電網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

江春華，羅新偉，陳顯龍，孫敏杰，牛仁義

(北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100011)

1 建設(shè)背景

1.1 現(xiàn)有問(wèn)題分析

國(guó)家電力行業(yè)高速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模加大，加劇了電力勘測(cè)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。電力勘測(cè)設(shè)計(jì)企業(yè)要在新的環(huán)境下，確保在行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)地位，需加速完善其設(shè)計(jì)工程管理技術(shù)，提升設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)工作效率，以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)更密集的網(wǎng)架和更復(fù)雜的系統(tǒng)，在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要收集更詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)會(huì)更加密集。電力設(shè)計(jì)院積累的大量的設(shè)計(jì)資源，目前采用分散的文件式儲(chǔ)存、手工查找的方式而非集中的信息化管理方式，資料共享程度低、難度大。采用獨(dú)立的文件存儲(chǔ)方式來(lái)存儲(chǔ)和管理設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)，使得協(xié)同設(shè)計(jì)的難度較大且容易出錯(cuò)。從這兩方面來(lái)說(shuō)，目前的方法和形式都難以響應(yīng)高效、高質(zhì)量的應(yīng)用需求。

從設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)及技術(shù)方面考慮，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式一般局限于二維、靜態(tài)的表達(dá)方式，它描述空間位置關(guān)系直觀性差，不能直接、完整、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)的表達(dá)真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，越來(lái)越不能滿足設(shè)計(jì)的精度要求。為此亟需通過(guò)技術(shù)手段整合設(shè)計(jì)資源，提高設(shè)計(jì)資源檢索、輸出效率，輔助設(shè)計(jì)勘測(cè)設(shè)計(jì)人員解決好路徑規(guī)劃、場(chǎng)站選址，設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行中涉及到的諸多因素，提高電網(wǎng)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。

1.2 解決思路

以國(guó)家三集五大體系中“大規(guī)劃”體系建設(shè)的思路為基本指導(dǎo)方向，以電網(wǎng)設(shè)計(jì) 的業(yè)務(wù)和技術(shù)層面為突破口，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)計(jì) 的多階段、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)資源共享和協(xié)同工作。為實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的目標(biāo)，需充分梳理電網(wǎng)設(shè)計(jì) 相關(guān)業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)流，規(guī)范設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)模型和接口方式，建立統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)架構(gòu)，整合現(xiàn)有模塊，標(biāo)準(zhǔn)化新建模塊，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的“橫向協(xié)同”和規(guī)劃設(shè)計(jì)中各設(shè)計(jì)階段的“縱向貫通”，有效解決上述問(wèn)題，為設(shè)計(jì)院或企業(yè)提供支持多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)。具體包括：

(1)工程管理模塊：實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工程的多版本管理。

(2)統(tǒng)一的資源管理模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理。

(3)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理模塊：實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)管理。

(4)輸電線路設(shè)計(jì)模塊：在前三個(gè)模塊的支撐下，具體提供輸電架空線路多場(chǎng)景精細(xì)化設(shè)計(jì)相關(guān)功能。

(5)各模塊之間的無(wú)縫集成。

2 整體架構(gòu)

電網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的架構(gòu)：遵循 SOA標(biāo)準(zhǔn)體系，具備一體化、模塊化、智能化特征，滿足輸電架空線路設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有業(yè)務(wù)需求及各方面管理對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì) 需求的新一代電網(wǎng)設(shè)計(jì) 技術(shù)支持系統(tǒng)。

系統(tǒng)以數(shù)據(jù)層為核心基礎(chǔ)，提供基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、貫通、全生命周期管理等面向?qū)ο蠓?wù)接口。平臺(tái)層是信息化系統(tǒng)架構(gòu)的載體，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐。包括服務(wù)端組件容器、公共組件庫(kù)和用于快速開(kāi)發(fā)部署的工具鏈。業(yè)務(wù)層針對(duì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域主要業(yè)務(wù)進(jìn)行提煉和融合，并結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)SG186、三集五大等戰(zhàn)略考慮，以業(yè)務(wù)組件或模塊組合的方式提供基于平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在用戶不能一次性部署全部模塊的情況下，可通過(guò)靈活組織業(yè)務(wù)模塊或者各層的資源，組成面向細(xì)分業(yè)務(wù)領(lǐng)域的產(chǎn)品套裝，如電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)品、電網(wǎng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品既能獨(dú)立使用，同時(shí)又能作為系統(tǒng)的一部分。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)模型層和系統(tǒng)平臺(tái)層兩大部分，其關(guān)系和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖。系統(tǒng)平臺(tái)層部分可具體分為三塊：為終端應(yīng)用提供的應(yīng)用框架、為橋接各系統(tǒng)和公共服務(wù)提供的核心服務(wù)、為實(shí)現(xiàn)復(fù)用抽取的公共服務(wù)。

