Electrical Designer：智能化設計 數據化交付

文｜胡婷 鄧新星

進入21世紀后不斷發展的計算機硬件和軟件為設計行業帶來全新的變革，設計手段和設計理念發生全新轉變。就其起源及特點，90年代時期設計軟件主要以圖形為導向解決專業模塊問題，而當今軟件則著眼于設計過程信息的全面流通及管理，實現多專業協同設計。中國電建華東勘測設計研究院（以下簡稱“華東院”）在水電行業順應并引領了發展的潮流，在2004年全方位引進了Bentley Micro Station平臺，并對各專業軟件進行了大量定制及二次開發，目前已在地質、土建等領域占據了行業領頭羊位置。電氣設計軟件由于諸多歷史原因，未能在上一階段得到全面發展，但時至今日，Electrical Designer平臺已初步具備全面實現水電站電氣設計解決方案的能力。

圖1 Electrical Designer軟件體系架構

圖2 Electrical Designer系統平臺方案

建立標準 無縫對接

Bentley平臺電氣三維設計軟件由變電電氣設計軟件Substation、橋架設計及電纜敷設軟件BRCM組成。華東院在現有平臺基礎上，進行了大量二次開發，以解決各類問題，形成一個完整的貫穿于電氣設計生產流程的原理接線、設備布置及電纜敷設的一體化平臺Electrical Designer軟件。以簡化設計生產流程，建立電氣三維數字化設計標準體系，并實現與其他專業數據無縫對接。軟件整體體系架構如圖1所示。

Electrical Designer電氣三維設計系統是基于Bentley電氣設計軟件Substation與BRCM和協同工作平臺ProjectWise研發的綜合業務系統，軟件以工程數據庫為中心，模型為驅動，實現全過程數據的有序流動，如圖2所示。另外，軟件改變了傳統以圖形為導向的設計方式，呈現全新模式，即以數據庫為核心，將整個電氣系統設備分層存儲于中央數據庫，基于設計標準進行設備統一分類和編碼，并方便設計人員從各個環節入手設計。工程數據中心建立結構化和非結構化工程數據管理機制，基于公共服務框架為設計、施工、運維一體化平臺服務，為實現工程全生命周期全過程奠定基礎。

專注設計 一舉多得

Electrical Designer軟件針對上述需求，做了大量定制工作，包括基于規程規范且完備的元件庫包括設計生產全過程需要的各類設備，包括變壓器、斷路器、接觸器、繼電器、熔斷器、電流互感器、電壓互感器、隔離開關、接地開關、GIS設備、絕緣子串、盤柜、照明、火警以及工業電視等。元件庫與參數庫的有效管理和推送保障工程設計標準化，并基于三維設計標準及經驗最終實現項目模板化。其中，燈具模型如圖3所示。

建立主接線和廠用電設計中常用典型回路庫。針對廠用電模塊，創建廠用電回路選型表，以利用Bentley開發的廠用電模塊讀取負荷提資表，自動生成廠用電原理圖，最終生成的廠用電原理圖如圖4所示?；芈愤x型依據統一標準保證工程數據的準確性和一致性。設計信息保存在數據庫中，方便查詢修改，并以數據驅動圖形，原理圖基于層級關系自動更新。

定制橋架庫以及電纜型號庫。BRCM軟件原生橋架庫種類繁多且規格不齊全，不利于設計人員選型?；诠こ绦枰Ａ籼砑訃鴥葟S商提供的橋架尺寸規格，建立統一的建模環境和標準；同時，根據廠家樣本添加電纜型號及相關信息至BRCM數據庫中，為電纜敷設提供數據支撐。

華東院在Substation平臺下開發了照明、火警、埋管以及端子設計模塊，軟件貫穿于設計始終，提高了設計人員的工作質量和效率。

Substation軟件無照明設計功能，無法實現模型分類及管理。工廠設計中，照明模型多樣化批量布置方式更有利于提高設計效率。二次開發的照明模塊提供了智能化工具以方便設計人員布置三維模型，繪制三維導線以分配電能，回路定義時軟件提供壓降校驗工具以計算電纜截面并自動獲取穿管?；谌S設計成果軟件自動生成二維布置圖及配電箱接線圖，并且具有標注及統計材料清單功能。

