智能變電站三維設(shè)計(jì)在陜西院的發(fā)展與應(yīng)用

趙雅媛，許萬軍，韓永興，張 沅

(陜西省電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054)

國家電網(wǎng)全力建設(shè)以三維信息平臺(tái)為支撐的智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。智能變電站設(shè)計(jì)是工程數(shù)據(jù)庫的源頭，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)全壽命周期管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了推行信息化設(shè)計(jì)，提高變電設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度、提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，陜西院結(jié)合自身在智能電網(wǎng)方面的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新開展了330kV智能變電站三維設(shè)計(jì)的研發(fā)與應(yīng)用工作。這不僅是提升陜西院企業(yè)技術(shù)能力、設(shè)計(jì)水平與效率的主要手段，更是全面進(jìn)入電網(wǎng)信息化服務(wù)領(lǐng)域的關(guān)鍵舉措。信息化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與革命，是未來陜西院實(shí)現(xiàn)高效化，智能化，信息化設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)與保證。

1 智能變電站三維設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

由于全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不平衡，電網(wǎng)建設(shè)中的高精尖技術(shù)的應(yīng)用基本集中在高速發(fā)展的中國，即便是歐美等發(fā)達(dá)國家，其電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展也是非常緩慢而保守的。所以在國際范圍并沒有發(fā)現(xiàn)專業(yè)化具有領(lǐng)先技術(shù)的變電站設(shè)計(jì)平臺(tái)。

CAD三維制圖由于其優(yōu)越性，近年來石油管道等行業(yè)都在積極進(jìn)行探索研究，如鷹圖SPSD，但目前仍屬于初步探索階段，還不能在工程應(yīng)用中進(jìn)行推廣，需要解決的問題還很多。在變電工程中使用CAD三維制圖比石油管道行業(yè)起步更晚，尤其是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架等土建專業(yè)，施工圖設(shè)計(jì)方面更是空白。對(duì)于330kV構(gòu)架，由于存在三維制圖工程量大、與現(xiàn)有計(jì)算軟件接口困難、制圖習(xí)慣等原因，因此尚未得到推廣應(yīng)用。

我國從80年代中就提出三維設(shè)計(jì)的構(gòu)想，電力系統(tǒng)較早的引進(jìn)了國外三維管道設(shè)計(jì)軟件并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。90年代初期由36家設(shè)計(jì)院組織成立了軟件開發(fā)基金會(huì)，目的為促進(jìn)三維設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)與推廣，并于1995年底與東大阿爾派合作開發(fā)三維設(shè)計(jì)軟件Auto PDS。1998年開發(fā)項(xiàng)目完成后，有16家設(shè)計(jì)院引進(jìn)并使用。之后，中南電力設(shè)計(jì)院在與GE ALSTOM合作中引進(jìn)了PDS系統(tǒng)，隨后浙江、山東、河北等省院也陸續(xù)購買了PDS軟件。其他各省院根據(jù)自己的院情，經(jīng)過長時(shí)間的調(diào)研分析，各自選擇了適合自己三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，如較早選用的Intergraph的PDS以及后來的博超協(xié)同平臺(tái)、Bentley的PlantSpace、AVEVA的PDMS等。尚有部分設(shè)計(jì)院正在選擇采購過程中。

2 陜西院開展智能變電站三維設(shè)計(jì)研發(fā)背景

2012年12月，陜西院成立三維設(shè)計(jì)工作組變電三維設(shè)計(jì)小組，正式開展智能變電站三維設(shè)計(jì)的工作。變電三維設(shè)計(jì)小組由我院電氣(一、二次)、土建(建筑、結(jié)構(gòu)、總圖、水工、暖通)、三維建模及渲染、軟件研發(fā)、信息管理等專業(yè)人員組成，將以數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)推動(dòng)電力設(shè)計(jì)行業(yè)第二次革命，將工程信息化系統(tǒng)提升到可視化智能時(shí)代。以一體化三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)和方案設(shè)計(jì)為主體，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)智能化、一體化協(xié)同設(shè)計(jì)功能；用非設(shè)計(jì)時(shí)間解放設(shè)計(jì)時(shí)間，用前端數(shù)字化成果減少后期作業(yè)；用一次性作業(yè)產(chǎn)生重復(fù)利用成果，用少數(shù)精英智力成果提高全企業(yè)技術(shù)能力。該平臺(tái)建設(shè)將會(huì)帶來傳統(tǒng)電力設(shè)計(jì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)校審制度和設(shè)計(jì)人力資源結(jié)構(gòu)調(diào)整。

