數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用

河海大學(xué) 后勤處能源與信息中心 徐衛(wèi)

電力工程設(shè)計是電力行業(yè)中非常重要的環(huán)節(jié)，無論是輸電、變電或是發(fā)電工程，其設(shè)計的優(yōu)劣能夠直接體現(xiàn)其技術(shù)水平。本文主要通過介紹數(shù)字化技術(shù)對電力工程發(fā)展目標(biāo)的影響，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中發(fā)揮的作用，闡述數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計方面的實際應(yīng)用并舉例分析，并暢想未來數(shù)字化技術(shù)電力工程設(shè)計的發(fā)展情況。

0 引言

隨著我國社會與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各行各業(yè)在科技的引領(lǐng)下逐漸進入數(shù)字化時代。面對人民生活逐漸進入數(shù)字化的情況，一些傳統(tǒng)的能源行業(yè)也必須跟隨社會的發(fā)展與進步趨勢，完美契合環(huán)境浪潮，并充分利用新時代技術(shù)提升自身發(fā)展空間，這其中就包括電力相關(guān)的企業(yè)與工程。電能作為驅(qū)動數(shù)字化新時代的高級能源，自身在整體的運營與管理方面更需要充分利用數(shù)字化技術(shù)，而有關(guān)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用根本點即是其在電力工程設(shè)計方面的應(yīng)用。故數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用十分重要。

1 數(shù)字化技術(shù)對電力工程設(shè)計發(fā)展目標(biāo)的影響

隨著世界整體邁向信息化時代，數(shù)字化與科技化在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，對于電力相關(guān)的企業(yè)與工程來說，數(shù)字化的應(yīng)用也體現(xiàn)在設(shè)計與運營等方面。在電力企業(yè)運營中加入數(shù)字化技術(shù)，能夠有效提升其整體運營的效率，為廣大電能用戶帶來更好的使用體驗，而良好的數(shù)字化應(yīng)用離不開電力企業(yè)前期的數(shù)字化設(shè)計，在電力工程的整體設(shè)計中加入數(shù)字化技術(shù)，不僅能夠從長遠角度上對電力企業(yè)起到提升作用，更能有效節(jié)約電力工程設(shè)計效率，降低電力工程施工損失，故電力企業(yè)工程的設(shè)計目標(biāo)主要在于通過數(shù)字化手段提升整體電力布局的高度。

此外，在明確電力工程設(shè)計的整體目標(biāo)之后，在設(shè)計的過程中有關(guān)企業(yè)還應(yīng)注意以下幾點:（1）以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)。電力工程由于本身的特殊性，在施工建設(shè)的過程中難免產(chǎn)生對環(huán)境的破壞，因此為了延長電力工程的使用年限，通過持續(xù)使用增加相關(guān)效益，重視可持續(xù)發(fā)展是電力工程設(shè)計的基本點；（2）電力企業(yè)功能設(shè)計要以人類自然為基本中心。即在電力工程設(shè)計過程中，充分考慮自然環(huán)境對電力企業(yè)的有利影響，盡量在設(shè)計中減少人工對于自然的破壞與改造；（3）以智能化基礎(chǔ)為目標(biāo)，融合智能化理念。電力工程的建設(shè)不同于普通工程，其作用與意義相較來說更為重大，因此為了能夠計量延長其使用時間，在設(shè)計過程中要注意迎合社會進步。很多電力企業(yè)工程也許在最初竣工階段無法完美符合未來標(biāo)準(zhǔn)，但其可以盡量融合智能化理念，為未來的轉(zhuǎn)型爭取更多的可變空間[1]。

2 數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中所能發(fā)揮的作用

電力企業(yè)工程的設(shè)計與施工是非常復(fù)雜且技術(shù)含量與要求較高的工作。由于電力工程自身性質(zhì)較為特殊，其安全性與運營可靠性需要引起有關(guān)人員重視，這不僅需要在施工過程中的一絲不茍，更需要具有豐富經(jīng)驗的設(shè)計師在設(shè)計過程中對上述風(fēng)險進行合理的規(guī)避與規(guī)劃。而通過數(shù)字化技術(shù)，可以有效幫助工程師降低上述問題的難度，其主要體現(xiàn)在以下幾點。

（1）數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用可以有效減少設(shè)計團體之間的交流障礙。在傳統(tǒng)的電力設(shè)計過程中，圖紙的技術(shù)交流是設(shè)計團隊最為重要的工作之一，但是由于電力工程不僅涉及到電路設(shè)計還設(shè)計到土建施工設(shè)計，各方設(shè)計團隊在設(shè)計磨合期間都需要參照圖紙進一步制定方案，而傳統(tǒng)的圖紙過于笨重，嚴重影響交流效率。在數(shù)字化技術(shù)加持下，可以有效解決上述問題，通過相關(guān)軟件可以將所有圖紙電子化，攜帶方便甚至可以進行線上交流，無視距離問題而且對于數(shù)據(jù)提取更為快捷方便。

