變電站設(shè)計(jì)中數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用探析

初建祥 ，張彥彪 ，郭帥 ，羅金龍 ，郝小東 ，李宏艷

（1.內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，呼和浩特 010020；2.北京博超時(shí)代軟件有限公司，北京 100195）

1 引言

隨著智能電網(wǎng)創(chuàng)新觀念的不斷深入和立體設(shè)計(jì)的不斷需求，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)憑借其強(qiáng)大、立體、先進(jìn)、智能的特點(diǎn)已逐漸運(yùn)用到變電站的設(shè)計(jì)工作中，也在很大程度上契合了智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。所以在未來，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)在不同類型的設(shè)計(jì)工作中將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

2 數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)的基本概念

作為工程數(shù)字化建設(shè)的重要組成之一，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)是指以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等為基礎(chǔ)，以三維物理模型為載體，通過操作人員與設(shè)計(jì)人員的協(xié)同合作，完成項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)計(jì)的信息一體化和三維可視化目標(biāo)[1]。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)不同的是，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)不需要具體的設(shè)計(jì)圖紙，只需要借助數(shù)據(jù)信息和模型就可以完成一系列立體設(shè)計(jì)工作。

3 數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r

早在 2016年，國(guó)家電網(wǎng)行業(yè)就明確提出要計(jì)劃推廣數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)，要在工程數(shù)字化的建設(shè)任務(wù)下將數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)靈活應(yīng)用到變電站的設(shè)計(jì)工程中，以更好地完成工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)[2]。在 2017年，為了深入探究當(dāng)前施工企業(yè)和電力企業(yè)設(shè)計(jì)部門對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用需求，全國(guó)開展了關(guān)于數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)的調(diào)研活動(dòng)，旨在為創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)和提高設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)水平提供基本信息。當(dāng)前，電網(wǎng)行業(yè)越來越重視數(shù)字化三維設(shè)計(jì)在變電站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可見該技術(shù)在電力設(shè)計(jì)工作中將扮演著極其重要的角色。

4 數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的特有優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)相比，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)具有一系列特有的優(yōu)勢(shì)，該優(yōu)勢(shì)包括以下3個(gè)方面。

4.1 設(shè)計(jì)手段的提升

設(shè)計(jì)手段的提升主要體現(xiàn)在以下方面：（1）能夠進(jìn)行三維布置設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)三維可視化設(shè)計(jì)的工作目標(biāo)；（2）能夠做到三維到二維之間的有效貫通，實(shí)現(xiàn)三維切平、斷面和軸側(cè)制圖任務(wù)，從而進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)的精確度和工作效率；（3）可以對(duì)電氣安全距離進(jìn)行三維校驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)；（4）可以對(duì)設(shè)計(jì)中常見的交叉碰撞問題進(jìn)行解決；（5）可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)必要的設(shè)備參數(shù)、設(shè)計(jì)與材料數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確、直觀地反映工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，為智能電網(wǎng)提供必要的數(shù)據(jù)接口和支持；（6）能夠建立企業(yè)級(jí)三維設(shè)計(jì)元件庫(kù)，為后面的投標(biāo)、項(xiàng)目初設(shè)和使用等創(chuàng)造良好的條件。

4.2 能夠?yàn)闃I(yè)主提供增值服務(wù)

首先，由于在數(shù)字化三維設(shè)計(jì)下，界面直觀，操作便捷，設(shè)計(jì)人員很容易就能夠在三維平臺(tái)中進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，在一定程度上能夠?yàn)槟繕?biāo)業(yè)主提供更加經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到科學(xué)增值的目的；其次，由于三維設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)功能很強(qiáng)大，依據(jù) SG186 國(guó)網(wǎng)統(tǒng)一的物料編碼體系，可以實(shí)現(xiàn)與 ERP系統(tǒng)的有效對(duì)接，從而為物資采購(gòu)提供便利；再次，運(yùn)用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)估算數(shù)據(jù)的精確化和分散數(shù)據(jù)的集中化，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供具有豐富數(shù)據(jù)的三維模型化的設(shè)備臺(tái)賬，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)賬與智能變電站狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)的有效鏈接，不僅能夠有效管理設(shè)備的壽命周期，而且也方便變電站的后期維護(hù)和改造工作。最后，運(yùn)用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)不僅能為目標(biāo)業(yè)主提供傳統(tǒng)性的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，而且能更多地提供具有數(shù)字化的變電產(chǎn)品，具體包括工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料物料采購(gòu)數(shù)據(jù)、建設(shè)管理數(shù)據(jù)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)變電站的后期維護(hù)和改造提供了參考和便利。

