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

摘要：將數(shù)字技術(shù)合理應(yīng)用于電力工程設(shè)計中，可促進(jìn)電力工程完成智能化轉(zhuǎn)型，維持日常輸送電秩序，維護(hù)電力公司聲譽(yù)，確保經(jīng)營效益。本文以電力工程設(shè)計為研究對象，梳理電力工程設(shè)計要求，闡明應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的必要性，總結(jié)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，從構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)新軟硬碰撞檢測、建立平剖圖、工程精細(xì)設(shè)計、軟件平臺整合等方面探究數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用途徑，提出日后數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用建議，旨在推動電力領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；電力工程；設(shè)計與應(yīng)用

DOI：10.12433/zgkjtz.20232506

新時代，不論是大眾生活、學(xué)習(xí)，還是生產(chǎn)勞動、技術(shù)研發(fā)，均需穩(wěn)定的電力供應(yīng)，電力資源的重要性日漸突出。同時，我國工業(yè)信息化總體進(jìn)程不斷加快，推動各類數(shù)字技術(shù)愈加完善，成為各領(lǐng)域長遠(yuǎn)發(fā)展的可靠助手。對此，電力公司設(shè)計人員應(yīng)與時俱進(jìn)，突破以往行業(yè)運(yùn)作機(jī)制的制約，主動改變自身電力工程設(shè)計新理念。將新一代數(shù)字化技術(shù)科學(xué)引入電力工程設(shè)計中，在強(qiáng)化工程整體設(shè)計效率的前提下，全面優(yōu)化工程設(shè)計的重點細(xì)節(jié)，助力電力領(lǐng)域發(fā)展。

一、電力工程的設(shè)計要求

新時期下，電力工程運(yùn)轉(zhuǎn)效果得到了各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。為契合科學(xué)發(fā)展觀、維護(hù)電力公司經(jīng)營效益、滿足大眾用電需求，設(shè)計人員應(yīng)明確電力工程設(shè)計總要求，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、強(qiáng)調(diào)日常供電可靠。電力系統(tǒng)作為維持城市運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)支撐，是大眾用電的先決條件，更是助推城市蓬勃發(fā)展的核心力量。因此，電力工程的設(shè)計方案應(yīng)以電力系統(tǒng)有效運(yùn)作、電力資源平穩(wěn)供給為主?；诖耍谠O(shè)計電力工程時，應(yīng)以大眾用電需要為導(dǎo)向，并以調(diào)查城市電網(wǎng)總體布局為首要任務(wù)，考慮當(dāng)?shù)仉娏υO(shè)施的分布情況，例如，地下電力光纜等，防止設(shè)計方案與現(xiàn)有輸電線路出現(xiàn)交叉重疊等現(xiàn)象，降低施工作業(yè)難度，規(guī)避新、舊電路二者發(fā)生輸電擁堵以及頻繁短路、停電等問題。

二、數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用必要性

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我國進(jìn)入數(shù)字化時代。計算機(jī)、移動通訊等先進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大眾日常生活中，不僅改變了學(xué)習(xí)、社交、支付方式，也重塑了意識。在此背景下，電力工程設(shè)計人員需摒棄傳統(tǒng)作業(yè)思想，迎合新時代發(fā)展趨勢，轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，創(chuàng)新構(gòu)建工作新思維，將數(shù)字技術(shù)結(jié)合工程設(shè)計，解決設(shè)計問題，加強(qiáng)設(shè)計質(zhì)量，以此為電力公司注入發(fā)展新活力，推動我國電力領(lǐng)域發(fā)展至新臺階。

三、數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

電力工程的穩(wěn)定運(yùn)行可以確保大眾日常用電，維持社會的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。常規(guī)情況下，電力工程設(shè)計需謹(jǐn)慎考量電力生產(chǎn)、電力供給等要素，以團(tuán)隊的形式完成設(shè)計任務(wù)。此外，在覆蓋市區(qū)的基礎(chǔ)上，向偏遠(yuǎn)地區(qū)延伸，而部分外界自然環(huán)境復(fù)雜等特殊區(qū)域僅依靠人力難以完成實地考察。

電力工程是我國重要的民生保障工程之一，具有較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在工程設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)著重展現(xiàn)職業(yè)專業(yè)性，將數(shù)字化技術(shù)有效應(yīng)用于設(shè)計工作中，突出技術(shù)優(yōu)勢。