（2）數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中可以有效減小設(shè)計過程中的人為失誤。以施工模擬軟件BIM系統(tǒng)為例，在進行電力工程的土建設(shè)計時，傳統(tǒng)的圖紙繪制由于其本身的復(fù)雜化，難免會出現(xiàn)設(shè)計者在過大工作量下造成的人為失誤，為了避免失誤情況發(fā)生，傳統(tǒng)的設(shè)計團隊通常會對圖紙進行復(fù)檢，保證準(zhǔn)確度。而使用BIM軟件系統(tǒng)后，軟件會自行修正問題，對于理論上不合理的設(shè)計會阻止或提示設(shè)計者，極大提高準(zhǔn)確性并節(jié)約人工成本。

（3）數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計過程中還能有效集合設(shè)計者的智慧創(chuàng)造、加強設(shè)計初期各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性、加強設(shè)計內(nèi)容的追溯性等，總之?dāng)?shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為電力工程設(shè)計提供了非常大的便利性。

3 數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計各方面的應(yīng)用舉例

電力工程設(shè)計涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，針對不同的應(yīng)用目的需要不同的設(shè)計，下述內(nèi)容主要列舉數(shù)字化技術(shù)在輸變電工程整體設(shè)計、安全設(shè)計兩方面的應(yīng)用。

3.1 數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用

3.1.1 全站設(shè)計模型

輸變電工程涉及到明確的土建工程和電氣工程兩部分，在進行整體設(shè)計之前，數(shù)字化技術(shù)可以為其建立明確的三維模型，通過模型可以幫助各設(shè)計團隊的工程師明確完成各環(huán)節(jié)的對接工作。

在傳統(tǒng)的輸變電站設(shè)計環(huán)節(jié)中，土建工程一般服務(wù)于電氣工程進行建設(shè)，很多環(huán)節(jié)需要滿足電氣工程的要求，例如對于電控室的建設(shè)，土建設(shè)計一定要根據(jù)電氣工程的設(shè)備要求進行土建設(shè)計。類似于上述配合形式應(yīng)用于各個環(huán)節(jié)，需要團隊之間進行明確的信息輸入與輸出。而三維建模通過軟件可以確定各個環(huán)節(jié)的精確信息，例如導(dǎo)線連接功能可以自動捕捉到設(shè)備接線端子進行連接，一些精密的弧垂和線夾的角度都能自動進行核定等，提高設(shè)計效率。

3.1.2 安全距離校檢

在輸變電站設(shè)計過程中，安全距離一定是所有設(shè)計工程師需要嚴格要求的內(nèi)容之一。在傳統(tǒng)的輸變電站設(shè)計中，工程師需要根據(jù)平面圖紙進行計算，結(jié)合以往工作經(jīng)驗或參考同類輸變電站，設(shè)定輸變電站的安全距離。雖然傳統(tǒng)方式可以確定安全距離，但為了充分保證安全性，會一定程度上以犧牲建筑成本為代價。但是通過三維數(shù)字化技術(shù)，有關(guān)工程師可以通過完整的三維建模來進行實測與觀察，甚至可以模擬進行計算，將安全距離控制在理想范圍內(nèi)，更大程度上為輸變電站帶來效益。

3.1.3 防雷保護設(shè)計

任何電力工程的設(shè)計都需要考慮防雷模塊，以保護生命財產(chǎn)安全。而通過三維數(shù)字化技術(shù)，可以直接通過防雷模塊進行設(shè)計生成，工程師通過編輯輸變電站的相關(guān)參數(shù)，使軟件為其計算符合輸變電站規(guī)模的避雷針，并明確其防護范圍。根據(jù)明確計算的范圍，有關(guān)人員只需結(jié)合土建規(guī)模，確定建筑位置，并對軟件的計算進行復(fù)檢，以防出現(xiàn)問題，很大程度上提升了設(shè)計者的工作效率。

3.1.4 精細化智能設(shè)計

三維數(shù)字化技術(shù)在輸變電站的設(shè)計過程中最明顯的優(yōu)勢就是精細化。相較于傳統(tǒng)的平面圖紙設(shè)計，設(shè)計者在精力有限以及項目節(jié)點進度緊張等前提下，對于圖紙的設(shè)計可能只要求核心數(shù)據(jù)正確，缺少精力對圖紙進行精細化設(shè)計。但是三維數(shù)字化技術(shù)可以通過軟件幫助設(shè)計者補全圖紙細節(jié)部分，并在設(shè)計者需要的時候進行查閱。

3.1.5 生成設(shè)備安全圖

在使用三維數(shù)字化技術(shù)對輸變電站進行設(shè)計的同時，相關(guān)軟件會自動生成安全圖，并對應(yīng)設(shè)計者建立的文檔自動編號儲存，方便有需要時查閱，節(jié)省設(shè)計人員工作時間[2]。

