變電站設(shè)計中數(shù)字化三維設(shè)計的應(yīng)用探析

初建祥 ，張彥彪 ，郭帥 ，羅金龍 ，郝小東 ，李宏艷

（1.內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，呼和浩特 010020；2.北京博超時代軟件有限公司，北京 100195）

1 引言

隨著智能電網(wǎng)創(chuàng)新觀念的不斷深入和立體設(shè)計的不斷需求，數(shù)字化三維設(shè)計憑借其強大、立體、先進、智能的特點已逐漸運用到變電站的設(shè)計工作中，也在很大程度上契合了智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。所以在未來，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)在不同類型的設(shè)計工作中將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

2 數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)的基本概念

作為工程數(shù)字化建設(shè)的重要組成之一，數(shù)字化三維設(shè)計是指以數(shù)據(jù)庫技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等為基礎(chǔ)，以三維物理模型為載體，通過操作人員與設(shè)計人員的協(xié)同合作，完成項目工程的設(shè)計任務(wù)，最終實現(xiàn)變電站設(shè)計的信息一體化和三維可視化目標(biāo)[1]。與傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)不同的是，數(shù)字化三維設(shè)計不需要具體的設(shè)計圖紙，只需要借助數(shù)據(jù)信息和模型就可以完成一系列立體設(shè)計工作。

3 數(shù)字化三維設(shè)計的發(fā)展?fàn)顩r

早在 2016年，國家電網(wǎng)行業(yè)就明確提出要計劃推廣數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)，要在工程數(shù)字化的建設(shè)任務(wù)下將數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)靈活應(yīng)用到變電站的設(shè)計工程中，以更好地完成工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)[2]。在 2017年，為了深入探究當(dāng)前施工企業(yè)和電力企業(yè)設(shè)計部門對該技術(shù)的應(yīng)用需求，全國開展了關(guān)于數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)的調(diào)研活動，旨在為創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)和提高設(shè)計單位的設(shè)計水平提供基本信息。當(dāng)前，電網(wǎng)行業(yè)越來越重視數(shù)字化三維設(shè)計在變電站設(shè)計中的應(yīng)用，可見該技術(shù)在電力設(shè)計工作中將扮演著極其重要的角色。

4 數(shù)字化三維設(shè)計的特有優(yōu)勢

與傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)相比，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)具有一系列特有的優(yōu)勢，該優(yōu)勢包括以下3個方面。

4.1 設(shè)計手段的提升

設(shè)計手段的提升主要體現(xiàn)在以下方面：（1）能夠進行三維布置設(shè)計，最終實現(xiàn)三維可視化設(shè)計的工作目標(biāo)；（2）能夠做到三維到二維之間的有效貫通，實現(xiàn)三維切平、斷面和軸側(cè)制圖任務(wù)，從而進一步提高設(shè)計的精確度和工作效率；（3）可以對電氣安全距離進行三維校驗，優(yōu)化設(shè)計；（4）可以對設(shè)計中常見的交叉碰撞問題進行解決；（5）可以自動統(tǒng)計必要的設(shè)備參數(shù)、設(shè)計與材料數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確、直觀地反映工程設(shè)計數(shù)據(jù)，為智能電網(wǎng)提供必要的數(shù)據(jù)接口和支持；（6）能夠建立企業(yè)級三維設(shè)計元件庫，為后面的投標(biāo)、項目初設(shè)和使用等創(chuàng)造良好的條件。

4.2 能夠為業(yè)主提供增值服務(wù)

首先，由于在數(shù)字化三維設(shè)計下，界面直觀，操作便捷，設(shè)計人員很容易就能夠在三維平臺中進行設(shè)計和優(yōu)化，在一定程度上能夠為目標(biāo)業(yè)主提供更加經(jīng)濟合理的設(shè)計方案，達到科學(xué)增值的目的；其次，由于三維設(shè)計軟件的數(shù)據(jù)庫功能很強大，依據(jù) SG186 國網(wǎng)統(tǒng)一的物料編碼體系，可以實現(xiàn)與 ERP系統(tǒng)的有效對接，從而為物資采購提供便利；再次，運用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)可實現(xiàn)估算數(shù)據(jù)的精確化和分散數(shù)據(jù)的集中化，能夠為設(shè)計者提供具有豐富數(shù)據(jù)的三維模型化的設(shè)備臺賬，可以實現(xiàn)設(shè)備臺賬與智能變電站狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)的有效鏈接，不僅能夠有效管理設(shè)備的壽命周期，而且也方便變電站的后期維護和改造工作。最后，運用數(shù)字化三維設(shè)計不僅能為目標(biāo)業(yè)主提供傳統(tǒng)性的設(shè)計產(chǎn)品，而且能更多地提供具有數(shù)字化的變電產(chǎn)品，具體包括工程設(shè)計數(shù)據(jù)、材料物料采購數(shù)據(jù)、建設(shè)管理數(shù)據(jù)以及運營維護數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對變電站的后期維護和改造提供了參考和便利。

