數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析

張博

（國網(wǎng)延安供電公司，陜西 延安 716000）

1 數(shù)字化技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的二維CAD 設(shè)計(jì)，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)方法有某些顯著特點(diǎn)。利用數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，可以幫助電力企業(yè)提升設(shè)計(jì)水平。

（1）可視化程度高，更加精準(zhǔn)、直觀。業(yè)主可以更清楚地理解設(shè)計(jì)意圖，減少早期溝通中存在的分歧或誤解。

（2）設(shè)計(jì)精良，品質(zhì)提升。各專業(yè)均在相同模型中設(shè)計(jì)，專業(yè)協(xié)作之間的緊密程度在逐步提高，減少了多專業(yè)相互交叉的歷史問題。此外，三維設(shè)計(jì)區(qū)別于二維圖紙單一的視圖表示，構(gòu)建了與實(shí)際更為相符的三維模型，這就擴(kuò)大了設(shè)計(jì)的范圍，增加了它的深度。

（3）增加設(shè)計(jì)產(chǎn)品本身的附加值。從前僅用于指導(dǎo)施工，如今已改為項(xiàng)目全生命周期應(yīng)用，其中如綜合展示、采購、合同分包、施工模擬以及數(shù)字化移交等。

（4）從以圖紙為核心延伸至以數(shù)據(jù)為核心，將先前圖紙中的信息從肉眼識(shí)別逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并交由計(jì)算機(jī)識(shí)別。離散后的電子信息轉(zhuǎn)化為適合統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)信息，而個(gè)人經(jīng)驗(yàn)則隨即轉(zhuǎn)化為企業(yè)知識(shí)。顯然，這就為大數(shù)據(jù)分析、設(shè)計(jì)與施工集成以及其他各個(gè)領(lǐng)域提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

發(fā)揮出數(shù)字技術(shù)最大的優(yōu)勢，能夠減少電力工程設(shè)計(jì)中與設(shè)計(jì)溝通有關(guān)的障礙，消除距離、時(shí)間方面的限制，使設(shè)計(jì)人員保持密切的溝通，為其工作提供更多方便，確保企業(yè)在科技領(lǐng)域的高度協(xié)同。建立先進(jìn)的數(shù)字化系統(tǒng)，將工程設(shè)計(jì)的前期策劃與所有方案設(shè)計(jì)，如終端的視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)，利用專業(yè)的技術(shù)處理進(jìn)行結(jié)合，使各環(huán)節(jié)都能得到滲透，傳遞精準(zhǔn)的信息。另外，不同階段創(chuàng)造的設(shè)計(jì)成果還能夠?yàn)楹罄m(xù)設(shè)計(jì)提供必要的參考，將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為一目了然的圖紙，這對生產(chǎn)建設(shè)的運(yùn)行也有很大益處。能夠和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)自如地對接，減少設(shè)計(jì)時(shí)長，也可以消除人工模型轉(zhuǎn)換留下的各種技術(shù)偏差，便于設(shè)計(jì)人員更好地關(guān)注各個(gè)環(huán)節(jié)和技術(shù)過程，減少出錯(cuò)，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)，改善工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省人力、物力、財(cái)力方面的投入，減少額外的浪費(fèi)。

2 數(shù)字技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在電力工程設(shè)計(jì)中三維數(shù)字化技術(shù)已有較多的應(yīng)用，如電線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。在了解施工區(qū)域的基礎(chǔ)上，及時(shí)整理采集而來的數(shù)據(jù)信息然后以三維成像的形式將其顯示出來。如今，基于數(shù)字化技術(shù)研發(fā)的電力工程軟件十分齊全，產(chǎn)品本身的更新速度也較快。結(jié)合社會(huì)對電力工程的變化之需，本文探討了數(shù)字技術(shù)在電力設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

2.1 數(shù)字技術(shù)在軟碰撞、硬碰撞檢測中的應(yīng)用

在電力工程建設(shè)進(jìn)程中，難免有不少煩瑣的項(xiàng)目，如戶內(nèi)變電站、地下變電站或是高壓直流換流站這類項(xiàng)目中，遇到的軟、硬碰撞檢測有助于改善項(xiàng)目總體的設(shè)計(jì)質(zhì)量。硬碰撞檢測，指實(shí)體模型內(nèi)部的檢測。統(tǒng)籌適用于涉及多個(gè)工程項(xiàng)目，尤其是室內(nèi)外變電站下形成的多專業(yè)聚集區(qū)，效果相對良好。設(shè)計(jì)時(shí)軟碰撞檢測模型實(shí)體將與其他各類模型實(shí)體保持一種相對的距離。對電氣工程來說，典型的軟碰撞檢測涵蓋了電氣距離、變電站防雷檢測與校準(zhǔn)。從目前應(yīng)用的基本情況分析，軟碰撞檢測更為適合換流站閥廳的內(nèi)部設(shè)計(jì)且效果十分良好。設(shè)計(jì)時(shí)需要較大的空間，并且需要校正原始的電氣距離。在線路設(shè)計(jì)中，軟碰撞同樣可用于交叉跨越檢測。