通訊專業設計火災報警系統時，大部分時間用于探測器布置；人工計算結構專業繪制的板梁高度差，劃分探測區域。工廠需要布置探測器數量眾多，花費時間于簡單重復勞動上將造成人力資源極大浪費。二次開發火災報警模塊提供了探測器全自動化布置工具，考慮梁對探測器探測范圍影響，自動讀取并計算板梁高度差值等級，依據標準規范計算探測器數量及位置，從而可實現整個廠房探測器的一鍵布置，大大提高了設計效率，設計人員從而可將精力著眼于優化設計上。

圖3 燈具模型展示

圖4 廠用電原理圖

水電站廠房中預埋大量電氣埋管，傳統二維設計只是在用電設備和控制設備間繪制示意性虛線，至于管徑是否與其他孔道、專業埋管有碰撞不得而知，無法保證設計合理性及準確性。二次開發埋管模塊可高效完成三維埋管參數化布置，綜合考慮了工程師后續材料統計和出圖符號化問題，可謂一舉多得，對電氣專業設計效率和質量提升效果明顯。

圖5 照明設計效果圖

圖6 火警設計效果圖

圖7 埋管設計效果圖

圖8 端子設計效果圖

設計院電氣二次專業設計監控保護回路時，往往基于設備廠商提供的圖紙人工對線，建立設備間端子連線。傳統方式以圖形為驅動，設計人員忙碌于無數張原理圖紙間，頻繁查找和修改工作難以保證設計的準確性和一致性。二次開發的端子模塊以數據為驅動，存入設備廠商提供的端子信息至數據庫，端子接線基于數據庫信息有序設計，軟件自動更新圖紙插入的回路端子號。這種模式完全實現了專業內部的協同，后期將在工程模板化方面做進一步研究。

工廠設計涉及多個專業，專業之間存在實時交互與實時協作?，F有的設計軟件大都是相互獨立，針對某一專業或某一方面應用的CAD工具，它們在開發平臺、體系結構和模型的數據結構等方面存在著較大的差異，無法形成完善的協作體系，從而使專業間不能良好溝通。i-model是對基礎設施信息進行開放式交換的文件格式，幾乎所有Bentley軟件之間的數據信息傳遞都可通過i-model來實現。華東院利用i-model機制針對電氣專業不同需求分別開發了多個模塊以讀取其他專業利用Bentley軟件設計的成果。

例如模型發布模塊發布ABD軟件建模信息，基于標準規范定制的schema。發布的信息包括板梁尺寸和位置信息以i-model為載體供電氣軟件使用。電氣軟件讀取發布的板梁信息劃分探測區域，從而自動布置探測器。

編碼讀取模塊讀取Bentley平臺下包括ABD軟件在內的模型KKS編碼和分類碼信息。編碼貫穿于模型整個生命周期，保證編碼信息有序流動意義重大。電氣專業利用BRCM軟件敷設電纜時，需要讀取水機暖通等專業模型信息。利用編碼讀取模塊可有效讀取其他專業在ABD及PlantSpace等軟件下設計的模型編碼信息，實現專業間數據交互。

協同共享 有序調用

從軟件的專業模塊應用上說，水電站電氣設計從專業上劃分，可以分為電氣一次、電氣二次及通訊三個子專業。電氣一次專業主要負責強電方面設計工作；電氣二次專業主要負責監控、保護方面設計工作；通訊專業主要負責通訊、火災報警、工業電視、站內廣播設計工作。雖然各子專業涉及的設計內容不同，但整體設計思路協調一致，即要解決電氣原理、電氣接線（端子圖）、電氣設備布置、電纜通道布置和電纜敷設等四方面工作。

目前Electrical Designer平臺下的電氣三維設計系統已具備實現上述設計內容的專業模塊，包括一次主接線、廠用電接線、二次控制原理圖等設計通過Substation軟件實現；電氣連線中的各系統間端子圖設計通過二次開發模塊實現；電氣主設備布置設計通過Substation軟件實現，照明、火災報警、工業電視、站內廣播等設備布置通過二次開發模塊實現；電纜通道布置和電纜敷設設計通過BRCM軟件實現。

Electrical Designer電氣三維設計系統目前已在華東院各類項目中投入應用，包括洪屏、仙游、績溪、成都地鐵等等，通過三維設計系統共輸出圖紙達80%以上，與其他專業的協同及碰撞檢查有效地減少了工廠系統布置設計的變更。

