關于三維設計技術在變電站設計中的運用探討

朱克平 何英靜 李家栓 汪欣玥 張帆

【摘 要】智能變電站三維設計可提供可視化、精細化的三維設計圖紙成果，滿足業主、用戶三維數字化移交技術要求，進一步擴大和延伸設計服務及市場，為智能電網、全壽命周期管理提供三維數字化、智能化管理平臺建設奠定堅實基礎。因此，本文主要探討三維設計技術在變電站設計中的運用。

【關鍵詞】三維設計；變電站；運用

1 三維數字化設計技術概述

1.1 三維數字化技術

隨著計算機技術的不斷發展，利用圖形影像、計算機網絡、數據庫、大數據分析、深度學習等信息化和數字化的技術。

1.2 工程數字化建設

在工程實施的各階段，以信息模型為載體，以數據為核心，在統一架構下，圍繞工作流、物資流、資金流搭建平臺，達到項目資源信息共享，實現設計、采購、施工、資產管理等上下游之間的縱向集成，以及工程設計各專業、采購各項、施工各工序的橫向集成。實現一體化和量化管理。

1.3 三維數字化設計

數字化三維設計手段相比傳統二維CAD設計有一些明顯的特點：（1）可視化程度高，更加精確和直觀。業主能更清晰地明白設計意圖，減少項目前期溝通中的分歧和誤解。（2）精細化設計，質量提高。各專業在同一模型空間中開展設計，專業間協同的緊密度大幅提高，有效避免傳統設計中多專業交叉碰撞問題，另外三維設計不同于二維圖紙的視圖表達，建立符合實際的三維模型，設計范圍和深度都大幅增加。（3）提升設計產品的附加值。由過去只為指導施工轉變為項目全生命周期應用，包括綜合展示、分析計算、采購、合同分包、進度管理、施工仿真、數字化移交等。（4）由圖紙為核心轉變為以數據為核心；將以往圖紙文字里信息由人為辨識轉變為信息模型里結構化數據由計算機識別；將離散的電子化信息轉變為了可以統計分析的數據信息；將個人經驗教訓轉化為企業知識積累。為大數據分析、人工智能、設計施工一體化等眾多領域創造基礎數據。

2 三維設計在工程設計中的方法

2.1 采用標準數據庫為核心的數字化設計

（1）變電站三維設計以工程數據庫為核心，相關聯的圖紙能自動生成。數據庫設備模型采用國網公司通用模型庫（2018 年版），模型文件統一采用GIM 格式，這就從源頭上對設備型式進行了統一。（2）在工程設計過程中，各專業在協同平臺同步開展，本專業圖紙的調整修改相關專業設計人員均能看到。通過數據共享實現工程一處設計修改，多張相關圖紙自動更新，并及時對相關設計人員進行提醒，避免了專業間多次提資帶來的信息傳遞錯誤，有效降低了專業間接口出錯的概率。

2.2 標準化設計體系

三維設計平臺作為設計單位專業知識和設計基礎數據的載體和應用工具，通過提供標準化工程庫和設備數據庫等資源，幫助設計人員實現“海量檢索”、“精確定位”和“全盤復用”的作業模式。設計人員在工程設計階段，可根據工程具體需求選用不同的設備型式。數據庫設備選型可根據“型號”、“廠家”、“電壓等級”等信息進行快速檢索，便于設計人員進行選擇。

2.3 變電站三維協同設計

基于同一工程模型的協同設計體系縮短了專業之間的提資接收周期，并減少了專業間提資的工作量。最大限度共享專業間設計成果，避免重復工作。變電一次、變電二次及變電土建專業人員在同一平臺開展工作，在線完成專業間提資及校審，圖紙的更新、修改一目了然，相關圖紙數據自動更改。相比常規CAD 制圖設計，采用線下提資確認的方式，不僅提高了設計工作的效率，同時降低了專業間多次提資引發出錯的風險，有效提升了設計工作質量。

