基于模型共享的變電工程數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)流程研究

楊娟，周青媛

（中國(guó)電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550002）

1 引言

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)作為電網(wǎng)工程基建新技術(shù)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)課題，正在電力行業(yè)中努力探索，加速推進(jìn)。變電工程三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是以工程數(shù)據(jù)為核心，模型關(guān)聯(lián)信息，圖紙自動(dòng)生成為主導(dǎo)；通過(guò)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，一處信息修改，相關(guān)聯(lián)的模型數(shù)據(jù)與圖紙自動(dòng)更新?；诠こ淘O(shè)計(jì)模型共享的三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)體系，將縮短專業(yè)之間的提資接收周期，減少提資配合過(guò)程中的信息偏差，最大限度地共享專業(yè)間的設(shè)計(jì)成果，避免信息更新不及時(shí)導(dǎo)致的重復(fù)工作。

2 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)

變電工程設(shè)計(jì)過(guò)程需要多專業(yè)相互配合才能完成。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，這種配合關(guān)系通過(guò)專業(yè)間的互提資料流程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)采用順序工作模式（流水線作業(yè)模式），把設(shè)計(jì)過(guò)程中的部分設(shè)計(jì)成果，按照預(yù)先制定的工作流程進(jìn)行提資配合設(shè)計(jì)，而資料以二維圖紙、文字以及數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行表達(dá)。

由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)信息交互不暢，協(xié)同性、繼承性不足，往往容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率降低。

2.2 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的思路

數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)思想是從傳統(tǒng)的卷冊(cè)負(fù)責(zé)制向?qū)I(yè)化、流程化的設(shè)計(jì)模式發(fā)展—— 即設(shè)計(jì)布置專業(yè)化。在數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境下探索可行的運(yùn)行管理模式，確立項(xiàng)目定制、工程設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)成果管理的數(shù)字化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)流程，并建立配套管理體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)專業(yè)化、過(guò)程流程化。同時(shí)，改變以圖紙為主要載體的設(shè)計(jì)體系，建立以項(xiàng)目數(shù)字化模型共享為核心的協(xié)同設(shè)計(jì)體系，改變現(xiàn)有專業(yè)界面，按工作內(nèi)容實(shí)質(zhì)來(lái)合并和細(xì)分崗位，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)流程的優(yōu)化。結(jié)合各專業(yè)的數(shù)字化、協(xié)同等理念，梳理設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)字化流程關(guān)鍵技術(shù)，理解數(shù)字化設(shè)計(jì)的新形式，整理適合各專業(yè)設(shè)計(jì)流程的平臺(tái)規(guī)范。這些相較于原有的設(shè)計(jì)各專業(yè)無(wú)法在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)流程協(xié)同、聯(lián)動(dòng)的情況，新一代數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)流程具有其創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

不僅要求變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)變電站電氣一次、電氣二次、土建以及水暖消防專業(yè)設(shè)計(jì)，更是一個(gè)完整的協(xié)同化設(shè)計(jì)平臺(tái)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)變電站基礎(chǔ)信息集成化、設(shè)計(jì)平臺(tái)一體化、專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同化、設(shè)計(jì)成果數(shù)字化、應(yīng)用成果全程化；設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)變電工程設(shè)計(jì)的全專業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，為完整的數(shù)字化移交和變電站的全壽命周期管理提供基礎(chǔ)。

2.3 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)就是由相關(guān)專業(yè)人員組成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在多專業(yè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)以模型共享為核心的信息實(shí)時(shí)交互，滿足信息的傳承和共享要求，專業(yè)間設(shè)計(jì)成果按照不同的級(jí)別信息透明、實(shí)時(shí)地通過(guò)三維模型而展現(xiàn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)一完成資料交接。

