關(guān)于三維設計技術(shù)在變電站設計中的運用探討

朱克平 何英靜 李家栓 汪欣玥 張帆

【摘 要】智能變電站三維設計可提供可視化、精細化的三維設計圖紙成果，滿足業(yè)主、用戶三維數(shù)字化移交技術(shù)要求，進一步擴大和延伸設計服務及市場，為智能電網(wǎng)、全壽命周期管理提供三維數(shù)字化、智能化管理平臺建設奠定堅實基礎。因此，本文主要探討三維設計技術(shù)在變電站設計中的運用。

【關(guān)鍵詞】三維設計；變電站；運用

1 三維數(shù)字化設計技術(shù)概述

1.1 三維數(shù)字化技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，利用圖形影像、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析、深度學習等信息化和數(shù)字化的技術(shù)。

1.2 工程數(shù)字化建設

在工程實施的各階段，以信息模型為載體，以數(shù)據(jù)為核心，在統(tǒng)一架構(gòu)下，圍繞工作流、物資流、資金流搭建平臺，達到項目資源信息共享，實現(xiàn)設計、采購、施工、資產(chǎn)管理等上下游之間的縱向集成，以及工程設計各專業(yè)、采購各項、施工各工序的橫向集成。實現(xiàn)一體化和量化管理。

1.3 三維數(shù)字化設計

數(shù)字化三維設計手段相比傳統(tǒng)二維CAD設計有一些明顯的特點：（1）可視化程度高，更加精確和直觀。業(yè)主能更清晰地明白設計意圖，減少項目前期溝通中的分歧和誤解。（2）精細化設計，質(zhì)量提高。各專業(yè)在同一模型空間中開展設計，專業(yè)間協(xié)同的緊密度大幅提高，有效避免傳統(tǒng)設計中多專業(yè)交叉碰撞問題，另外三維設計不同于二維圖紙的視圖表達，建立符合實際的三維模型，設計范圍和深度都大幅增加。（3）提升設計產(chǎn)品的附加值。由過去只為指導施工轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖咳芷趹茫ňC合展示、分析計算、采購、合同分包、進度管理、施工仿真、數(shù)字化移交等。（4）由圖紙為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為核心；將以往圖紙文字里信息由人為辨識轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒛Ｐ屠锝Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)由計算機識別；將離散的電子化信息轉(zhuǎn)變?yōu)榱丝梢越y(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)信息；將個人經(jīng)驗教訓轉(zhuǎn)化為企業(yè)知識積累。為大數(shù)據(jù)分析、人工智能、設計施工一體化等眾多領域創(chuàng)造基礎數(shù)據(jù)。

2 三維設計在工程設計中的方法

2.1 采用標準數(shù)據(jù)庫為核心的數(shù)字化設計

（1）變電站三維設計以工程數(shù)據(jù)庫為核心，相關(guān)聯(lián)的圖紙能自動生成。數(shù)據(jù)庫設備模型采用國網(wǎng)公司通用模型庫（2018 年版），模型文件統(tǒng)一采用GIM 格式，這就從源頭上對設備型式進行了統(tǒng)一。（2）在工程設計過程中，各專業(yè)在協(xié)同平臺同步開展，本專業(yè)圖紙的調(diào)整修改相關(guān)專業(yè)設計人員均能看到。通過數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)工程一處設計修改，多張相關(guān)圖紙自動更新，并及時對相關(guān)設計人員進行提醒，避免了專業(yè)間多次提資帶來的信息傳遞錯誤，有效降低了專業(yè)間接口出錯的概率。

2.2 標準化設計體系

三維設計平臺作為設計單位專業(yè)知識和設計基礎數(shù)據(jù)的載體和應用工具，通過提供標準化工程庫和設備數(shù)據(jù)庫等資源，幫助設計人員實現(xiàn)“海量檢索”、“精確定位”和“全盤復用”的作業(yè)模式。設計人員在工程設計階段，可根據(jù)工程具體需求選用不同的設備型式。數(shù)據(jù)庫設備選型可根據(jù)“型號”、“廠家”、“電壓等級”等信息進行快速檢索，便于設計人員進行選擇。

2.3 變電站三維協(xié)同設計

基于同一工程模型的協(xié)同設計體系縮短了專業(yè)之間的提資接收周期，并減少了專業(yè)間提資的工作量。最大限度共享專業(yè)間設計成果，避免重復工作。變電一次、變電二次及變電土建專業(yè)人員在同一平臺開展工作，在線完成專業(yè)間提資及校審，圖紙的更新、修改一目了然，相關(guān)圖紙數(shù)據(jù)自動更改。相比常規(guī)CAD 制圖設計，采用線下提資確認的方式，不僅提高了設計工作的效率，同時降低了專業(yè)間多次提資引發(fā)出錯的風險，有效提升了設計工作質(zhì)量。