4.3 提高施工設(shè)計效率

首先，由于三維設(shè)計比較直觀準(zhǔn)確，對于設(shè)計者，該技術(shù)可以指導(dǎo)他們進行現(xiàn)場安裝，在一定程度上避免設(shè)計者對安裝位置和設(shè)計意圖的錯誤理解，從而提高設(shè)計的有效性。其次，一些單位在施工過程由于各自專業(yè)時間安排不合理，從而造成了不必要的返工復(fù)工，在浪費時間的同時也大大延緩了單位工程設(shè)計的進度。基于此，在數(shù)字化三維設(shè)計應(yīng)用下，根據(jù)三維設(shè)計中的工程進度模塊，可以盡快進行施工進度的模擬工作，通過增加必要的時間軸形成四維管理，可以在很大程度上避免因時間安排不合理造成的返工問題，以加快工程建設(shè)的進度。最后，在一些工程設(shè)計中，工程設(shè)計代表可以充分利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)進行設(shè)計方案的擬定和變更，通過不斷改進和完善最終制訂更加科學(xué)合理的現(xiàn)場設(shè)計方案，整體上有利于工程設(shè)計的開展。

5 變電站設(shè)計中數(shù)字化三維設(shè)計的應(yīng)用

5.1 數(shù)字化三維設(shè)計線路選線

在變電站的設(shè)計工作中，線路選線工作往往復(fù)雜困難，傳統(tǒng)方法是依靠工作人員的個人主觀經(jīng)驗來判斷選擇，容易出現(xiàn)錯誤，但是利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)可以采用動態(tài)性的規(guī)劃思路解決此問題。有些電網(wǎng)的鋪設(shè)線路很長，沿途地形也很復(fù)雜，利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)就可以快速準(zhǔn)確地實現(xiàn)自動優(yōu)化排位。在選擇好變電站的起點和終點之后，利用數(shù)字化三維系統(tǒng)建立矢量地理信息，隨后就可以自動化選擇出許多適合該工程的電線線路路徑并進行能力分析，避免在設(shè)計時損壞到附近的風(fēng)景自然保護區(qū)，如果出現(xiàn)問題會第一時間發(fā)出警告。選擇好多條路徑之后，對路勁進行智能優(yōu)化，設(shè)計人員通過數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)可以自動計算出所選定的范圍是否為最近的緩沖區(qū)距離，大大降低統(tǒng)計時間，提高了工作效率。

5.2 STD數(shù)字化三維變電設(shè)計

AutoCAD 是 STD 數(shù)字化三維變電設(shè)計的基本平臺，工程數(shù)據(jù)是核心內(nèi)容，設(shè)計人員運用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)來實現(xiàn)全專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計數(shù)字化設(shè)計平臺。具體來說，就是設(shè)計人員利用 STD 數(shù)字化三維變電設(shè)計平臺設(shè)計和共享數(shù)據(jù)驅(qū)動，使設(shè)計流程自動化，利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)將設(shè)計結(jié)果精確化細致化，直接生成相應(yīng)的平面和斷面圖以及有關(guān)圖紙結(jié)果，從而最終實現(xiàn)全專業(yè)模型級別的三維協(xié)同設(shè)計，達到數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 TLD數(shù)字化三維送電設(shè)計平臺

開放的平臺架構(gòu)是 TLD 數(shù)字化三維送電設(shè)計平臺的基礎(chǔ)，工程數(shù)據(jù)是其核心內(nèi)容，適用于可研、初設(shè)、施工等階段工作，可實現(xiàn)選線、設(shè)計和數(shù)字化移交等功能。設(shè)計人員利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)可以實現(xiàn)路徑和平斷面的三維設(shè)計，做到同步聯(lián)動設(shè)計和全專業(yè)協(xié)同設(shè)計，可以同步完成路徑設(shè)計、桿塔規(guī)劃、電氣計算和跳線設(shè)計等任務(wù)，大大提高了工作效率，也能夠達到數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

當(dāng)前，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到變電站設(shè)計的各個工作階段，而隨著該技術(shù)的全面普及，為了提高工作效率，許多單位的施工建設(shè)部門和監(jiān)督監(jiān)測部門也都開始結(jié)合該技術(shù)進行相關(guān)工作。因此，在未來的變電站設(shè)計中，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)將會有更加廣闊的應(yīng)用空間，是促進電力工程行業(yè)高效迅速發(fā)展的重要推動力。