基于Bentley平臺(tái)的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)在變電站工程中的應(yīng)用研究

【摘 要】本文主要探討了三維數(shù)字化技術(shù)在變電站設(shè)計(jì)中，結(jié)合變電站工程實(shí)際情況，對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)、三維成果應(yīng)用等進(jìn)行詳細(xì)的闡述，展望數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】變電站；數(shù)字化；三維設(shè)計(jì)

0 引言

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及工程的建設(shè)需求的不斷提高，電力行業(yè)的設(shè)計(jì)理念有了很大的發(fā)展與改革。從傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)，逐步轉(zhuǎn)向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)。利用數(shù)字化設(shè)計(jì)手段，加緊了設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)間的配合，設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度越來越高，設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量得到顯著提升。

1三維數(shù)字化技術(shù)特點(diǎn)

（1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)資源

整合了基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備產(chǎn)品庫(kù)、典型工程數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)資源，數(shù)據(jù)涵蓋范圍廣，數(shù)據(jù)種類齊全，基于統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理與共享訪問。

（2）統(tǒng)一設(shè)計(jì)平臺(tái)

在PW協(xié)同設(shè)計(jì)軟件集成各專業(yè)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，開展變電站設(shè)計(jì)相關(guān)業(yè)務(wù)工作，相關(guān)專業(yè)在統(tǒng)一設(shè)計(jì)平臺(tái)上完成設(shè)計(jì)工作，充分發(fā)揮專業(yè)設(shè)計(jì)軟件及協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息化、軟件集成化、圖紙電子化、管理規(guī)范化，使得設(shè)計(jì)成果更加直觀、設(shè)計(jì)手段更加先進(jìn)、協(xié)同作業(yè)更加便捷、項(xiàng)目管理更加高效、成果移交更加規(guī)范。

（3）精細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)

基于數(shù)字化地膜和精細(xì)化模型構(gòu)建三維精細(xì)化場(chǎng)景，基于三維真實(shí)場(chǎng)景組織電氣、結(jié)構(gòu)等專業(yè)協(xié)同開展各專業(yè)的三維展示及相應(yīng)的設(shè)計(jì)和出圖工作，以及更加直觀的三維效果和數(shù)據(jù)信息，快速形成最佳設(shè)計(jì)方案，模塊化數(shù)字化設(shè)計(jì)，軟、硬碰撞檢測(cè)，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍

開展數(shù)字化設(shè)計(jì)工作時(shí)，覆蓋到的部門多，專業(yè)多，包括可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖階段、竣工圖階段，變電站設(shè)計(jì)專業(yè)涵蓋電氣一次、電氣二次，土建結(jié)構(gòu)、建筑、水暖，勘測(cè)測(cè)量、地質(zhì)、水文等專業(yè)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的協(xié)同設(shè)計(jì)；布置設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型涵蓋全部建構(gòu)筑物模型及配電裝置、懸線、雨水管道等（包括地下設(shè)施設(shè)計(jì)），實(shí)現(xiàn)了基于信息模型的協(xié)同工作；詳圖設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)圖紙自動(dòng)抽取，材料自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用范圍深，支持前后延伸，貫變電站建設(shè)全生命周期，為工程資產(chǎn)全生命周期三維信息化管理提供技術(shù)支持及數(shù)據(jù)支撐。向前可工程規(guī)劃選址、可行性研究、投標(biāo)、初步設(shè)計(jì)階段工作提供支持，向后延伸可對(duì)施工圖設(shè)計(jì)、竣工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)用提供支持，數(shù)字化的設(shè)計(jì)成果和資料移交給施工、運(yùn)營(yíng)單位，能為施工、運(yùn)營(yíng)單位提供數(shù)據(jù)支撐，輔助開展相關(guān)的業(yè)務(wù)工作。

3數(shù)字化設(shè)計(jì)內(nèi)容深度及成果

（1）初步設(shè)計(jì)階段

全站主要電氣一次設(shè)備、設(shè)施及材料的電氣接線設(shè)計(jì)和三維布置設(shè)計(jì)，建立全站電氣主接線、站用電系統(tǒng)接線等電氣邏輯模型和電氣設(shè)備、材料等電氣物理模型。

電氣二次主要完成二次設(shè)備室、繼電保護(hù)小室及預(yù)制艙式二次組合設(shè)備的三維布置設(shè)計(jì)。

總圖專業(yè)確定地理坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)信息；開展道路（含進(jìn)站道路）、場(chǎng)地、等布置設(shè)計(jì)；進(jìn)行場(chǎng)地及邊坡分析，完成土石方平衡計(jì)算等豎向布置設(shè)計(jì)；建筑物三維設(shè)計(jì)，完成主要生產(chǎn)和輔助建筑物應(yīng)包含室內(nèi)各層主要平面及空間布局，結(jié)合專業(yè)軟件完成結(jié)構(gòu)選型和計(jì)算分析；構(gòu)筑物方面建立構(gòu)支架及主要設(shè)備基礎(chǔ)模型，采用專業(yè)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；包括給排水（含消防）、暖通主要設(shè)備、設(shè)施和管道的三維設(shè)計(jì)。

（2）施工圖設(shè)計(jì)階段

全站電氣一次設(shè)備、設(shè)施及材料的電氣接線設(shè)計(jì)和三維布置設(shè)計(jì)，建立全站電氣主接線、站用電系統(tǒng)接線等電氣邏輯模型和電氣設(shè)備、材料等電氣物理模型。