數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)信息、過(guò)程和組織的集成。根據(jù)數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，可以概括出數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)的以下特點(diǎn)：（1）群體性。設(shè)計(jì)成果需要多專業(yè)人員參與和配合。（2）并行性。各專業(yè)設(shè)計(jì)要達(dá)到一個(gè)共同的最終目標(biāo)，他們是獨(dú)立、并行地在各自的崗位上開展數(shù)字化三維設(shè)計(jì)工作。（3）動(dòng)態(tài)性。設(shè)計(jì)過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)地增加或減少某些專業(yè)或設(shè)計(jì)人員，整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)也是靈活的、可變的。（4）唯一性。以唯一的工程信息化模型為核心，設(shè)計(jì)過(guò)程的所有數(shù)據(jù)具有唯一性。（5）協(xié)同性。協(xié)同設(shè)計(jì)中應(yīng)存在一種機(jī)制，使各專業(yè)能夠協(xié)同地完成設(shè)計(jì)，其中應(yīng)包含信息溝通、碰撞檢測(cè)和修改等。

2.4 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)越性

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展為協(xié)同設(shè)計(jì)注入了新的內(nèi)涵。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)以模型共享為核心，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息的相互關(guān)聯(lián)，保證信息的唯一性。數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的工作模式，在人力資源配置上，形成了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的層級(jí)結(jié)構(gòu)；在設(shè)計(jì)成果上，形成了設(shè)計(jì)文件的多層次結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員將更多地關(guān)注模型信息，關(guān)注協(xié)同設(shè)計(jì)本身而不是圖紙。

3 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)流程

3.1 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)核心流程

變電工程三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)適用于項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)階段，不同設(shè)計(jì)階段按照各個(gè)階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容深度要求執(zhí)行各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以 STD-R 平臺(tái)為例，進(jìn)一步研究在三維數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境下協(xié)同工作流程。詳見圖 1。

圖1 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)流程

3.2 數(shù)字化三維協(xié)同多專業(yè)配合

數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)多專業(yè)的相互配合如圖2所示。

圖2 數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)多專業(yè)配合圖

1）在數(shù)字化三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，各專業(yè)在數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)中協(xié)同配合，負(fù)責(zé)完成各自的數(shù)字化模型，并對(duì)其質(zhì)量負(fù)責(zé)；各專業(yè)的數(shù)字化模型經(jīng)批準(zhǔn)發(fā)布后供外專業(yè)作為協(xié)同設(shè)計(jì)輸入資料。暫不能在數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)上協(xié)同配合的設(shè)計(jì)資料，按照傳統(tǒng)協(xié)同配合方式進(jìn)行。

2）對(duì)專業(yè)間協(xié)同配合的規(guī)定依據(jù)目前數(shù)字化設(shè)計(jì)的一般情況編制，不作為專業(yè)分工的依據(jù)?？筛鶕?jù)本單位的專業(yè)設(shè)置和分工的具體情況做相應(yīng)的調(diào)整。

3）在數(shù)字化三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，各專業(yè)在項(xiàng)目定制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、詳圖設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)成果管理階段所提供的協(xié)同配合資料應(yīng)滿足相應(yīng)的內(nèi)容深度要求。

4）對(duì)數(shù)字化三維協(xié)同配合規(guī)定了各專業(yè)與布置專業(yè)的協(xié)同配合過(guò)程，其余專業(yè)間的協(xié)同配合按各單位相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.3 協(xié)同配合流程說(shuō)明

協(xié)同配合流程為：（1）電氣一次、電氣二次、水暖、土建進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，并提資給土建專業(yè)中負(fù)責(zé)總圖布置的設(shè)計(jì)人員；（2）數(shù)字化支撐專業(yè)為布置設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，配合布置專業(yè)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)；（3）數(shù)字化支撐專業(yè)在項(xiàng)目定制階段與電氣一次、電氣二次、土建專業(yè)、水暖專業(yè)進(jìn)行協(xié)同配合；（4）電氣一次、電氣二次、土建專業(yè)、水暖專業(yè)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段協(xié)同配合；（5）布置設(shè)計(jì)人員在詳圖設(shè)計(jì)階段與電氣一次、電氣二次、土建專業(yè)、水暖專業(yè)數(shù)字化支撐專業(yè)協(xié)同配合；（6）各專業(yè)與外專業(yè)（包括輸電、系統(tǒng)、勘測(cè)等相關(guān)專業(yè)）在項(xiàng)目定制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、詳圖設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)成果管理階段協(xié)同配合。