基于數(shù)字化智能三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的作業(yè)模式，極大優(yōu)化了設(shè)計(jì)作業(yè)流程，使得設(shè)計(jì)重點(diǎn)從布置設(shè)計(jì)前移到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，約80%的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)建立，借助已有數(shù)據(jù)使得設(shè)計(jì)方式變得更加簡(jiǎn)潔。將優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果和典型設(shè)計(jì)積累提煉作為易于檢索和復(fù)用的方案庫，形成標(biāo)準(zhǔn)化知識(shí)管理體系，便于后續(xù)工程設(shè)計(jì)復(fù)用。

3 陜西院開展智能變電站三維全專業(yè)研發(fā)內(nèi)容與應(yīng)用成果

通過一年半的研發(fā)與應(yīng)用，陜西院變電三維設(shè)計(jì)小組電氣專業(yè)實(shí)現(xiàn)了主接線設(shè)計(jì)功能。主接線中設(shè)備參數(shù)與數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一、聯(lián)動(dòng)，可自動(dòng)提取任意形成各配電裝置平斷面安裝圖和設(shè)備材料匯總表；根據(jù)數(shù)據(jù)模型自動(dòng)或人工設(shè)定導(dǎo)線計(jì)算和統(tǒng)計(jì)?？煽焖偻瓿扇具M(jìn)行安全凈距校驗(yàn)和防雷設(shè)計(jì)；自動(dòng)完成屏柜布置及統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)繪制端子排圖、編制電纜清冊(cè)和電纜及光纜長度統(tǒng)計(jì)等。土建專業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了總交、建筑、結(jié)構(gòu)、水暖消防等土建專業(yè)的三維設(shè)計(jì)功能。構(gòu)架通過軟件接口，實(shí)現(xiàn)建模、計(jì)算、出圖一體化流程，實(shí)現(xiàn)一個(gè)模型貫穿始終，改變以往計(jì)算軟件、出圖軟件、三維軟件相互不兼容的狀況，保證了模型的一致性、正確性和高效性?？偨煌ㄟ^三維模型，可實(shí)現(xiàn)總平面、豎向、土方、道路、溝道、圍墻、大門、建構(gòu)筑物一覽表、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等設(shè)計(jì)。建筑專業(yè)通過平面建模,自由截取建筑物各方向的任意截面完整的立、剖面圖，可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)門窗及建筑面積等。水暖專業(yè)利用總圖和建筑圖，通過負(fù)荷、設(shè)備選型、管道水力計(jì)算等實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。

截止到目前我院變電三維設(shè)計(jì)小組完成了略陽、豐塬、三星城、戶縣、定邊、旬陽、橫山等330kV變電站的三維設(shè)計(jì)及三維動(dòng)畫漫游視頻。首次實(shí)現(xiàn)了國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)八個(gè)模塊、九種方案的三維設(shè)計(jì)模板，共計(jì)43冊(cè)，方便各類工程的調(diào)用和組合，基本滿足變電設(shè)計(jì)專業(yè)的內(nèi)容深度要求。自主研發(fā)并獲得了7項(xiàng)著作權(quán)。已經(jīng)申報(bào)了《一種由節(jié)點(diǎn)快速形成330kV構(gòu)架鋼梁施工圖的方法》和《電纜、光纜長度自動(dòng)統(tǒng)計(jì)方法》兩項(xiàng)發(fā)明專利，發(fā)表了科技論文。獲得了2014年度電力建設(shè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語

陜西院開展智能變電站三維設(shè)計(jì)研發(fā)與應(yīng)用，能有效提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，從而提高變電站設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度，縮短設(shè)計(jì)周期，有利于工程方案優(yōu)化和全壽命周期智能電網(wǎng)建設(shè)。充分利用一體化三維平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，能有效減少和降低平臺(tái)底層設(shè)計(jì)人員數(shù)量、勞動(dòng)強(qiáng)度和技能水平要求，有利于設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)高層次重點(diǎn)和核心人才培養(yǎng)，提高設(shè)計(jì)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。通過智能變電站三維設(shè)計(jì)可提供可視化、精細(xì)化的三維設(shè)計(jì)圖紙成果，滿足業(yè)主、用戶三維數(shù)字化移交技術(shù)要求，進(jìn)一步擴(kuò)大和延伸設(shè)計(jì)服務(wù)及市場(chǎng)，為智能電網(wǎng)、全壽命周期管理提供三維數(shù)字化、智能化管理平臺(tái)建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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