2.2 數(shù)字技術(shù)在電力企業(yè)實(shí)體模型統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

電力企業(yè)在設(shè)計(jì)和構(gòu)建實(shí)體模型時(shí)，也要轉(zhuǎn)變過去的二維設(shè)計(jì)法，分配專業(yè)人士來統(tǒng)計(jì)實(shí)體名稱，最好是手工的。三維軟件數(shù)字化技術(shù)，借助導(dǎo)線、鋼結(jié)構(gòu)框架等相關(guān)材料就能夠順利地分析出整個(gè)實(shí)體模型，提升實(shí)體模型自身的設(shè)計(jì)水平。

2.3 數(shù)字技術(shù)在電力企業(yè)軟件平臺(tái)集成中的應(yīng)用

以數(shù)字化技術(shù)為支撐建立的三維軟件平臺(tái)，可以集中處理各類軟件信息。有了技術(shù)支撐，整合短路電流、設(shè)備、接地設(shè)備這些常見的力學(xué)軟件，一次性錄用后，全部設(shè)計(jì)信息均可得到多次地使用。

2.4 數(shù)字技術(shù)在電力企業(yè)勘測信息和礦山信息中的應(yīng)用

由于海拉瓦以及激光點(diǎn)云技術(shù)的集中運(yùn)用，電力工程中不同線路上的信息都能得到實(shí)時(shí)地統(tǒng)計(jì)，如樹木砍伐統(tǒng)計(jì)、精準(zhǔn)拆遷、交叉分析。在集中統(tǒng)計(jì)各種信息的前提下，創(chuàng)建一種三維場景。

3 高性能三維調(diào)控軟件和仿真計(jì)算應(yīng)用技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)涵蓋了下列6 個(gè)部分：工程管理模塊、主接線設(shè)計(jì)、設(shè)備布置、輔助設(shè)計(jì)模塊，包括系統(tǒng)的整個(gè)成果展示平臺(tái)。上述部分，支撐軟件都需要先進(jìn)的三維調(diào)控以及仿真計(jì)算軟件。

3.1 高性能三維控制軟件應(yīng)用技術(shù)

三維設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出某些最為原始的數(shù)據(jù)，作為一個(gè)可靠的平臺(tái)，它還將成為信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾d體。將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到軟件平臺(tái)上，利用三維模型即可完成精細(xì)化設(shè)計(jì)。在三維空間內(nèi)，根據(jù)安全距離檢查以及材料統(tǒng)計(jì)，能夠達(dá)到二維設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)精度和科學(xué)性。三維變電站模型集中了方案、初步設(shè)計(jì)以及施工圖等功能為一體提供直觀的顯示效果，并且支持全景參數(shù)的及時(shí)驗(yàn)證。作為一個(gè)合格的設(shè)計(jì)平臺(tái)，三維軟件調(diào)控平臺(tái)不僅僅是要建立一個(gè)初步的三維模型，同時(shí)也會(huì)設(shè)計(jì)多個(gè)不同的對象，包括若干的專業(yè)信息。該類三維對象支持計(jì)算、在線統(tǒng)計(jì)甚至是對施工圖實(shí)時(shí)提取。這些功能，都是設(shè)計(jì)成果在一個(gè)三維模型中最好的說明與體現(xiàn)。

3.1.1 全站三維模型技術(shù)

變電站設(shè)計(jì)中，變電安裝布置是主體，其工作強(qiáng)度大，復(fù)雜性高。設(shè)計(jì)中一般根據(jù)電源類型可以分為交流（開關(guān)）、直流變電站。結(jié)合布局方式，還可分為室外、室內(nèi)布局。三維布置模型技術(shù)有自身的某些功能：自由調(diào)用裝置模型、控制模型間隔、參數(shù)替換（和主接線之間恢復(fù)聯(lián)動(dòng)）、材料統(tǒng)計(jì)、工程編碼以及二維施工圖（平面圖）的提取。數(shù)字化三維軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，徹底顛覆以往的二維設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供不同的三維設(shè)計(jì)理念。軟件本身支持參數(shù)化功能，實(shí)現(xiàn)了從電氣設(shè)備到土木工程框架的參數(shù)化建模。設(shè)計(jì)人員僅需輸入?yún)?shù)，就能夠生成三維模型，快速地生成各種尺寸的三維設(shè)備。同時(shí)，模擬設(shè)備的外形，和實(shí)際設(shè)備大體上是一致的。

