探討三維設計在變電站建設中的應用

李 婧

（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001）

三維設計能夠全方位進行圖形的展示，能夠讓施工人員更加清晰直觀的了解到設計人員的設計意圖。當前三維設計已經憑借其數字化和可視化的特點在變電站建設中得到了非常廣泛的應用，解決了傳統變電站設計中存在的諸多問題，滿足當前多元化的使用需求，當前三維設計已經在我國變電站建設過程中取得了諸多應用成績，對優化我國電力工程建設起到了重要的作用。

1 三維設計的目標與流程

1.1 三維設計的目標

在整體變電站的設計過程中使用三維設計是為了更好的提高我們的設計效率，同時也是為了給客戶帶來更好的設計效果和更高的設計質量。如果在設計過程中使用三維設計，那么我們可以在實物建設之前，給客戶先進行一個整體觀看成品效果，這樣可以幫助客戶及時對不滿意的地方進行調整使我們的實際工程更加完美。另外在還沒有開始實際操作之前，如果客戶有不滿意的地方，我們可以在三維設計過程中及時進行調整修改，也有助于為客戶提供更好的服務。首先我們需要對電纜敷設的施工圖進行3D 的展示，之后我們需要對二維的施工圖進行相對應的修改彌補和延伸，然后在3D 模型中將全景以1:1 的比例進行縮小，模擬整體施工的情況這樣可以幫助我們的一線施工人員更好的理解施工圖紙，幫助我們在建設過程中減少因為不理解施工圖意圖而造成的施工問題。如果根據3D 模型的設計圖，依然無法準確的進行施工和準確的理解如何進行施工的話，那么可以直接觀看3D 模型的電子圖來進行全方位的思考，因為3D 模型的電子版，可以全方位的展現出我們所需要進行施工的每一個細節。

1.2 三維設計的流程

進行三維設計的工作人員要對三維設計整體流程有一個詳細的學習，對于軟件的使用方法有一個清晰的認知并且需要掌握一定的輸變電站的相關概念之后才可以進行使用軟件的設計工作。首先需要的就是建模這項工程，我們需要將CAD圖紙采用1:1的縮放模式，立體的呈現在三維設計軟件之中，然后在對整體模型進行細節補充；其次電纜橋架模型的建立需要完全按照我們之前設定的圖紙，同時我們需要針對不同電纜設計不同的電腦模型，以幫助后期施工人員進行分辨，整體的建模過程必須嚴格按照我們的施工圖紙以及建模要求進行，這樣才能保證我們的三維設計是有效的，然后在建立電纜安裝敷設橋架時，我們要在現有已經成型的模型中進行進一步的分析逐步安裝敷設橋架，讓我們的整體三維設計更加細節化；最后，我們的模型初步建立完成后，需要對整體模型進行進一步的分析整理，對于不合理的地方進行及時修改，對于缺少的地方進行及時補充，不斷完善設計的模型。

2 變電站建設的現狀

隨著我們國家科學技術的逐步發展、建筑工程企業的逐步推行和數字化電網建設理念的推廣，對于我們現在的電網建設有了更高的要求，我們現在的電網建設主要存在的問題如下：一是我們的設計效率比較低，我們在對電網進行設計過程中，一般是采用二維設計圖紙，二維設計圖紙的準確性不高，如果需要進行更改，還需要人工進行重新繪制，會耗費大量的人力物力，導致我們的變電站設計效率比較低；二是施工矛盾較多，變電站設計中各專業的工作都是相對獨立的，如果進行二維圖紙的建設，那么很容易造成各個專業的數據更新不全，各專業在進行圖紙建設過程中就會出現爭吵等問題，影響整體的建設進度；三是難以支撐電網高質量的發展，目前我們在電變電站建設過程中，是需要多方數據進行統一的，需要建設方的需求、施工方的信息以及設計方的數據，對這三方數據匯總的不及時、不全面，會導致信息比較分散，容易出現信息傳遞失誤的問題，難以支撐目前高校建設變電站的需求。

