探討三維設(shè)計(jì)在變電站建設(shè)中的應(yīng)用

李 婧

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

三維設(shè)計(jì)能夠全方位進(jìn)行圖形的展示，能夠讓施工人員更加清晰直觀的了解到設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖。當(dāng)前三維設(shè)計(jì)已經(jīng)憑借其數(shù)字化和可視化的特點(diǎn)在變電站建設(shè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)中存在的諸多問題，滿足當(dāng)前多元化的使用需求，當(dāng)前三維設(shè)計(jì)已經(jīng)在我國(guó)變電站建設(shè)過程中取得了諸多應(yīng)用成績(jī)，對(duì)優(yōu)化我國(guó)電力工程建設(shè)起到了重要的作用。

1 三維設(shè)計(jì)的目標(biāo)與流程

1.1 三維設(shè)計(jì)的目標(biāo)

在整體變電站的設(shè)計(jì)過程中使用三維設(shè)計(jì)是為了更好的提高我們的設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也是為了給客戶帶來(lái)更好的設(shè)計(jì)效果和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量。如果在設(shè)計(jì)過程中使用三維設(shè)計(jì)，那么我們可以在實(shí)物建設(shè)之前，給客戶先進(jìn)行一個(gè)整體觀看成品效果，這樣可以幫助客戶及時(shí)對(duì)不滿意的地方進(jìn)行調(diào)整使我們的實(shí)際工程更加完美。另外在還沒有開始實(shí)際操作之前，如果客戶有不滿意的地方，我們可以在三維設(shè)計(jì)過程中及時(shí)進(jìn)行調(diào)整修改，也有助于為客戶提供更好的服務(wù)。首先我們需要對(duì)電纜敷設(shè)的施工圖進(jìn)行3D 的展示，之后我們需要對(duì)二維的施工圖進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的修改彌補(bǔ)和延伸，然后在3D 模型中將全景以1:1 的比例進(jìn)行縮小，模擬整體施工的情況這樣可以幫助我們的一線施工人員更好的理解施工圖紙，幫助我們?cè)诮ㄔO(shè)過程中減少因?yàn)椴焕斫馐┕D意圖而造成的施工問題。如果根據(jù)3D 模型的設(shè)計(jì)圖，依然無(wú)法準(zhǔn)確的進(jìn)行施工和準(zhǔn)確的理解如何進(jìn)行施工的話，那么可以直接觀看3D 模型的電子圖來(lái)進(jìn)行全方位的思考，因?yàn)?D 模型的電子版，可以全方位的展現(xiàn)出我們所需要進(jìn)行施工的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

1.2 三維設(shè)計(jì)的流程

進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的工作人員要對(duì)三維設(shè)計(jì)整體流程有一個(gè)詳細(xì)的學(xué)習(xí)，對(duì)于軟件的使用方法有一個(gè)清晰的認(rèn)知并且需要掌握一定的輸變電站的相關(guān)概念之后才可以進(jìn)行使用軟件的設(shè)計(jì)工作。首先需要的就是建模這項(xiàng)工程，我們需要將CAD圖紙采用1:1的縮放模式，立體的呈現(xiàn)在三維設(shè)計(jì)軟件之中，然后在對(duì)整體模型進(jìn)行細(xì)節(jié)補(bǔ)充；其次電纜橋架模型的建立需要完全按照我們之前設(shè)定的圖紙，同時(shí)我們需要針對(duì)不同電纜設(shè)計(jì)不同的電腦模型，以幫助后期施工人員進(jìn)行分辨，整體的建模過程必須嚴(yán)格按照我們的施工圖紙以及建模要求進(jìn)行，這樣才能保證我們的三維設(shè)計(jì)是有效的，然后在建立電纜安裝敷設(shè)橋架時(shí)，我們要在現(xiàn)有已經(jīng)成型的模型中進(jìn)行進(jìn)一步的分析逐步安裝敷設(shè)橋架，讓我們的整體三維設(shè)計(jì)更加細(xì)節(jié)化；最后，我們的模型初步建立完成后，需要對(duì)整體模型進(jìn)行進(jìn)一步的分析整理，對(duì)于不合理的地方進(jìn)行及時(shí)修改，對(duì)于缺少的地方進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，不斷完善設(shè)計(jì)的模型。