3.4 數(shù)字化三維協(xié)同資料形式

3.4.1 數(shù)字化三維協(xié)同資料

數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照質(zhì)量體系文件規(guī)定，各專業(yè)須確保協(xié)同設(shè)計(jì)資料的數(shù)據(jù)來(lái)源可靠及內(nèi)容正確。對(duì)項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)本階段技術(shù)原則影響較大的資料定為“重要”資料，其余的為“一般”資料。工程設(shè)計(jì)中不同階段暫時(shí)使用的參照資料，應(yīng)由各專業(yè)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行分析，確定適合本項(xiàng)目使用后，將資料提交給各專業(yè)用于協(xié)同設(shè)計(jì)，待正式資料落實(shí)后須及時(shí)進(jìn)行資料替換，并對(duì)所提交相同資料的各個(gè)版次進(jìn)行分析，將其與前版有變動(dòng)的部分做明顯標(biāo)記。布置專業(yè)接收“重要”資料如表1所示。

表1 布置專業(yè)接收“重要”資料表

3.4.2 數(shù)字化三維協(xié)同配合資料提交形式及簽署

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)內(nèi)部協(xié)同配合：在數(shù)字化平臺(tái)內(nèi)部的專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)各專業(yè)。由主設(shè)人管理設(shè)計(jì)結(jié)果的版本，根據(jù)資料的重要性，由相關(guān)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)發(fā)布設(shè)計(jì)結(jié)果供外專業(yè)參考協(xié)同設(shè)計(jì)。

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)外部協(xié)同配合：不能在平臺(tái)內(nèi)部協(xié)同配合的設(shè)計(jì)資料，可參照傳統(tǒng)協(xié)同配合方式進(jìn)行。

各種數(shù)字三維化協(xié)同配合資料至少應(yīng)有提交人和校核人和批準(zhǔn)人簽署。如有條件，宜采用電子資料交互，并采用文件管理系統(tǒng)對(duì)資料輸入進(jìn)行管理，保證備查的條件[1]。

4 結(jié)論

近年來(lái)，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)在工程中逐步得以應(yīng)用，但其廣度和深度有待提高。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、三維虛擬技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以三維模型為信息載體，二、三維設(shè)計(jì)技術(shù)相融合的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)已經(jīng)逐步展現(xiàn)，并將確立其未來(lái)在工程設(shè)計(jì)中的發(fā)展方向，為保證設(shè)計(jì)企業(yè)有效建設(shè)三維設(shè)計(jì)技術(shù)，提升輸變電工程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，需要建立與其相適應(yīng)的技術(shù)、管理體系給予支撐，才能引導(dǎo)和推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，為勘察設(shè)計(jì)企業(yè)明確三維設(shè)計(jì)技術(shù)方向、三維設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)單位的勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證設(shè)計(jì)成品質(zhì)量，促進(jìn)工程建設(shè)的全生命周期管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位與業(yè)主單位的協(xié)調(diào)發(fā)展。

數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)流程通過(guò)平臺(tái)為基本載體，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)院“智能化電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，并對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)維數(shù)據(jù)貫通和報(bào)表定制進(jìn)行專項(xiàng)研究，通過(guò)現(xiàn)有或已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)工程作為參考及基礎(chǔ)，驗(yàn)證平臺(tái)協(xié)同流程的定制功能的正確性、易用性等。在應(yīng)用中不斷完善功能，提高科技項(xiàng)目對(duì)專業(yè)的適用性（如軟件接口、成果調(diào)用），增強(qiáng)協(xié)同設(shè)計(jì)深度。

現(xiàn)階段，受限于軟硬件的發(fā)展水平及前期數(shù)據(jù)庫(kù)不充足的情況下，在設(shè)計(jì)任務(wù)比較繁重的情況下，變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)并沒(méi)有全面應(yīng)用，但數(shù)字化三維設(shè)計(jì)是信息化時(shí)代背景下電力工程深度發(fā)展的必然產(chǎn)物，是由業(yè)主推動(dòng)、各基建方參與的對(duì)基建工程全壽命周期管理的第三次設(shè)計(jì)革命。