2.4 精細化設計

（1）基于三維模型的精細化設計，具有管線綜合碰撞檢查、安全凈距校核等能力，從根本上避免設計錯誤，避免返工，有效節約現場解決問題的時間。三維設計軟件自帶碰撞檢查功能，可自動檢驗變電站設備基礎之間、基礎與電纜溝、基礎與預埋管間的碰撞檢查，并通過三維設計展示立體空間，可視化效果好。相比二維設計平臺，空間上的交叉碰撞，只能依靠設計人員的空間想象分析判斷，在錯綜復雜的設備基礎及設備間的布置方式下，很難直觀的發現問題。（2）安全凈距校核功能可根據設計人員需求，自動校驗不同電壓設備間、設備與地之間的安全距離是否滿足要求。在變電站出線回路較多或接線型式復雜的情況下，帶電設備與導線存在空間上的交叉，僅依靠二維圖形界面進行設計，安全距離校驗費時費力且錯誤率高。三維設計不僅提供了全方位360度旋轉觀察，且通過自動凈距校驗功能，有效降低了設計周期，提升了設計工作效率。

2.5 設計成果共享

變電站工程設計一般分為可行性研究設計、初步設計、施工圖設計及竣工圖設計四個階段。三維設計在四個階段中共用一個設計模型，在設備招標階段建立變電站模型，通過設計信息的不斷細化在各階段進行流轉，最大限度實現了設計成果在整個設計周期的共享，有效縮短了設計周期。

3 三維設計在變電站工程的應用

（1）以下依據某220 kV 新建模塊化智能變電站工程為例，講述三維設計在工程應用過程中的具體工作，結合變電一次、二次及土建三個專業的協同設計，論述現階段三維設計的優點及不足之處。（2）在工程設計階段，變電一次、二次及土建專業可通過在設計平臺固定基準點的方式，在變電站總平面基礎上協同開展設計工作。根據工程實際情況，土建專業結合國家電網模塊化建設要求，分別開展裝配式圍墻、大門、建筑物及構筑物模塊的設計工作；對變電站建筑物墻板、圍墻大砌塊石、墻體裝飾板、門窗型式等尺寸和材質進行賦值；對站內墻體開洞、電纜埋管布置以及站內事故油池等進行三維設計與展示。電氣專業依據國網公司通用設備模型，開展電氣設計工作，并對采用的各設備參數進行賦值。三維設計平臺具備常規短路電流計算、導線拉力校驗、蓄電池容量計算等功能，可通過軟件計算并自動導出計算書，無需再單獨進行計算賦值，這在一定程度上縮短了設計周期。各專業設計人員需嚴格執行國網公司“三通一標”的要求，后期設備廠家也需按照國網公司通用設備生產；以此，才能保證各專業設計工作無縫對接。同時，三維設計平臺提供二維視圖界面及CAD 圖紙導出功能，設計人員可根據需要進行自行選擇。（3）變電站總平圖設計完成后，各建筑物的正面圖、立面圖、俯視圖可根據工程需求進行自動生成。電氣專業的配電裝置圖及間隔斷面圖無需再次進行繪制，可在總平面圖上進行“切割”即可，設備參數自動生成。如總平面圖進行調整，各配電裝置圖及斷面圖自動進行調整，無需人工操作，大大降低了設計出錯的概率。

4 結語

三維設計工作目前雖然還處在試點階段，但推廣應用已勢在必行。下一步將依托“三通一標”要求，進一步細化通用設備模型庫，完善公用設備模型。同時，在模型創建技術要求、設計深度要求、成果移交要求等方面需進一步細化梳理，出臺相應文件，真正達到工程三維設計、三維評審及三維移交的目標。

參考文獻：

[1] 楊志遠.論三維設計技術在變電站設計中的運用[J].科技展望，2015（26）.

[2] 張典波.三維設計軟件在變電站設計中的應用[J].機電信息，2015（12）：126-127.

（作者單位：1.國網浙江省電力有限公司經濟技術研究院；

2.杭州市電力設計院有限公司）