第一，提高設(shè)計團(tuán)隊溝通效率。對于傳統(tǒng)的工程設(shè)計而言，設(shè)計人員通常圍繞紙質(zhì)設(shè)計圖推進(jìn)日常工作。但因工程設(shè)計廣泛，包括土建、線路等諸多領(lǐng)域，所以設(shè)計人員需出具大量設(shè)計圖，開展多方參與的設(shè)計交流會，進(jìn)行長時間的方案磨合、磋商，確定最終設(shè)計計劃。歸根結(jié)底，傳統(tǒng)紙質(zhì)設(shè)計圖不利于設(shè)計交流，也不易更改。新時代，可應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)完成電子版的設(shè)計圖繪制，也可以運(yùn)用即時通訊軟件，實時共享結(jié)果，及時化解矛盾，強(qiáng)化溝通有效性，加快工程步伐。

第二，加強(qiáng)電力工程設(shè)計精確性。傳統(tǒng)紙質(zhì)設(shè)計圖的制作需人工測量、繪制，難免出現(xiàn)部分誤差，埋下了施工隱患，危害較大。對此，設(shè)計人員可利用數(shù)字化技術(shù)，如BIM軟件，搭建工程設(shè)計模型，提示設(shè)計缺陷，自動修正誤差。同時，搭載無人機(jī)技術(shù)，遠(yuǎn)程調(diào)研施工區(qū)域情況，在減少人工作業(yè)量、規(guī)避人為誤差的同時，提升項目評估等級，確保設(shè)計精度達(dá)標(biāo)。

第三，完整、長期地保存電力工程設(shè)計數(shù)據(jù)。在以往工程設(shè)計結(jié)束后，設(shè)計人員要自行整理設(shè)計工作開展以來的所有數(shù)據(jù)資源，避免出現(xiàn)遺漏，導(dǎo)致后期施工建設(shè)或問責(zé)追責(zé)缺少原始依據(jù)。同時，還可操作計算機(jī)，搭配數(shù)字技術(shù)，打造工程設(shè)計專屬數(shù)據(jù)庫，將關(guān)鍵信息簡單錄入數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的實時查詢、長久留存。

四、數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用途徑

在電力工程設(shè)計中運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計人員要站在現(xiàn)實角度，深入研究當(dāng)?shù)仉娏こ踢\(yùn)行實況，全面考慮工程運(yùn)行帶來的社會效益及經(jīng)濟(jì)利益，著重利用數(shù)字手段，促進(jìn)電力工程智能化升級轉(zhuǎn)型。

（一）構(gòu)建電力工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫

目前，我國數(shù)字技術(shù)的健康發(fā)展帶動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟。對此，設(shè)計人員可借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺，實現(xiàn)電力工程設(shè)計數(shù)據(jù)資源的有效整合，將數(shù)據(jù)資源的搜集、整理、分類和儲存等統(tǒng)計工作高質(zhì)落地，并健全搭建運(yùn)行穩(wěn)定、儲存容量大、使用便捷的工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫，便于查找目標(biāo)信息，提高工程設(shè)計效率。

首先，探明工程設(shè)計對數(shù)據(jù)儲存的具體要求，打造一套類目完整、操作方便的大型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，助力快速完成設(shè)計前期必需的數(shù)據(jù)資源篩查工作。在此期間，強(qiáng)調(diào)自身創(chuàng)新性、靈活性。依照設(shè)計現(xiàn)況，隨時改進(jìn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，例如，調(diào)整數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格、格式等，注重數(shù)據(jù)庫的實用性。

其次，在全面采集工程設(shè)計所需數(shù)據(jù)資源后，運(yùn)用該系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)初篩，篩選異常數(shù)據(jù)、清除不真實數(shù)據(jù)等，確?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)資源的精準(zhǔn)性、真實性，避免人為誤差對工程設(shè)計造成不良影響。

再次，展開深層次的數(shù)據(jù)資源分析工作，確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)的全部信息數(shù)據(jù)滿足應(yīng)用需求，同時，壓縮數(shù)據(jù)誤差，保障工程設(shè)計質(zhì)量。

最后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行實況，定期維護(hù)，檢查漏洞，制作補(bǔ)丁，防止攻擊數(shù)據(jù)庫，篡改、刪除工程設(shè)計核心數(shù)據(jù)，阻礙工程設(shè)計任務(wù)順利推進(jìn)，以此全方位保護(hù)數(shù)據(jù)資源安全，維持?jǐn)?shù)據(jù)庫平穩(wěn)運(yùn)行。