從電氣專業內部設計信息數據流的管理和應用上說，水電站電氣設計指工程師根據實現工程需要在現有設備和產品庫中選型，并按國家規范的規程進行核驗，選定合適產品后通過文本與圖紙的形式表達出來。筆者認為對計算機而言即為被選定信息數據從各個產品數據庫流向工程數據庫的過程，完成工程設計后即控制各設計信息數據流得到一個全新的工程數據庫。

圖9 主接線設計

圖10 橋架和電纜溝設計

Electrical Designer電氣三維設計軟件基于此邏輯管理設計信息數據流。以設計數據中電纜信息流的管理和應用為例，利用Substation軟件進行一次主接線、廠用電接線、二次控制原理圖設計后，所有設計信息包括各電纜信息存入工程數據庫；在Substation軟件完成電氣連線中的端子圖設計，所有設計信息包括各電纜信息存入工程數據庫；在Substation軟件完成電氣主設備布置設計，所有設計信息包括各設備位置和編碼信息存入工程數據庫。在BRCM軟件中完成電纜通道設計，所有設計信息包括各全廠電纜通道信息存入工程數據庫；最終在BRCM軟件中進行電纜敷設，利用上述已獲得電纜信息、設備位置信息、通道截面和位置信息進行電纜敷設。敷設完成后所有電纜的路徑信息將完善到原有工程數據庫。

上述電纜信息在各子軟件設計過程為先通過載流量、截面、芯數等信息從數據庫中選型，再按各自要完成的功能和要求校驗，最后存入工程數據庫；存入工程數據庫后，電纜信息可以不斷被其他子軟件調用，并且可以由其他子專業逐步完善各類數據，形成一套完整的工程數據。上述信息流在Electrical Designer電氣三維設計解決方案中暢通、受控且閉環。

從與其他專業配合外部設計信息數據流的管理和應用上說，電氣三維設計系統從內部流程上看是一個自成體系又相對封閉的環境。市面上大多數電氣軟件基本可實現內部數據流動性，體系內功能做得很完善，但電氣專業其外部配合設計的數據流入涉及專業多，目前其他軟件沒有合適的解決方案。Bentley公司基于“一個平臺，一個模型，一個數據架構”理念，在Micro Station平臺（以下簡稱MS平臺）下實現各類項目、各專業信息數據流的有序調用。

圖11 電纜信息流

電氣專業與其他專業配合中所需信息，各專業在各自專業軟件中創建完善，電氣專業根據需要利用二次開發軟件讀取，如設備編碼信息、設備負荷信息、接線點位置信息等；電氣專業為其他專業提供的控制和信號等方面信息，其他專業采用同種模式主動調用。MS平臺下電氣模型可以與其他專業模型完美統一，模型底層采用統一數據架構支撐，以提高項目設計過程中數據的準確性和一致性，為后期項目數據的管理和分析提供可能性。

從電氣設計校審流程上說，在具備電氣專業模塊，以及完整的內部與外部數據流管理基礎上，設計核審流程必不可少，以保證設計過程可控性，設計成果準確性和專業性，基于MS平臺在Project Wise軟件上開發的三維設計校審系統是對傳統校審模式的繼承和改良。ProjectWise作為MS平臺重要組成部分，是各專業協同設計基礎，也是實現三維設計校審系統的基礎。

在當今社會大發展時代，各行各業都從IT時代逐步進入DT（大數據）時代。未來的電氣設計和產品交付也應符合DT時代特征，這需要具備諸多特點，包括設計過程全面協同化，不再是一個人的單打獨斗，不同專業不同廠家都可以為同一工程協同設計；設計師工作區域世界化，設計師可以在世界任何位置通過網絡獲取設計信息。設計過程智能化和精細化，每個設計過程都可以得到計算機核驗和管理人員核審；設計成果數據化，一個完整工程即是一個數據合集；設計產品交付DT化，可以根據工程不同階段、不同單位、不同人員的需要提供不同交付內容。

眼下，我們正身處時代變革關口，在新市場環境下，華東院選擇的MS平臺和執行的三維設計理念已經初步具備了DT時代特征，因此我們有責任和義務為行業開拓探索和完善新設計理念以及新解決方案，帶領設計行業盡快適應DT時代需求。