淺談變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

王永超 李論濤

【摘 要】隨著互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與工程應(yīng)用的融合，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)日益成熟，但也存在一些急需解決的問題。文章針對變電工程數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)發(fā)展中存在的問題，從設(shè)計平臺、質(zhì)量保證體系、設(shè)計流程三方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述，提出變電工程數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)整體發(fā)展構(gòu)想，進(jìn)而分析了數(shù)字化三維技術(shù)在勘測、設(shè)計、施工、移交、運維等階段的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；三維；協(xié)同設(shè)計；變電工程；效益

中圖分類號：TM 761 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

隨著VR、MR等新技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計創(chuàng)新蓬勃發(fā)展。2018年7月2日，國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布基建585號文，明確要求從2018年下半年全面推廣輸變電工程數(shù)字化三維設(shè)計，到2020年底，全面實現(xiàn)35kV及以上輸變電工程的變電數(shù)字化三維設(shè)計，大大推動了三維設(shè)計的進(jìn)步與發(fā)展。

變電工程數(shù)字化三維設(shè)計，將能夠極大的提高變電站的設(shè)計質(zhì)量。通過數(shù)字化移交，工程信息將由設(shè)計貫穿到施工、運行、維護(hù)，直到退役，應(yīng)用于變電站全壽命周期過程。

1 變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 數(shù)字化三維設(shè)計軟件現(xiàn)狀

目前，變電數(shù)字化三維設(shè)計軟件，無論是綜合性應(yīng)用平臺還是專業(yè)軟件，都不能完全滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

1.1.1 數(shù)字化三維設(shè)計綜合平臺功能不足

Bentley平臺的Substation數(shù)字化解決方案、博超STD-R、金曲變電站BIM是目前應(yīng)用最為廣泛的三個變電站數(shù)字化三維設(shè)計的綜合性平臺。Substation數(shù)字化解決方案需要與Bentley平臺的其他功能模塊集成才能完成變電站全專業(yè)設(shè)計，但是軟件邏輯性強，操作繁瑣，建模復(fù)雜，不匹配國內(nèi)設(shè)計人員習(xí)慣；博超STD-R平臺與金曲變電站BIM都是基于Revit二次開發(fā)，優(yōu)點是符合國內(nèi)設(shè)計人員習(xí)慣，操作簡單易學(xué)，缺點是Revit是建筑行業(yè)模型展示軟件，與電力行業(yè)規(guī)范要求差距較大，雖然博超和金曲都進(jìn)行了較大投入的二次開發(fā)，但僅能實現(xiàn)電氣一次的部分功能，距離滿足變電站數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)要求還有很長的路要走。

1.1.2 數(shù)字化三維設(shè)計專業(yè)軟件功能不足

AECOsim BD、Revit建筑設(shè)計軟件，STAAD pro結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、GEOPAK、鴻業(yè)場地設(shè)計軟件、PKPM建筑結(jié)構(gòu)計算軟件、上海同磊土木工程技術(shù)公司的3D3S鋼結(jié)構(gòu)軟件3DPTower 構(gòu)架集成軟件、上海欣電的Electric智能二次設(shè)計軟件等專業(yè)軟件可以實現(xiàn)專業(yè)計算或者三維設(shè)計，但是還不能實現(xiàn)三維設(shè)計計算、數(shù)據(jù)與綜合設(shè)計平臺的數(shù)據(jù)互通，無法實現(xiàn)變電工程的全專業(yè)、多維度、扁平化的協(xié)同設(shè)計。

1.2 質(zhì)量保障體系現(xiàn)狀

1.2.1 管理體系建設(shè)欠缺

設(shè)計單位還沒有建立起與變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)相對應(yīng)的管理體系，例如出圖標(biāo)準(zhǔn)，典型工程庫，質(zhì)量管理文件等。

1.2.2 技術(shù)人才缺乏

熟練掌握數(shù)字化三維技術(shù)的專業(yè)技術(shù)力量不足，不能有效支撐企業(yè)三維建設(shè)的需求，尤其缺乏了解勘察設(shè)計業(yè)務(wù)又熟悉三維的復(fù)合型人才，嚴(yán)重制約了企業(yè)三維建設(shè)的發(fā)展水平。

1.2.3 流程制度建設(shè)缺失

對大多數(shù)的設(shè)計單位來說，都在沿用傳統(tǒng)的流程、制度，其已不滿足數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)的模式要求，應(yīng)重新制定工作流程，并輔以相關(guān)企業(yè)制度便于技術(shù)發(fā)展，例如平臺作業(yè)規(guī)程、平臺技術(shù)管理規(guī)程、人力資源體系的相應(yīng)調(diào)整、配套的薪酬機制（崗位設(shè)置、組織結(jié)構(gòu)）、設(shè)計流程等。

2 數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)整體發(fā)展構(gòu)想

針對變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)發(fā)展的問題，下面從二方面提出相關(guān)發(fā)展構(gòu)想。