（二）創(chuàng)新電力工程的軟硬碰撞檢測

由于直流換電站、電塔、變電站等設(shè)施是電力工程的重要組成部分，在電力工程設(shè)計中，應(yīng)重點強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計的正當(dāng)性，需要設(shè)計人員開展軟、硬碰撞檢測工作，即“空間檢測”，確保工程設(shè)計方案現(xiàn)實可操作，為后期工程施工建設(shè)創(chuàng)造便利條件?！坝才鲎病笔菣z驗電力工程各個實體模型運(yùn)行情況，例如，變電站等電力設(shè)施；而“軟碰撞”是指檢測不同模型在作業(yè)期間存在的差異，確保距離設(shè)計合理。因軟、硬碰撞檢測方法存在一定專業(yè)性，所以檢測結(jié)果較可靠，成為工程設(shè)計的參考對象。對此，設(shè)計人員可針對該檢測方法，選擇Bentley技術(shù)，推進(jìn)“交叉跨越”這項復(fù)雜性較高的檢測工作，提高檢測結(jié)果的精準(zhǔn)程度。

以配電工程設(shè)計為例，設(shè)計人員可使用Bentley數(shù)字化軟件完成檢測任務(wù)。操作要點有：第一，根據(jù)工程區(qū)域內(nèi)的建筑及電力設(shè)施分布情況，自動串聯(lián)所覆蓋的電力線路，并逐一標(biāo)注設(shè)施、線路的銜接點，生成唯一的代碼編號。第二，根據(jù)電力設(shè)施及線路的類型差異，將導(dǎo)線引入不同的設(shè)計圖層，便于動態(tài)編輯。第三，完成符號放置工作后，及時關(guān)聯(lián)編號與其對應(yīng)代碼。為降低人為誤差，確保線路規(guī)劃精準(zhǔn)性，應(yīng)迅速編輯電路圖，隨即生成數(shù)字化電力工程線路原理圖。第四，關(guān)聯(lián)全部設(shè)計圖表，強(qiáng)調(diào)交叉引用流暢性，隨時觀察糾錯，編制統(tǒng)計列表。在設(shè)計人員修改工程設(shè)計方案后，得到與之相對的自動關(guān)聯(lián)顯示，無需人力手動更改，提高設(shè)計效率。第五，關(guān)注線路鋪設(shè)、防爆等項目設(shè)計，確保默認(rèn)級別符合國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

（三）建立電力工程設(shè)計二維平剖圖

為提高電力工程設(shè)計人員的作業(yè)便利性，可打造工程平剖圖，輔助設(shè)計人員清晰了解設(shè)計實況，進(jìn)行精度調(diào)整。操作流程為：設(shè)計人員運(yùn)用Auto Plant Equipment數(shù)字技術(shù)工具，注釋現(xiàn)有的設(shè)計數(shù)據(jù)，如工程覆蓋區(qū)域等關(guān)鍵參數(shù)；利用該技術(shù)內(nèi)置的公文包模式，對工程項目模型加以模塊化分割，促使設(shè)計人員獨(dú)立完成不同區(qū)域的模型設(shè)計，強(qiáng)化工程設(shè)計靈活性；依托AutoCAD軟件，實現(xiàn)Bentley Auto Plant Equipment的流暢運(yùn)行；修改工程模型菜單，增強(qiáng)設(shè)計便捷性；維護(hù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，編輯模塊維度，調(diào)整位置參數(shù)，自動創(chuàng)建工程平剖圖。

（四）精細(xì)化完成電力工程智能設(shè)計

安全距離是區(qū)域電力設(shè)施聯(lián)通運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素，需設(shè)計人員精準(zhǔn)把控。在傳統(tǒng)工程設(shè)計中，設(shè)計人員往往采取人工測量，不僅無法確保安全距離測量精度，還會影響測量效率，直接制約了工程設(shè)計進(jìn)程。而現(xiàn)階段，設(shè)計人員可操作數(shù)字技術(shù)，確定電力桿塔等設(shè)施的設(shè)計位置及分布間隔距離，將安全距離控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，實現(xiàn)電力設(shè)施、電力線路的科學(xué)設(shè)計規(guī)劃，細(xì)化工程設(shè)計圖紙。

設(shè)計人員可通過三維技術(shù)的規(guī)范操作，真實呈現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)作情況，檢驗各電力設(shè)施目前設(shè)計的安全距離是否合理，查看電力線路串聯(lián)的通暢性，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計漏洞，隨之變更設(shè)計方案。同時，利用三維成像具有如下作用：第一，直觀比較真實施工場景與工程設(shè)計方案的契合性，更改不恰當(dāng)?shù)碾娏υO(shè)施類型；第二，開展安全距離校驗工作，將設(shè)計距離錄入計算機(jī)三維成像系統(tǒng)中，測驗設(shè)計值。當(dāng)設(shè)計值不符合安全距離標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行智能誤差調(diào)整，滿足設(shè)計需求。