2 變電站建設(shè)的現(xiàn)狀

隨著我們國(guó)家科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展、建筑工程企業(yè)的逐步推行和數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)理念的推廣，對(duì)于我們現(xiàn)在的電網(wǎng)建設(shè)有了更高的要求，我們現(xiàn)在的電網(wǎng)建設(shè)主要存在的問題如下：一是我們的設(shè)計(jì)效率比較低，我們?cè)趯?duì)電網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，一般是采用二維設(shè)計(jì)圖紙，二維設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性不高，如果需要進(jìn)行更改，還需要人工進(jìn)行重新繪制，會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，導(dǎo)致我們的變電站設(shè)計(jì)效率比較低；二是施工矛盾較多，變電站設(shè)計(jì)中各專業(yè)的工作都是相對(duì)獨(dú)立的，如果進(jìn)行二維圖紙的建設(shè)，那么很容易造成各個(gè)專業(yè)的數(shù)據(jù)更新不全，各專業(yè)在進(jìn)行圖紙建設(shè)過程中就會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)吵等問題，影響整體的建設(shè)進(jìn)度；三是難以支撐電網(wǎng)高質(zhì)量的發(fā)展，目前我們?cè)陔娮冸娬窘ㄔO(shè)過程中，是需要多方數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的，需要建設(shè)方的需求、施工方的信息以及設(shè)計(jì)方的數(shù)據(jù)，對(duì)這三方數(shù)據(jù)匯總的不及時(shí)、不全面，會(huì)導(dǎo)致信息比較分散，容易出現(xiàn)信息傳遞失誤的問題，難以支撐目前高校建設(shè)變電站的需求。

3 三維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在傳統(tǒng)的變電站設(shè)計(jì)中采用二維設(shè)計(jì)的方式，視覺化程度很差，在施工中由于施工人員的理解問題還容易使變電站建設(shè)質(zhì)量受到影響，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)變電站全生命周期的數(shù)字化移交。在這種環(huán)境下三維設(shè)計(jì)開始被應(yīng)用于變電站的建設(shè)當(dāng)中，三維設(shè)計(jì)依托于信息化智能三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，讓設(shè)計(jì)人員的工作變得更加方便快捷，同時(shí)節(jié)約了很多人力資源以及時(shí)間，優(yōu)化了作業(yè)流程。變電站設(shè)計(jì)中包括對(duì)于電氣、建筑以及水暖等許多方面的設(shè)計(jì)工作，借助標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模型庫(kù)和強(qiáng)大的自動(dòng)計(jì)算分析能力，讓變電站的設(shè)計(jì)工作變得快捷和簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)還有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出圖、自動(dòng)校準(zhǔn)等功能，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說應(yīng)用起來(lái)非常方便。為了能夠提高變電站建設(shè)和設(shè)計(jì)的質(zhì)量，利用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，并借助計(jì)算機(jī)軟件能夠讓所有信息都展現(xiàn)出來(lái)，便于施工人員全方位觀看和理解，并且還能滿足多個(gè)變電站在建設(shè)上對(duì)多專業(yè)的協(xié)調(diào)需求，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的溝通和信息的轉(zhuǎn)換，使變電站設(shè)計(jì)工作水平不斷提高。[1]

4 變電站建設(shè)的發(fā)展特點(diǎn)

4.1 占地面積越來(lái)越小，設(shè)備布置緊湊

當(dāng)前變電站的占地面積越來(lái)越小，通過小型化、節(jié)能型的GIS 設(shè)備及對(duì)戶內(nèi)變電站各功能房間的緊湊型布置能讓整體設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，使各電壓登記配點(diǎn)裝飾的布置變得更加合理和緊湊，有效提升了空間利用率，不斷提升城市的土地利用率。

4.2 自動(dòng)化水平高

當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，變電站應(yīng)用了微機(jī)保護(hù)，變電站的自動(dòng)化采用了分層、分布式的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，節(jié)約了大量人工成本，能夠?qū)ψ冸娬镜墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。

4.3 電纜多、敷設(shè)難度大

變電站需要敷設(shè)的電纜很多且復(fù)雜，考慮到城市美觀性的要求，城市中心的變電站都采用高壓電纜，高壓電纜再加上照明、視頻監(jiān)控等電纜，導(dǎo)致變電站電纜敷設(shè)的規(guī)模非常龐大，工作起來(lái)非常的麻煩。