數(shù)據(jù)模型層部分以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層為基礎(chǔ)，保存業(yè)務(wù)系統(tǒng)用到的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和模型本身的定義數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層在存儲(chǔ)技術(shù)上不限于使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，將根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要將各類(lèi)數(shù)據(jù)最終的存儲(chǔ)方式分別對(duì)待，比如基于Key-Value思想的NoSql非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、文件等。數(shù)據(jù)模型層的最頂端是封裝層，意味著各業(yè)務(wù)系統(tǒng)不能直接使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)，必須通過(guò)封裝層的面向?qū)ο蠼涌谠L問(wèn)。

2.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)包含業(yè)務(wù)層和產(chǎn)品套裝層。業(yè)務(wù)層提供可以獨(dú)立使用的典型業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在業(yè)務(wù)功能上基本沒(méi)有交叉重疊，主要分為管理類(lèi)系統(tǒng)和離線工具兩大類(lèi)。在保持獨(dú)立性的同時(shí)，各個(gè)系統(tǒng)之間存在一定的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，如線路設(shè)計(jì)工具集里的輔助設(shè)計(jì)工具與設(shè)計(jì)工程管理系統(tǒng)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)等存在業(yè)務(wù)流程互通關(guān)系。這樣的業(yè)務(wù)系統(tǒng)布局，在架構(gòu)上采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)層面的“高內(nèi)聚”、“低耦合”。

產(chǎn)品套裝層里提供的獨(dú)立產(chǎn)品是通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)層的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)模塊組裝實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)品套裝的數(shù)量和某個(gè)產(chǎn)品覆蓋的業(yè)務(wù)規(guī)模視具體情況而定，例如，可以將設(shè)計(jì)工具集和各設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)組合起來(lái)形成“標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)”。

3 設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能組成

3.1 設(shè)計(jì)工程管理

工程設(shè)計(jì)工作的基本組織單位和任務(wù)安排的主線，在電網(wǎng)設(shè)計(jì)工程管理過(guò)程中，引入版本管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源與標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一管理，工程的分階段管理、分工設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)成果的合并及版本管理。設(shè)計(jì)管理模塊主要的業(yè)務(wù)流程：工程立項(xiàng)啟動(dòng)->各個(gè)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)->設(shè)計(jì)成果提交->設(shè)計(jì)成果專業(yè)內(nèi)審核->設(shè)計(jì)成果評(píng)審->設(shè)計(jì)成果移交歸檔。設(shè)計(jì)工程管理系統(tǒng)主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)和跨階段的協(xié)同設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，并引入版本機(jī)制，使不同專業(yè)、處于設(shè)計(jì)不同階段的人員在工程的生命周期內(nèi)，只操作一份工程數(shù)據(jù)，使用不同的版本來(lái)記錄操作歷史。從技術(shù)上解決協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題。

(2)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源的共享與管理，通過(guò)圖檔資源管理模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)管理工程各個(gè)階級(jí)、各個(gè)專業(yè)提交的設(shè)計(jì)成果，防止設(shè)計(jì)資源重復(fù)收集，解決資料收集難度大、收集任務(wù)繁瑣等問(wèn)題。同時(shí)設(shè)計(jì)成果也是發(fā)起評(píng)審、移交的基礎(chǔ)素材。

(3)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的歸檔，通過(guò)設(shè)計(jì)成果內(nèi)部審核的流程機(jī)制，防止隨意提交，確保設(shè)計(jì)成果提交的質(zhì)量。

(4)提供與設(shè)計(jì)評(píng)審、移交等信息化系統(tǒng)接口，真正實(shí)現(xiàn)依托行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、智能評(píng)審、規(guī)范移交的目的。

3.2 圖形資源管理

圖形資源管理提供多種資源共享以及服務(wù)，包括：基礎(chǔ)空間圖形數(shù)據(jù)、三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、勘測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀電網(wǎng)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)共享最大化的減少重復(fù)勘測(cè)、采集。減少地圖數(shù)據(jù)的重復(fù)采購(gòu)。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，且為各專業(yè)提供一個(gè)可共享交換的資源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理、成果集中管理、數(shù)據(jù)服務(wù)于生產(chǎn)的基本思路。