（五）實現(xiàn)工程設(shè)計軟件平臺的整合

設(shè)計人員在開展日常電力工程設(shè)計工作中，需使用測繪軟件平臺，測繪內(nèi)容包括建筑物、構(gòu)筑物、土方等，模塊較為分散。為降低軟件平臺操作難度，提高設(shè)計人員作業(yè)便捷性，可利用三維技術(shù)平臺，全面整合現(xiàn)有測繪軟件，融合各項信息數(shù)據(jù)，例如，電流量計算、導(dǎo)體選擇、設(shè)備使用、工程力學(xué)等，避免發(fā)生數(shù)據(jù)資源丟失等現(xiàn)象，發(fā)揮軟件實際效用。

（六）科學(xué)完成工程的選線選址工作

數(shù)字化技術(shù)種類多樣，設(shè)計人員在推進(jìn)電力工程設(shè)計中，需按照設(shè)計要求，選用適宜的數(shù)字化技術(shù)，確保設(shè)計方案動工建設(shè)。選線選址作為工程設(shè)計重點，是確保工程順利竣工、有序運(yùn)作的基礎(chǔ)，設(shè)計人員需要引起高度重視。對此，可將激光點云技術(shù)、海拉瓦技術(shù)運(yùn)用于工程選址工作，實現(xiàn)電力工程所在區(qū)域的三維場景圖繪制，即操作技術(shù)，統(tǒng)計設(shè)計方案中電力線路信息，并依據(jù)數(shù)據(jù)資源，查看電力線路沿途中的建筑、自然保護(hù)區(qū)、居民區(qū)、工業(yè)區(qū)等敏感區(qū)域。排除毀壞歷史遺跡、破壞自然保護(hù)區(qū)的設(shè)計方案后，深入研究樹木砍伐、易地搬遷等設(shè)計方案的可行性，強(qiáng)調(diào)電力工程的選線合理、選址恰當(dāng)，為后期工程修建提供有利條件。

五、數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用建議

（一）加大三維技術(shù)使用占比

我國不同地區(qū)的技術(shù)發(fā)展能力存在客觀差異，導(dǎo)致部分地區(qū)的電力工程設(shè)計仍以二維技術(shù)為主，三維模型技術(shù)尚未得到廣泛推廣。由于城鎮(zhèn)一體化的推進(jìn)，電力工程設(shè)計的復(fù)雜程度日益加深，造成工程設(shè)計所需的計算總量居高不下。如果設(shè)計人員單純依靠二維技術(shù)，難以確保電力工程設(shè)計的準(zhǔn)確性。因此，在日后電力工程設(shè)計中，設(shè)計人員要優(yōu)先使用先進(jìn)技術(shù)，在電力領(lǐng)域逐步普及三維技術(shù)，加強(qiáng)工程設(shè)計質(zhì)量。同時，突出三維模型建立的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理，充分發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的作用。

除此之外，設(shè)計人員通常依托各類軟件平臺操作數(shù)字化技術(shù)，而這些軟件平臺的使用功能較多元化，涉及的專業(yè)技術(shù)較廣泛，導(dǎo)致缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對此，設(shè)計人員應(yīng)緊跟數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢，預(yù)測技術(shù)優(yōu)化方向，完整、系統(tǒng)地搭建起三維技術(shù)體系，探尋各數(shù)字化技術(shù)融合方法，實現(xiàn)工程設(shè)計數(shù)據(jù)資源的實時互通、共享。

（二）強(qiáng)調(diào)編碼移交標(biāo)準(zhǔn)

只有設(shè)計人員嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范，科學(xué)操作數(shù)字技術(shù)，才可展示技術(shù)應(yīng)用效果，將電力工程設(shè)計任務(wù)落到實處。對此，設(shè)計人員在日常工作中，應(yīng)重視編碼系統(tǒng)的數(shù)字化搭建，全面管控現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源。在此前提下，將三維技術(shù)引入編碼系統(tǒng)中，及時彌補(bǔ)系統(tǒng)缺陷，提高該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保障各項數(shù)據(jù)資源使用效率。

六、結(jié)語

綜上所述，為滿足大眾對電力資源日益增長的現(xiàn)實需求，電力公司工程設(shè)計人員應(yīng)積極革新整體設(shè)計思想，順應(yīng)我國工業(yè)信息化發(fā)展浪潮，探究數(shù)字技術(shù)特有的優(yōu)勢效應(yīng)，有機(jī)整合現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)與電力工程設(shè)計，多角度創(chuàng)新電力工程頂層設(shè)計，降低電力公司經(jīng)營成本，確保設(shè)計方案切實可行，增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的有序性和穩(wěn)定性，以此為各領(lǐng)域輸送電力資源，為我國長足進(jìn)步創(chuàng)造理想的電力供應(yīng)環(huán)境。

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