 構件樹形列表及構件列表

樹形結構列表是把模型的層級結構一一列出，在未選擇任何構件時，構件列表中顯示的是所有構件的實例。選擇樹形列表中的構件名稱或構件類型名稱，構件列表中即可顯示所選構件名稱或構件類型中所包含的所有的構件實例。反之，在構件列表中選擇某一構件，即可在樹形列表中顯示所選實例構件所在類型的所有結構層級，同時在樹形列表中可高亮顯示所選構件。

模型構件的屬性信息、樹形列表、構件列表與構件模型是相關聯的。列表中選擇某一構件，模型窗口中的構件模型會自動高亮顯示，可在模型窗口中對模型進行縮放、移動、旋轉等常規操作，并觀察模型所在的空間位置、專業系統及構件屬性等信息；或在模型中選擇某一構件或者框選多個構件，打開模型編碼工具，一鍵導入所選構件，模型界面中選中的構件即可導入編碼工具的樹形結構列表及構件列表，顯示模型中所選構件，隱藏其他構件，并對所選構件進行模型編碼準備等工作。在編碼工具中建立樹形列表、構件列表，并與模型建立關聯，既解決了構件排列無序，流水號編排混亂等問題，又減少模型在編碼及核查過程中重復查找的工作量及漏查等風險。

5 屬性信息選擇功能

模型構件的編碼由一個或多個維度的編碼結構組成，編碼結構通常包含空間碼、類型碼、設備碼、WBS（工程分解結構）碼、QBS（質量分解結構）碼、CBS（投資分解結構）碼等[2]，針對項目的不同階段、不同需求，可將一個或多個維度的編碼自由組合成為構件編碼。編碼的自由組合層級結構越多，代表編碼字符的位數越多，例如：三峽現代能源創新示范園數字孿生項目編碼組合包含空間碼、類型碼、設備碼、WBS碼及QBS碼。其中空間碼的結構包含3個層級，每個層級包含2位數字編號，且每個層級之間用字符“.”分隔，例如：00.01.02，共8位編碼；類型碼、設備碼、WBS 碼及QBS 碼皆包含4 個層級，每個層級包含2位數字編號，每個層級之間用字符“.”分隔，例如：01.02.03.04，共11 位編碼，每個維度的編碼之間用“-”鏈接，構件的組合編碼為55位。構件的屬性列表中會分別列出每個維度的編碼及組合編碼。多位數字及字符的組合，在輸入及核查階段，皆易造成操作失誤。

構件編碼主要含義為構件的屬性表達，因此，利用模型編碼工具，可通過對構件編碼表格中屬性信息的選擇操作代替手動錄入編碼，從根本上避免數字、字符輸入出現差錯等問題。模型編碼需首先對模型的屬性信息進行選擇，在模型編碼工具中打開構件編碼手冊列表，選擇模型構件對應列表中最末端層級的屬性信息[3]，確認無誤后，編碼工具需將所選信息自動填寫在模型構件列表的屬性欄中，工具編碼列表中自動生成所選屬性信息的編號。例如：“樁-C30”構件，選擇構件類型屬性中“樁-C30”構件的類型：大類為“結構”、中類為“下部結構”、小類為“基礎結構”、細類為“樁基”，細類“樁基”為構件“樁-C30”可選的最末端層級的屬性，類型編碼為01.02.04.10，選擇至細類“樁基”時，模型編碼工具中“樁-C30”模型構件的類型信息自動填入到“樁-C30”構件的類型屬性表格中，“樁-C30”的類型編碼自動填入到“樁-C30”構件的類型編碼表格中，完成類型信息的編碼工作。

6 流水號的自動生成

通常，構件的編碼根據項目需求，將多個不同維度的編碼進行組合，形成構件組合編碼，但某些相同屬性構件編碼在編制過程中，多個構件的組合編碼完全相同，無法區分。而構件的最終組合編碼須唯一，因此，對于多維度屬性編碼完全相同的構件，需在不改變任何屬性信息的基礎上區分各構件編碼，增加流水號是最簡單的區分方式。

將所有維度的編碼編制完成后，按項目需要在組合編碼末尾增加流水碼。如：宿舍樓101房間的1#照明燈及2#照明燈，信息編碼組成皆包含類型、系統、空間，兩盞照明燈的設備類型屬性皆為照明、系統屬性皆為SL1 系統、空間均屬于宿舍樓101 房間，組合編碼完全相同，因此，需應用流水號對照明燈的組合編碼進行區分，根據項目需求設置3位流水號，在1#照明燈及2#照明燈的組合編碼后增加三維流水碼001及002，完成構件最終組合編碼。建立模型編碼工具需自動識別組合編碼相同的構件——1#照明燈及2#照明燈，并且按照項目需求定義流水號位數后，按順序自動添加相同組合編碼的流水號對構件進行區分。

7 結語

模型編碼工具的研發，滿足不同項目中多重編碼結構的自由組合需求，簡化了編碼編制過程中人工手動輸入及核查編碼的煩瑣工作，通過一鍵查詢完成編碼表格的核查工作。編碼工具的研發在三峽現代能源創新示范園數字孿生項目上節省了大部分的人力成本，減少編碼工作的編制錯誤，完成依托BIM 模型及模型編碼形成工程數據的映射，形成數字孿生技術的全階段串聯。