完成二次及通信裝置、屏柜、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、預(yù)制式智能控制柜模型設(shè)計(jì)及三維布置；建立智能輔助控制系統(tǒng)主要設(shè)備模型，并完成三維布置設(shè)計(jì)。

基于施工圖設(shè)計(jì)階段要求的數(shù)字高程模型、數(shù)字地面模型等，開展站區(qū)總布置設(shè)計(jì)，綜合布置本設(shè)計(jì)階段各專業(yè)物理模型，完成軟硬碰撞檢查。指導(dǎo)施工單位開展變電站工程建設(shè)。

總圖設(shè)計(jì)，確定地理坐標(biāo)系統(tǒng)及高程系統(tǒng)信息，開展道路（含進(jìn)站道路）、場(chǎng)地、圍墻、支擋結(jié)構(gòu)、地下管溝、隔聲屏障等布置設(shè)計(jì)，進(jìn)行場(chǎng)地及邊坡分析，完成土石方平衡計(jì)算等豎向布置設(shè)計(jì)。

建筑物設(shè)計(jì)，建筑物應(yīng)包含各層空間布置細(xì)節(jié)、建筑做法、建筑物構(gòu)配件，以及各接口構(gòu)造，主要建筑材料等屬性信息；結(jié)構(gòu)模型應(yīng)包含結(jié)構(gòu)梁、板、柱、結(jié)構(gòu)墻、開孔、設(shè)備埋件（含地錨）等。

構(gòu)支架及設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，構(gòu)架模型應(yīng)包含梁、柱、基礎(chǔ)、等，支架模型應(yīng)包含主材、輔材、頂板、接地件等上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)包含基礎(chǔ)、支墩、埋件、埋管、油坑和防火墻。

水工暖通施工圖三維設(shè)計(jì)包括站區(qū)和主要建筑物室內(nèi)上下水管道，生活消防泵房、深井泵房、雨水泵井等設(shè)備管道，冷卻系統(tǒng)，消防系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，站區(qū)建筑物暖通，站外防洪排水設(shè)施的三維設(shè)計(jì)。

（3）竣工圖設(shè)計(jì)階段

實(shí)現(xiàn)工程的變更管理、竣工狀態(tài)管理、三維模型庫(kù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)管理等功能，真實(shí)反映變更情況和展現(xiàn)變電站竣工后的狀態(tài)，為工程數(shù)字化移交提供基礎(chǔ)。

（4）施工運(yùn)營(yíng)階段

以三維精細(xì)化設(shè)計(jì)更好指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工過程，避免對(duì)設(shè)計(jì)意圖及安裝方位的誤解；提供施工設(shè)計(jì)過程的一體化管理，統(tǒng)籌管理各類施工相關(guān)的圖紙、模型和文檔資料信息，業(yè)主、監(jiān)理、施工單位等各方通過平臺(tái)可以快速讀取數(shù)字化三維設(shè)計(jì)成品中的各種模型或數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工程相關(guān)資料的共享；提供對(duì)施工全過程的變更記錄管理，為數(shù)字化移交工作提供數(shù)據(jù)支撐與平臺(tái)支撐。

（5）數(shù)字化移交階段

在開展數(shù)字化建設(shè)過程中，主要涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)移交三個(gè)階段工作，數(shù)據(jù)采集階段重點(diǎn)根據(jù)工程進(jìn)度，對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和竣工交付等各個(gè)階段的工程信息和數(shù)字化模型進(jìn)行采集，工程信息包括工程名稱、建設(shè)單位、施工單位、廠家資料、技術(shù)規(guī)范書等信息；數(shù)字化模型包含設(shè)備、金具、絕緣子串、建筑、暖通、水工、地下設(shè)施等三維建模成果或圖紙等。數(shù)據(jù)整理工作則主要對(duì)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、歸納、提取、關(guān)聯(lián)建立和整合后進(jìn)行分門別類管理，對(duì)不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，消除數(shù)據(jù)冗余，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完備性并使其符合標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，根據(jù)業(yè)主單位對(duì)數(shù)字化移交格式的規(guī)定對(duì)平臺(tái)統(tǒng)一管理的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總輸出，將數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確地移交到進(jìn)入到業(yè)主的數(shù)字化移交平臺(tái)中。

4變電站工程數(shù)字化設(shè)計(jì)存在的問題及展望

當(dāng)前國(guó)家電網(wǎng)院提出加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)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。工程數(shù)字化是建設(shè)智能電網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)基本路線，將設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維與支撐數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合在一起，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價(jià)值是工程建設(shè)的最大目標(biāo)。與此同時(shí)，數(shù)字化設(shè)計(jì)依然受制于模型數(shù)據(jù)精度與技術(shù)成本，特別是不同階段對(duì)模型精度和準(zhǔn)確性要求不一樣，導(dǎo)致模型利用率有限，修改量大，而且高精度模型數(shù)據(jù)的建設(shè)成本以及軟硬件支持能力有限，制約著數(shù)字化設(shè)計(jì)的深入應(yīng)用，后續(xù)可以考慮約定標(biāo)準(zhǔn)性規(guī)則解決模型數(shù)據(jù)利用問題。

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[2]陳建.《追夢(mèng)》[M].中國(guó)水利水電出版社，2016.4.

作者簡(jiǎn)介：

王夢(mèng)璕（1989.5-），女，江西上饒人，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，單位：中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：三維數(shù)字化技術(shù)電力工程建設(shè)。

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司）