乾乾科技三維數(shù)字化設計在變電站建設中的應用

張鐵馬/天津乾乾科技有限公司

乾乾科技三維數(shù)字化設計在變電站建設中的應用

張鐵馬/天津乾乾科技有限公司

傳統(tǒng)的二維設計各個專業(yè)、各個設計人員溝通和協(xié)同工作的效率不高。三維是建立在平面和二維設計的基礎上，讓設計目標更立體化、更形象化的一種新興設計方法。三維設計中，各個專業(yè)設計人員在一個協(xié)同的環(huán)境下建立一個三維模型，而這個模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設計人員就容易發(fā)現(xiàn)問題，再通過碰撞檢查，可以檢查出專業(yè)之間的碰撞，將設計中差、錯和碰等問題降至最低，大大提高設計質量。

乾乾科技；變電站工程；三維數(shù)字化設計

本文以乾乾科技三維數(shù)字化設計在變電站建設工程中的應用為研究對象，在比較了三維設計和二維設計的基礎上，詳細介紹了采用三維數(shù)字化設計技術的應用情況，尤其是在設計方案優(yōu)化、專業(yè)資料共享、軟硬碰撞檢查和抽取平斷面圖等方面的應用上進行了闡述。

前 言：目前變電工程的設計普遍采用的是二維設計手段，是依賴設計者的空間想象力和制圖技能完成空間設計的，對工程總體空間布置的經(jīng)濟技術比較和優(yōu)化缺乏控制，這種設計方法對設計質量缺乏高效的控制，工作效率較低，難以適應精細化和信息化的需求。

采用三維設計后，由于設計更加精細化，產(chǎn)品質量大大提高，校核后需要修改的內(nèi)容大大減少，整個設計產(chǎn)品的生產(chǎn)周期大大縮短，大大提高了設計效率。

一、三維數(shù)字化設計

（一）三維數(shù)字化設計的內(nèi)容

三維數(shù)字化設計是針對二維設計而言的，在三維設計中，所有變電站中的設備都是通過三維模型展現(xiàn)的，可以更直觀、精準地描述各類設備的空間關系。數(shù)字化設計要形成以數(shù)據(jù)庫為核心的設計成品的數(shù)字化體系，實現(xiàn)與設計評審、設備采購、工程建設招投標、現(xiàn)場施工管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)管理等各個階段的高質量數(shù)字化連接，并最終形成一個終生存儲工程信息的管理平臺，實現(xiàn)變電工程全壽命周期的數(shù)字化管理。

三維數(shù)字化設計首先必須針對變電設計項目整體，涵蓋變電工程設計工作的全部專業(yè)內(nèi)容，對應于電氣、土建、結構、水暖、場地等專業(yè)。基于強大的數(shù)據(jù)庫后臺，實現(xiàn)所有結構化和非結構化設計數(shù)據(jù)的綜合管理。通過設計工具分別進行二維原理圖、三維設備布置、場地、建筑等的設計，完成電氣、土建等相關計算校驗和材料統(tǒng)計，出具施工圖紙。

（二）乾乾科技三維數(shù)字化設計

乾乾科技三維數(shù)字化設計系統(tǒng)以大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫為支撐，以三維為手段，將變電設計當中涉及到的電氣、結構、建筑、水工、暖通、總圖等專業(yè)的設計工作集成到統(tǒng)一的系統(tǒng)上。實現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同設計，避免由于傳統(tǒng)互提文件資料方式帶來的信息不一致的問題；提高設計精細化水平，在三維下進行準確的安全靜距校核與材料統(tǒng)計；并應滿足數(shù)字化移交的要求。

變電三維數(shù)字化設計系統(tǒng)由協(xié)同設計子系統(tǒng)，專業(yè)設計子系統(tǒng)，數(shù)字化移交接口子系統(tǒng)構成。其中專業(yè)設計子系統(tǒng)涵蓋了電氣一次設計，電氣二次設計，結構設計，總圖設計，建筑設計，水工設計，暖通設計等專業(yè)設計軟件。

乾乾科技變電站三維數(shù)字化設計解決方案是以數(shù)據(jù)庫為核心驅動的軟件系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上可以方便的實現(xiàn)典型設計模式，基于典型項目庫中的初設（施工圖）深度的標準方案，在簡捷的操作界面上快速完成設備參數(shù)及接線的修改，執(zhí)行“刷新”操作后就可以實現(xiàn)所有關聯(lián)圖紙的自動刷新，包括三維布置圖、間隔斷面圖、設備安裝圖、材料表等，進而完成新項目的合計。