3.2 數(shù)字化技術(shù)在電力工程安全設(shè)計中的應(yīng)用

3.2.1 電力工程安全設(shè)計的要點

電力工程在投入使用后其安全問題必須得到有關(guān)人員重視，因此在設(shè)計初期有關(guān)安全系統(tǒng)的鋪設(shè)一定要做足相關(guān)工作，設(shè)計中應(yīng)充分涉及到人、機、環(huán)境等環(huán)節(jié)的交互，保證安全利益最大化，下述為電力工程安全設(shè)計要點。

（1）電力工程的安全設(shè)計需要進行完備的安全管理策劃。即建立完整的組織機構(gòu)、明確崗位職責(zé)并建立詳細的流程化管理，提前策劃風(fēng)險識別和預(yù)警機制。對于安全層級建設(shè)也需要充分重視，保證在安全問題發(fā)生的同時，從事故現(xiàn)場到相關(guān)權(quán)利職能人員可以有效進行反饋，將事故帶來的損失控制在最小程度內(nèi)，同時對所有工作人員進行嚴格的安全培訓(xùn)，將人為事故可能性降至最低。

（2）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)方案。在電力工程投入使用的過程中，人為作業(yè)造成安全問題的可能性較大。在有關(guān)設(shè)計進行時，設(shè)計者應(yīng)秉持人為事故的不可避免性，在設(shè)計中添加防呆元素?？梢岳脭?shù)字化的編程語言或人體工學(xué)，防止人為操作失誤的發(fā)生。并針對標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)方案對工作人員進行培訓(xùn)。

3.2.2 電力工程安全設(shè)計的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

在電力工程設(shè)計初期，通過對電力工程安全設(shè)計要點的掌握，可以采用數(shù)字化技術(shù)對于整體的電力工程三維模型進行觀察，有關(guān)安全負責(zé)人清晰的觀察整體工程情況后，根據(jù)安全管理策劃指出設(shè)計風(fēng)險，并進行校正以確保安全合理。例如，通過觀察三維模型，有關(guān)安全人員發(fā)現(xiàn)局部安全性缺失，可以通知繪圖人員，在具體位置添加相應(yīng)的風(fēng)險識別設(shè)備與提醒標(biāo)志，在觀察電控室或涉及操作的設(shè)備設(shè)計時，安全負責(zé)人也可以通過三維模型識別相應(yīng)安全風(fēng)險，要求在醒目的位置建立相應(yīng)的操作提示或警示標(biāo)志。

此外，對于安全設(shè)計中的事故反饋流程，通過數(shù)字化技術(shù)可以在電力工程設(shè)計初期進行詳細的規(guī)劃。例如，傳統(tǒng)的事故反饋流程為，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)安全事故引起火災(zāi)或其他災(zāi)害等，需要現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)事故并進行反饋，從而搶救現(xiàn)場降低損失，若現(xiàn)場人員不能及時發(fā)現(xiàn)問題，后果將不堪設(shè)想。而通過數(shù)字化設(shè)計，設(shè)計者可以通過三維圖紙清晰的分析安全隱患，并可以嘗試建立整套數(shù)字智能化安全反饋機制，在不影響電力工作的本質(zhì)內(nèi)容下建立整套系統(tǒng)，自動反饋事故保證最大程度上降低損失[3]。

4 未來數(shù)字化技術(shù)下電力工程設(shè)計的發(fā)展與暢想

通過對于數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用介紹，可以明顯看到數(shù)字化技術(shù)對于電力工程設(shè)計效率的提升，而隨著社會與科技的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)對于電力工程的設(shè)計將不止停留于初期的圖紙階段，還會進一步深入。例如，當(dāng)有關(guān)部門根據(jù)需要建設(shè)某電力工程時，可以通過數(shù)字化技術(shù)自動進行選址，并在設(shè)計過程中針對需求與成本綜合輸出設(shè)計結(jié)果，而在具體設(shè)計內(nèi)容上，數(shù)字化技術(shù)根據(jù)電力工程應(yīng)用后的整體情況，酌情為設(shè)計者補充電氣設(shè)備的應(yīng)用通用性，如提示設(shè)計者需要考慮為相關(guān)電氣設(shè)備預(yù)留數(shù)字化接口以保證未來數(shù)字化時代的升級；提示設(shè)計者需要在土建工程方面考慮電力工程未來的擴張可能，預(yù)留充分的空間保證擴需后新設(shè)備的入駐空間等，總之，數(shù)字化技術(shù)對于電力工程設(shè)計工作的提升將不再局限于圖紙工作，而是全面滲透到各個環(huán)節(jié)，為設(shè)計者提供更為便捷的設(shè)計空間[4]。

5 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)對電力工程的設(shè)計來說，不僅能提升設(shè)計效率，還能降低設(shè)計的失誤。而對于未來數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用，將會進一步幫助設(shè)計者更好的進行電力工程的精密計算，并充分考慮與土建設(shè)計的結(jié)合，不斷完善設(shè)計工作。在未來，數(shù)字化技術(shù)通過不斷的更新與發(fā)展將會成為電力工程設(shè)計的主流技術(shù)，有關(guān)人員一定要跟隨發(fā)展趨勢，提升自身素質(zhì)，為電力工程的設(shè)計工作貢獻力量。