2.4 精細化設計

（1）基于三維模型的精細化設計，具有管線綜合碰撞檢查、安全凈距校核等能力，從根本上避免設計錯誤，避免返工，有效節(jié)約現(xiàn)場解決問題的時間。三維設計軟件自帶碰撞檢查功能，可自動檢驗變電站設備基礎之間、基礎與電纜溝、基礎與預埋管間的碰撞檢查，并通過三維設計展示立體空間，可視化效果好。相比二維設計平臺，空間上的交叉碰撞，只能依靠設計人員的空間想象分析判斷，在錯綜復雜的設備基礎及設備間的布置方式下，很難直觀的發(fā)現(xiàn)問題。（2）安全凈距校核功能可根據(jù)設計人員需求，自動校驗不同電壓設備間、設備與地之間的安全距離是否滿足要求。在變電站出線回路較多或接線型式復雜的情況下，帶電設備與導線存在空間上的交叉，僅依靠二維圖形界面進行設計，安全距離校驗費時費力且錯誤率高。三維設計不僅提供了全方位360度旋轉(zhuǎn)觀察，且通過自動凈距校驗功能，有效降低了設計周期，提升了設計工作效率。

2.5 設計成果共享

變電站工程設計一般分為可行性研究設計、初步設計、施工圖設計及竣工圖設計四個階段。三維設計在四個階段中共用一個設計模型，在設備招標階段建立變電站模型，通過設計信息的不斷細化在各階段進行流轉(zhuǎn)，最大限度實現(xiàn)了設計成果在整個設計周期的共享，有效縮短了設計周期。

3 三維設計在變電站工程的應用

（1）以下依據(jù)某220 kV 新建模塊化智能變電站工程為例，講述三維設計在工程應用過程中的具體工作，結(jié)合變電一次、二次及土建三個專業(yè)的協(xié)同設計，論述現(xiàn)階段三維設計的優(yōu)點及不足之處。（2）在工程設計階段，變電一次、二次及土建專業(yè)可通過在設計平臺固定基準點的方式，在變電站總平面基礎上協(xié)同開展設計工作。根據(jù)工程實際情況，土建專業(yè)結(jié)合國家電網(wǎng)模塊化建設要求，分別開展裝配式圍墻、大門、建筑物及構(gòu)筑物模塊的設計工作；對變電站建筑物墻板、圍墻大砌塊石、墻體裝飾板、門窗型式等尺寸和材質(zhì)進行賦值；對站內(nèi)墻體開洞、電纜埋管布置以及站內(nèi)事故油池等進行三維設計與展示。電氣專業(yè)依據(jù)國網(wǎng)公司通用設備模型，開展電氣設計工作，并對采用的各設備參數(shù)進行賦值。三維設計平臺具備常規(guī)短路電流計算、導線拉力校驗、蓄電池容量計算等功能，可通過軟件計算并自動導出計算書，無需再單獨進行計算賦值，這在一定程度上縮短了設計周期。各專業(yè)設計人員需嚴格執(zhí)行國網(wǎng)公司“三通一標”的要求，后期設備廠家也需按照國網(wǎng)公司通用設備生產(chǎn)；以此，才能保證各專業(yè)設計工作無縫對接。同時，三維設計平臺提供二維視圖界面及CAD 圖紙導出功能，設計人員可根據(jù)需要進行自行選擇。（3）變電站總平圖設計完成后，各建筑物的正面圖、立面圖、俯視圖可根據(jù)工程需求進行自動生成。電氣專業(yè)的配電裝置圖及間隔斷面圖無需再次進行繪制，可在總平面圖上進行“切割”即可，設備參數(shù)自動生成。如總平面圖進行調(diào)整，各配電裝置圖及斷面圖自動進行調(diào)整，無需人工操作，大大降低了設計出錯的概率。

4 結(jié)語

三維設計工作目前雖然還處在試點階段，但推廣應用已勢在必行。下一步將依托“三通一標”要求，進一步細化通用設備模型庫，完善公用設備模型。同時，在模型創(chuàng)建技術(shù)要求、設計深度要求、成果移交要求等方面需進一步細化梳理，出臺相應文件，真正達到工程三維設計、三維評審及三維移交的目標。

參考文獻：

[1] 楊志遠.論三維設計技術(shù)在變電站設計中的運用[J].科技展望，2015（26）.

[2] 張典波.三維設計軟件在變電站設計中的應用[J].機電信息，2015（12）：126-127.

（作者單位：1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院；

2.杭州市電力設計院有限公司）