3.1.2 三維模型精細(xì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)

（1）三維安全凈距校驗(yàn)。過去的安全距離檢測方法并未涉及三維概念。單純依靠設(shè)計(jì)師自己的經(jīng)驗(yàn)和簡單的二維計(jì)算，很難提供安全系數(shù)最高和最優(yōu)的解決方案。基于全站三維模型實(shí)現(xiàn)的三維安全凈距校驗(yàn)，完全可以彌補(bǔ)上述缺陷。軟件程序結(jié)合不一樣的電壓等級(jí)，可以自動(dòng)查找三維設(shè)備相互的最短帶電距離，檢查設(shè)備之間的有限數(shù)據(jù)，確保設(shè)計(jì)的安全性，同時(shí)提供最佳的處理方案。

（2）自動(dòng)生成平斷面圖。從前的設(shè)計(jì)方法要繪制多個(gè)不同的剖面，但設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)則僅須設(shè)計(jì)人員繪制一個(gè)簡單的三維圖形，其他間隔剖面均可以按照設(shè)計(jì)要求做出隨意的切割并自動(dòng)生成，這就確保了平面和斷面圖二者的一致性。另外區(qū)間斷面圖還可對自動(dòng)標(biāo)注平臺(tái)上的設(shè)備支架、間距以及設(shè)備與土建相隔的距離，減少設(shè)計(jì)時(shí)間。

（3）三維導(dǎo)線連接。設(shè)計(jì)時(shí)，擺放三維設(shè)備模型。結(jié)合上述的“三維導(dǎo)線連接”，自動(dòng)搜尋設(shè)備接線端子，在此基礎(chǔ)上，鎖定弧垂和線夾角，使圖紙表面看上去更為規(guī)范，更符合現(xiàn)場的真實(shí)情況。

（4）精準(zhǔn)的材料統(tǒng)計(jì)。不管設(shè)備、電線又或者配件，材料統(tǒng)計(jì)同樣都可以精準(zhǔn)的計(jì)算出來。同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)標(biāo)記斷面圖上的設(shè)備編號(hào)，與物料表里面的編號(hào)一一對應(yīng)。

3.1.3 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

結(jié)合平面設(shè)計(jì)圖，土建接口軟件能夠生成三維提資圖。結(jié)合電氣提資陸續(xù)地進(jìn)行相關(guān)的配套設(shè)計(jì)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算和力學(xué)分析后得到一個(gè)結(jié)構(gòu)透視圖并將資金返還電氣專業(yè)，確保各專業(yè)在三維模型下的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.2 高性能仿真軟件應(yīng)用技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，無疑為全數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了安全、精準(zhǔn)的選型和驗(yàn)證方式。利用仿真軟件本身的加載專家數(shù)據(jù)庫、約束數(shù)據(jù)兩項(xiàng)功能，完成電氣計(jì)算和驗(yàn)證，從而解決了過去人工計(jì)算量大、錯(cuò)誤率高的現(xiàn)實(shí)問題，從根本上提高了工程效率。

3.2.1 數(shù)字主接線設(shè)計(jì)與驗(yàn)證仿真計(jì)算

在變電站內(nèi)，接線無疑使一個(gè)關(guān)鍵的邏輯模型。不管接線關(guān)系又或者設(shè)備參數(shù)，在這個(gè)階段里都能被構(gòu)建起來。主接線還是裝置布置、資料統(tǒng)計(jì)以及數(shù)字化交接的基礎(chǔ)，是仿真計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)于這部分，包括如下內(nèi)容：核算出短路電流、選型檢驗(yàn)、母線選型、過載條件仿真以及仿真驗(yàn)證等。

3.2.2 三維配電裝置電氣校驗(yàn)方針計(jì)算

三維設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是利用三維模型自身的精細(xì)設(shè)計(jì)手段，借助高性能、先進(jìn)的仿真軟件來提高設(shè)計(jì)水平，保證最佳的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在本部分中大致涵蓋了以下幾方面內(nèi)容：三維安全距離檢查、接地設(shè)計(jì)、導(dǎo)線力學(xué)計(jì)算、二次設(shè)計(jì)、管母線計(jì)算、照明設(shè)計(jì)，同時(shí)包括三維防雷設(shè)計(jì)軟件、站用電以及接地設(shè)計(jì)等。

4 結(jié)語

電網(wǎng)工程數(shù)字化，勢必會(huì)給以往的電網(wǎng)建設(shè)思路、技術(shù)手段乃至電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)信息化、智能化帶來深刻的變化。針對電力設(shè)施挑選恰當(dāng)?shù)娜S建模方案，對加速業(yè)務(wù)整合、構(gòu)建三維電網(wǎng)、促進(jìn)電力設(shè)施數(shù)字化集中管理均有一定的推動(dòng)作用。