2.1 變電站數(shù)字化三維設(shè)計軟件發(fā)展思路

對于設(shè)計單位來說，想要軟件滿足設(shè)計要求，只有自主研發(fā)、參與研發(fā)、專業(yè)化定制三條路可走。根據(jù)變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)特點和軟件發(fā)展情況，多家設(shè)計單位聯(lián)合研發(fā)或者定制開發(fā)也許是不錯的選擇。

2.2 建立新的質(zhì)量保障體系

2.2.1 完善符合變電數(shù)字化三維設(shè)計的管理體系

根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司的規(guī)范要求，充分細(xì)分變電工程項目的設(shè)計要求，實施設(shè)計全過程三維建模范圍及深度標(biāo)準(zhǔn)研究，面向方案需求、基建標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程規(guī)范建立變電工程三維數(shù)據(jù)信息模型。

2.2.2 建立數(shù)字化三維設(shè)計體系

設(shè)計單位應(yīng)從變電工程全生命周期的角度考慮，建全變電數(shù)字化三維設(shè)計體系，包括質(zhì)量保障體系、基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)庫、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計管理、數(shù)字化交付，滿足項目采購、施工及運維管理需求的信息數(shù)據(jù)等。

2.2.3 建立數(shù)字化三維設(shè)計工作流程和實施細(xì)則

新的工作流程應(yīng)明確各專業(yè)分工，制定合理的專業(yè)設(shè)計流程和協(xié)同、配合機制，方案要包括項目策劃、專業(yè)策劃、協(xié)同設(shè)計、方案會審、碰撞檢查、模型確認(rèn)、工程出圖等。

2.2.4 建立數(shù)字化三維設(shè)計質(zhì)量管控體系

（1）明確三維設(shè)計與專業(yè)設(shè)計角色分工，各司其職，崗位明確，“雙線并行”方式協(xié)調(diào)管理。

（2）對策劃、準(zhǔn)備、方案設(shè)計、方案協(xié)同、輸出等各設(shè)計階段進(jìn)行全過程的質(zhì)量控制。

（3）利用三維設(shè)計手段開展專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間多級校審，通過軟件安全凈距校驗、綜合碰撞檢查等功能，保證設(shè)計質(zhì)量。

3 應(yīng)用

變電數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)以數(shù)據(jù)庫為支撐，以三維展示為手段，將電氣、總圖、建筑、結(jié)構(gòu)、水工、暖通等專業(yè)的設(shè)計工作協(xié)同起來，在變電工程應(yīng)用的每個階段都具有重要意義。

3.1 勘測

利用三維傾斜攝影技術(shù)快速實現(xiàn)變電站地址全貌數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全過程數(shù)據(jù)共享，為后續(xù)設(shè)計、施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，方便實現(xiàn)土方計算等。

3.2 提高設(shè)計質(zhì)量

（1）利用數(shù)字化三維軟件的安全距離校驗和碰撞檢查，讓設(shè)計人員快速核實不合理的方案設(shè)計，優(yōu)化布置方案，大大提高了設(shè)計質(zhì)量。

（2）鑒于計算機精確的數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)字化三維技術(shù)可以快速而準(zhǔn)確的實現(xiàn)變電工程設(shè)備、電纜材料、土方量等工程材料和工程量的快速統(tǒng)計，避免人為的疏漏。

3.3 優(yōu)化施工流程，縮短施工周期

通過三維程序分場地分步驟模擬，實現(xiàn)機械化連續(xù)施工作業(yè)，優(yōu)化施工流程，顯著提升施工效率，大幅縮短建設(shè)工期。

3.4 可視化評審

利用數(shù)字化三維技術(shù)的可視化特點，可以遠(yuǎn)程、迅速的實現(xiàn)變電工程設(shè)計方案的評審和優(yōu)化，大大節(jié)省評審時間，縮短項目建設(shè)周期。

3.5 智能運維

通過工程的數(shù)字化移交，可實現(xiàn)全站、甚至全網(wǎng)的變電站（換流站）的巡視模擬、事故處理培訓(xùn)等功能。

4 結(jié)論

本文對變電工程數(shù)字化三維設(shè)計的應(yīng)用平臺、質(zhì)量保障體系建設(shè)等方面開展分析研究，提出發(fā)展構(gòu)想，探討了變電工程數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)在工程全壽命周期的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)二維設(shè)計，數(shù)字化三維設(shè)計具有數(shù)字化、可視化、智能化等多種優(yōu)勢，必將大大推動變電站工程的信息化建設(shè)進(jìn)程。

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作者簡介：

王永超（1983年12月12日—），男，碩士研究生，工程師，主要從事變電工程數(shù)字化三維技術(shù)、電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)研究和設(shè)計工作。E-mail：2500619598@qq.com。

（作者單位：中國能源建設(shè)集團新疆電力設(shè)計院有限公司）