二、三維數(shù)字化設計技術的應用

（一）三維數(shù)字化設計的特點

三維設計中，各個專業(yè)設計人員在一個協(xié)同的環(huán)境下建立一個三維模型，而這個模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設計人員就容易發(fā)現(xiàn)問題，再通過碰撞檢查，可以檢查出專業(yè)之間的碰撞，將設計中差、錯和碰等問題降至最低，大大提高設計質量。

（二）乾乾科技三維數(shù)字化設計系統(tǒng)應用

1.圖形操作功能。三維顯示地物，如輸電線路走向、弧垂和鐵塔高度、位置等。圖形以三維實景方式實現(xiàn)平滑放大、縮小、旋轉、沿預定線路漫游、繞固定點飛行等圖形觀察功能。另外，為了展現(xiàn)在用戶面前時不管是局部還是全景，都會顯得清晰而不雜亂，還可以根據(jù)需要設置縮放倍數(shù)和地物顯示的縮放級別。

2.地物屬性查詢和統(tǒng)計功能。根據(jù)用戶習慣設置多種不同的搜索方式，利用模糊查詢和精確查詢相結合，任意查詢統(tǒng)計線路及設備臺賬。

3.空間數(shù)據(jù)挖掘功能。根據(jù)大量的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，建立空間數(shù)據(jù)倉庫，采用聚類、分類及空間關聯(lián)算法，在一定程度上完成對運行模式的提取和空間分析，給運行人員提供輔助決策。

4.空間查找和定位功能。根據(jù)用戶輸入的信息，采用空間索引技術，迅速查找到空間地物并做出標注，且將查找到的地物置中。如果沒有查找到，則給出提示對話框。

5.主接線圖管理功能。三維圖形和二維主接線圖可以相互對應，并且將實時采集的信息量作為多個字段寫入數(shù)據(jù)庫中，如果希望在主接線圖或GIS圖上顯示這些量，可以通過程序將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中讀出并反映到界面上。

6.圖形輸出打印功能。可以打印三維全景圖和二維主接線圖。

三、三維設計存在的問題

三維設計可以提高效率，但與二維設計相比，也有不足的方面。

1.建模比較簡單，但不易修改。設計往往修改頻繁，尤其是核電工程，修改工作占有相當大的比例，從出圖的速度來講，三維設計方法不占優(yōu)勢。

2.穩(wěn)定性有待提高。越是復雜的東西便越難維護，三維軟件亦是如此，其往往由多個專業(yè)軟件組成，結構復雜，在運行過程中占用的內(nèi)存大。一旦出現(xiàn)問題，大部分很難找到原因，非專業(yè)人士解決起來較為困難，影響使用者的積極性。

3.數(shù)據(jù)維護成本高。三維設計中產(chǎn)生的問題大部分由數(shù)據(jù)庫引起，為了減少問題的發(fā)生，必須投入人力認真維護好數(shù)據(jù)庫。三維軟件設計復雜，使數(shù)據(jù)維護成為一個既需要一定的專業(yè)知識作為指導，又很繁瑣、易錯的工作，這加大了數(shù)據(jù)維護的成本。

三、結論

三維數(shù)字化設計具備高效、直觀、智能的特點，在適應變電工程日益復雜、設計周期短暫以及數(shù)字化移交等要求的同時，完善了設計師充分表達設計思想的手段，是促進項目更高質量、更快速度完成的助推器，也是實現(xiàn)變電工程全壽命周期管理的有效工具。在變電設計數(shù)字化中，設計師的水平與乾乾科技三維數(shù)字化設計軟件本身都需要不斷的發(fā)展與提高，共同推動變電設計行業(yè)的技術進步。

[1]羅伯特s.平狄克，計量經(jīng)濟模型與經(jīng)濟預測（錢小軍），機械工業(yè)出版社，1999，3～9

[2]張俊杰，現(xiàn)代企業(yè)設備管理講座，清華大學，2008，5～16.

[3]羅斯·肯尼迪，可靠性維修RCM和全員設備維修TPM，澳大利亞TPM中心，2007，23～47.