4.4 接口管理復(fù)雜、涉及專業(yè)領(lǐng)域廣

變電站的運(yùn)行涉及到很多方面的專業(yè)知識(shí)，需要各個(gè)專業(yè)之間進(jìn)行緊密的配合，尤其需要重視土建專業(yè)與電氣專業(yè)。土建專業(yè)在布置變電站的主梁和側(cè)梁時(shí)需要注意避開電纜空洞，電氣專業(yè)需要考慮到設(shè)備之間的安全距離，所以需要注意土建專業(yè)中的梁柱位置和梁柱的占地面積，如果專業(yè)之間的配合不到位就很容易在變電站建設(shè)過程中出現(xiàn)問題。變電站設(shè)備的質(zhì)量問題以及設(shè)備的大小都需要電氣和土建專業(yè)進(jìn)行考慮，土建專業(yè)要根據(jù)設(shè)備的大小來(lái)確定房間的大小，并根據(jù)設(shè)備的質(zhì)量考慮變電站的整體結(jié)構(gòu)。

5 三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 定制概預(yù)算軟件接口

當(dāng)前的三維設(shè)計(jì)技術(shù)和軟件相互結(jié)合的比較少，所以在使用起來(lái)設(shè)計(jì)效率不高。最好的方式是從數(shù)字化三維設(shè)計(jì)結(jié)果當(dāng)中尋找整體資料清冊(cè)和多種類的安裝工程量，然后利用計(jì)算機(jī)軟件通過設(shè)計(jì)給出工程報(bào)價(jià)，經(jīng)過這種方式能夠提高變電站工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和可行性，并通過對(duì)每種方案的對(duì)比找到最適宜的設(shè)計(jì)方案，給相關(guān)投資企業(yè)最準(zhǔn)確的參考依據(jù)，這種方式相較于傳統(tǒng)方式具有更高的設(shè)計(jì)效率和精準(zhǔn)性。[2]

5.2 定制P3 等工程軟件接口，推進(jìn)4D 模擬施工

在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)并進(jìn)行施工過程的模擬操作，能夠確認(rèn)設(shè)計(jì)方案是否合理，還能夠完成對(duì)很多工作的模擬，但能對(duì)負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算。有的工程軟件能夠進(jìn)行吊裝計(jì)算和模仿工作，但是相較于三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)說，這些軟件存在很多不足之處。在設(shè)計(jì)中構(gòu)建三維模型，并在施工過程中不斷將施工進(jìn)度導(dǎo)入，這樣能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)工作和施工進(jìn)度緊密相連，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作中存在的不合理情況。其實(shí)在工程開展之前就可以借助三維模型對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，這樣可以更好的制定常見問題的處理措施，為工程預(yù)案提供有利條件，對(duì)于工程的控制工作將會(huì)更加順利。

5.3 開展變電工程三維模擬標(biāo)準(zhǔn)化研究

通過考慮到建模的需要和變電站的實(shí)際運(yùn)行工作需求，三維設(shè)計(jì)從變電站建設(shè)運(yùn)行的種種需求出發(fā)，最終設(shè)計(jì)出合理的三維模型初始方案。為了能夠讓三維模型更加標(biāo)準(zhǔn)化，還需要考慮到當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)以及變電站的周圍環(huán)境，這樣才能夠更加科學(xué)合理的規(guī)劃三維模型。

5.4 構(gòu)建三維設(shè)計(jì)成果應(yīng)用體系

三維設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的監(jiān)管和應(yīng)用體系，才能夠讓相關(guān)部門對(duì)于電網(wǎng)的工作和應(yīng)用情況進(jìn)行更好的把控，從而將企業(yè)內(nèi)外部的有效數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行整合最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理，有效保證了數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)有助于管理效率的提升，為電力企業(yè)做出相關(guān)決定提供有效的數(shù)據(jù)支持。

5.5 研究電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)加密及標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換技術(shù)

隨著對(duì)電網(wǎng)格式和數(shù)據(jù)規(guī)范程度的深入研究，可以找到更好的數(shù)據(jù)保護(hù)加密技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全性，并通過標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠讓數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)統(tǒng)一，同時(shí)能夠找到數(shù)據(jù)的來(lái)源，從而達(dá)到工程項(xiàng)目最初數(shù)據(jù)的格式標(biāo)準(zhǔn)化。[3]