4.3 提高施工設(shè)計(jì)效率

首先，由于三維設(shè)計(jì)比較直觀準(zhǔn)確，對(duì)于設(shè)計(jì)者，該技術(shù)可以指導(dǎo)他們進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，在一定程度上避免設(shè)計(jì)者對(duì)安裝位置和設(shè)計(jì)意圖的錯(cuò)誤理解，從而提高設(shè)計(jì)的有效性。其次，一些單位在施工過程由于各自專業(yè)時(shí)間安排不合理，從而造成了不必要的返工復(fù)工，在浪費(fèi)時(shí)間的同時(shí)也大大延緩了單位工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。基于此，在數(shù)字化三維設(shè)計(jì)應(yīng)用下，根據(jù)三維設(shè)計(jì)中的工程進(jìn)度模塊，可以盡快進(jìn)行施工進(jìn)度的模擬工作，通過增加必要的時(shí)間軸形成四維管理，可以在很大程度上避免因時(shí)間安排不合理造成的返工問題，以加快工程建設(shè)的進(jìn)度。最后，在一些工程設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)代表可以充分利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的擬定和變更，通過不斷改進(jìn)和完善最終制訂更加科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案，整體上有利于工程設(shè)計(jì)的開展。

5 變電站設(shè)計(jì)中數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用

5.1 數(shù)字化三維設(shè)計(jì)線路選線

在變電站的設(shè)計(jì)工作中，線路選線工作往往復(fù)雜困難，傳統(tǒng)方法是依靠工作人員的個(gè)人主觀經(jīng)驗(yàn)來判斷選擇，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)可以采用動(dòng)態(tài)性的規(guī)劃思路解決此問題。有些電網(wǎng)的鋪設(shè)線路很長(zhǎng)，沿途地形也很復(fù)雜，利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)就可以快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化排位。在選擇好變電站的起點(diǎn)和終點(diǎn)之后，利用數(shù)字化三維系統(tǒng)建立矢量地理信息，隨后就可以自動(dòng)化選擇出許多適合該工程的電線線路路徑并進(jìn)行能力分析，避免在設(shè)計(jì)時(shí)損壞到附近的風(fēng)景自然保護(hù)區(qū)，如果出現(xiàn)問題會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警告。選擇好多條路徑之后，對(duì)路勁進(jìn)行智能優(yōu)化，設(shè)計(jì)人員通過數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)可以自動(dòng)計(jì)算出所選定的范圍是否為最近的緩沖區(qū)距離，大大降低統(tǒng)計(jì)時(shí)間，提高了工作效率。

5.2 STD數(shù)字化三維變電設(shè)計(jì)

AutoCAD 是 STD 數(shù)字化三維變電設(shè)計(jì)的基本平臺(tái)，工程數(shù)據(jù)是核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)。具體來說，就是設(shè)計(jì)人員利用 STD 數(shù)字化三維變電設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)和共享數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，使設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化，利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)將設(shè)計(jì)結(jié)果精確化細(xì)致化，直接生成相應(yīng)的平面和斷面圖以及有關(guān)圖紙結(jié)果，從而最終實(shí)現(xiàn)全專業(yè)模型級(jí)別的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，達(dá)到數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 TLD數(shù)字化三維送電設(shè)計(jì)平臺(tái)

開放的平臺(tái)架構(gòu)是 TLD 數(shù)字化三維送電設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，工程數(shù)據(jù)是其核心內(nèi)容，適用于可研、初設(shè)、施工等階段工作，可實(shí)現(xiàn)選線、設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交等功能。設(shè)計(jì)人員利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)路徑和平斷面的三維設(shè)計(jì)，做到同步聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)和全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，可以同步完成路徑設(shè)計(jì)、桿塔規(guī)劃、電氣計(jì)算和跳線設(shè)計(jì)等任務(wù)，大大提高了工作效率，也能夠達(dá)到數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到變電站設(shè)計(jì)的各個(gè)工作階段，而隨著該技術(shù)的全面普及，為了提高工作效率，許多單位的施工建設(shè)部門和監(jiān)督監(jiān)測(cè)部門也都開始結(jié)合該技術(shù)進(jìn)行相關(guān)工作。因此，在未來的變電站設(shè)計(jì)中，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用空間，是促進(jìn)電力工程行業(yè)高效迅速發(fā)展的重要推動(dòng)力。