3.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括常規(guī)意義上的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)即典設(shè)(國(guó)網(wǎng)公司、各網(wǎng)省公司以及各地市公司制定的標(biāo)準(zhǔn))，包括各設(shè)計(jì)單位(設(shè)計(jì)院、設(shè)計(jì)公司)現(xiàn)行使用的一套單位內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)，也包括設(shè)計(jì)人員對(duì)這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)修改后形成的新的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具體的內(nèi)容包括設(shè)備物資庫(kù)、典設(shè)資料庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)程庫(kù)以及所有軟件提取出來(lái)的設(shè)備符號(hào)、設(shè)備屬性、關(guān)聯(lián)圖集、字典、參數(shù)等。還包括實(shí)際業(yè)務(wù)中因?yàn)槭褂迷O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而生成的數(shù)據(jù)的管理(例如統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的使用頻率以判定標(biāo)準(zhǔn)的成熟度)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理包括對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的整體管理和數(shù)據(jù)的管理。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的維護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的管理、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理的業(yè)務(wù)來(lái)源于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善的要求，來(lái)源于設(shè)計(jì)人員使用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)要求。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理的功能分布于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)和輸電架空線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。這兩類(lèi)子系統(tǒng)都處于系統(tǒng)的頂層，面對(duì)最終用戶。

3.4 架空線路設(shè)計(jì)

(1)線路路徑設(shè)計(jì)

為工程線路規(guī)劃路徑，依據(jù)線路所經(jīng)行政區(qū)域、沿線自然條件、水文氣象條件、地質(zhì)條件、交通條件、城鎮(zhèn)規(guī)劃、重要設(shè)施、自然保護(hù)區(qū)、環(huán)境特點(diǎn)、重要交叉跨越等，選擇一個(gè)或多個(gè)合理方案。設(shè)計(jì)人員對(duì)比各方案路徑長(zhǎng)度、地形比例、曲折系數(shù)、房屋拆遷量、主要材料耗量、投資差額等，確定一條最優(yōu)線路路徑。

(2)桿塔定位設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，主要是轉(zhuǎn)角樁位和交叉跨越、地物的信息，結(jié)合氣象條件、地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)規(guī)程，經(jīng)過(guò)一系列的校驗(yàn)，確定線路桿塔類(lèi)型、位置、高度等。排位設(shè)計(jì)時(shí)主要的校驗(yàn)項(xiàng)包括對(duì)地安全距離校驗(yàn)、桿塔上拔校驗(yàn)、導(dǎo)線和金具強(qiáng)度校驗(yàn)等。

(3)桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是桿塔設(shè)計(jì)的重要部分，為了保證桿塔不傾覆，能支撐架空線并有足夠的抗拉力，必須保證桿塔基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的受力計(jì)算和土建設(shè)計(jì)。桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括根據(jù)桿塔類(lèi)型、導(dǎo)線型號(hào)、氣象條件、地質(zhì)條件、施工工藝等，確定桿塔基礎(chǔ)的形式，計(jì)算桿塔基礎(chǔ)受力，確定基礎(chǔ)組裝方式等。

(4)桿塔選型、設(shè)備選型

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案，在符合電氣校驗(yàn)和間隙校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取確定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中的桿塔和設(shè)備型號(hào)。選型過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)性作為重要的指標(biāo)指導(dǎo)桿塔和設(shè)備的確定。

(5)材料統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)出工程或線路用到的設(shè)備、材料，作為技經(jīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)時(shí)會(huì)按多種分類(lèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照新建、原有、拆除統(tǒng)計(jì)材料，按照電壓等級(jí)統(tǒng)計(jì)材料，按照工程或線路匯總材料，按照模塊統(tǒng)計(jì)材料，例如分基礎(chǔ)、橫擔(dān)、拉線、懸垂串、表箱進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)等。

(6)成果輸出

作為工程設(shè)計(jì)成果需要提交的除了設(shè)計(jì)圖紙(斷面圖、路徑圖)、統(tǒng)計(jì)材料(設(shè)備材料清冊(cè))外，還包括目錄、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、桿型匯總表、桿塔組裝圖、拉線組裝圖、金具組裝圖、基礎(chǔ)組裝圖、桿塔明細(xì)表、導(dǎo)線弧垂表(導(dǎo)線機(jī)械特性曲線表)等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司研制的基于協(xié)同設(shè)計(jì)思想的電網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：圖形資源管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理；設(shè)計(jì)工程管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工程的多版本管理和協(xié)同設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)管理；輸電架空線路設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，在前三個(gè)子系統(tǒng)的支撐下，具體提供輸電架空線路多場(chǎng)景精細(xì)化設(shè)計(jì)相關(guān)功能。該系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用必將促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)支持系統(tǒng)的跨越式發(fā)展。為電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、管理帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)整個(gè)智能電網(wǎng)的發(fā)展也具有重大的意義。

目前，電網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)已經(jīng)在北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、山西電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院、內(nèi)蒙院電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院全面上線運(yùn)行，建立了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)圖形資源和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)計(jì)的多人分工協(xié)同設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果統(tǒng)一合并管理，提高了資源的利用效率，并從本質(zhì)上提高設(shè)計(jì)的效率。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.關(guān)于國(guó)家電網(wǎng)公司“五大”體系建設(shè)總體方案的報(bào)告[R].北京:國(guó)家電網(wǎng)公司，2011.

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