6 三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用

三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用以專家設(shè)計(jì)庫(kù)作為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)建設(shè)表轉(zhuǎn)化設(shè)備作為依托，并且結(jié)合電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際需求，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行變電站的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，最后呈現(xiàn)出直觀的三維模型，能夠滿足各種工程的成品輸出要求，同時(shí)為電網(wǎng)后續(xù)的建設(shè)以及數(shù)據(jù)傳遞工作奠定基礎(chǔ)，當(dāng)前主要在下述三個(gè)方面有所體現(xiàn)。

6.1 可以做到精細(xì)化設(shè)計(jì)

能夠更加方便的進(jìn)行三維空間的安全距離校驗(yàn)和材料統(tǒng)計(jì)，避免碰撞事故發(fā)生。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式無(wú)法對(duì)安全距離進(jìn)行檢測(cè)，由于設(shè)計(jì)人員沒有三維的概念，只能通過多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及簡(jiǎn)單的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行安全距離檢查工作，這樣導(dǎo)致安全距離數(shù)據(jù)不夠精確，不能提供最科學(xué)有效的解決方案。但是隨著三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的解決這個(gè)問題，計(jì)算機(jī)軟件程序根據(jù)固定的算法找到該電壓等級(jí)下的最短帶點(diǎn)距離，從而全面檢驗(yàn)各設(shè)備間的各項(xiàng)限定數(shù)據(jù)，從而保證整體設(shè)計(jì)工作的安全合理性，能夠提供最優(yōu)的解決方案。

在傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)中只能通過繪制多張斷面圖來(lái)完成整體的設(shè)計(jì)，而三維設(shè)計(jì)技術(shù)只需要設(shè)計(jì)人員借助工作平臺(tái)繪制一張圖即可，大大提升了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性。設(shè)計(jì)人員通過在這張平面圖上的剖切，能夠自動(dòng)生成多張細(xì)節(jié)圖，確保平面圖和斷面圖的一致性，且設(shè)計(jì)人員在總體設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)注好相應(yīng)的設(shè)備和材料型號(hào)后也會(huì)在斷面圖中體現(xiàn)，節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的標(biāo)注時(shí)間，還能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6.2 可適應(yīng)專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)

變電站的設(shè)計(jì)工作涉及到多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，各專業(yè)將通過一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠提高各專業(yè)之間的配合性，大大提高設(shè)計(jì)工作的效率，且能夠有效避免接口過程帶來(lái)的錯(cuò)誤。比如說在設(shè)計(jì)過程中土建專業(yè)根據(jù)電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)再進(jìn)行配套設(shè)計(jì)，完成架構(gòu)計(jì)算、力學(xué)分析等工作之后最終生成架構(gòu)透視圖，然后返還給電氣專業(yè)，這就實(shí)現(xiàn)了各個(gè)專業(yè)之間的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

6.3 集數(shù)字化移交、方案、數(shù)據(jù)于一體的三維變電站模型可達(dá)到完全可視化效果

通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?yàn)槭┕と藛T展現(xiàn)出更加真實(shí)、直觀的設(shè)計(jì)效果，并且能夠形成完整的變電站數(shù)字化平臺(tái)，方便對(duì)變電站進(jìn)行統(tǒng)一管理，也為后期的維護(hù)和改造工作提供更多的便利。相較于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)來(lái)說三維設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，利用軟件提供的識(shí)別參數(shù)化功能，從電氣設(shè)備到土建結(jié)構(gòu)，完全實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建設(shè)，設(shè)計(jì)人員只需要輸入相關(guān)參數(shù)就能完成模型圖的制作，同時(shí)還可以快速的更改各類參數(shù)以及設(shè)計(jì)尺寸，讓設(shè)計(jì)模型與實(shí)際建成成果基本無(wú)差別。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著電力行業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，對(duì)變電站的設(shè)計(jì)工作也提出了更高的要求，很多專業(yè)人士通過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)將三維設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到變電站建設(shè)當(dāng)中能夠提高設(shè)計(jì)人員的工作效率和工作水平，同時(shí)讓設(shè)計(jì)工作變得更加智能化和數(shù)字化，有效減少設(shè)計(jì)成品中存在的問題。通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，將能夠更好的提高我國(guó)電網(wǎng)工程的建設(shè)質(zhì)量，讓電網(wǎng)工程向著更加智能化的方向發(fā)展。