3 三維設計的特點

在傳統的變電站設計中采用二維設計的方式，視覺化程度很差，在施工中由于施工人員的理解問題還容易使變電站建設質量受到影響，且無法實現變電站全生命周期的數字化移交。在這種環境下三維設計開始被應用于變電站的建設當中，三維設計依托于信息化智能三維設計平臺，讓設計人員的工作變得更加方便快捷，同時節約了很多人力資源以及時間，優化了作業流程。變電站設計中包括對于電氣、建筑以及水暖等許多方面的設計工作，借助標準化數據模型庫和強大的自動計算分析能力，讓變電站的設計工作變得快捷和簡單，且系統還有實現自動出圖、自動校準等功能，對于設計人員來說應用起來非常方便。為了能夠提高變電站建設和設計的質量，利用三維設計技術，并借助計算機軟件能夠讓所有信息都展現出來，便于施工人員全方位觀看和理解，并且還能滿足多個變電站在建設上對多專業的協調需求，實現不同專業之間的溝通和信息的轉換，使變電站設計工作水平不斷提高。[1]

4 變電站建設的發展特點

4.1 占地面積越來越小，設備布置緊湊

當前變電站的占地面積越來越小，通過小型化、節能型的GIS 設備及對戶內變電站各功能房間的緊湊型布置能讓整體設計更加優化，使各電壓登記配點裝飾的布置變得更加合理和緊湊，有效提升了空間利用率，不斷提升城市的土地利用率。

4.2 自動化水平高

當前隨著科學技術水平的不斷提升，變電站應用了微機保護，變電站的自動化采用了分層、分布式的微機監控系統，節約了大量人工成本，能夠對變電站的工作狀態進行全方位的監控，實現了無人值守。

4.3 電纜多、敷設難度大

變電站需要敷設的電纜很多且復雜，考慮到城市美觀性的要求，城市中心的變電站都采用高壓電纜，高壓電纜再加上照明、視頻監控等電纜，導致變電站電纜敷設的規模非常龐大，工作起來非常的麻煩。

4.4 接口管理復雜、涉及專業領域廣

變電站的運行涉及到很多方面的專業知識，需要各個專業之間進行緊密的配合，尤其需要重視土建專業與電氣專業。土建專業在布置變電站的主梁和側梁時需要注意避開電纜空洞，電氣專業需要考慮到設備之間的安全距離，所以需要注意土建專業中的梁柱位置和梁柱的占地面積，如果專業之間的配合不到位就很容易在變電站建設過程中出現問題。變電站設備的質量問題以及設備的大小都需要電氣和土建專業進行考慮，土建專業要根據設備的大小來確定房間的大小，并根據設備的質量考慮變電站的整體結構。

5 三維設計技術在變電站工程中的應用要點

5.1 定制概預算軟件接口

當前的三維設計技術和軟件相互結合的比較少，所以在使用起來設計效率不高。最好的方式是從數字化三維設計結果當中尋找整體資料清冊和多種類的安裝工程量，然后利用計算機軟件通過設計給出工程報價，經過這種方式能夠提高變電站工程建設的經濟性和可行性，并通過對每種方案的對比找到最適宜的設計方案，給相關投資企業最準確的參考依據，這種方式相較于傳統方式具有更高的設計效率和精準性。[2]

5.2 定制P3 等工程軟件接口，推進4D 模擬施工

在設計過程中應用三維數字化設計并進行施工過程的模擬操作，能夠確認設計方案是否合理，還能夠完成對很多工作的模擬，但能對負荷進行精準的計算。有的工程軟件能夠進行吊裝計算和模仿工作，但是相較于三維設計軟件來說，這些軟件存在很多不足之處。在設計中構建三維模型，并在施工過程中不斷將施工進度導入，這樣能夠將設計工作和施工進度緊密相連，有助于及時發現設計工作中存在的不合理情況。其實在工程開展之前就可以借助三維模型對施工進度進行模擬，這樣可以更好的制定常見問題的處理措施，為工程預案提供有利條件，對于工程的控制工作將會更加順利。

5.3 開展變電工程三維模擬標準化研究

通過考慮到建模的需要和變電站的實際運行工作需求，三維設計從變電站建設運行的種種需求出發，最終設計出合理的三維模型初始方案。為了能夠讓三維模型更加標準化，還需要考慮到當前電力行業發展的趨勢以及變電站的周圍環境，這樣才能夠更加科學合理的規劃三維模型。

5.4 構建三維設計成果應用體系

三維設計的結果應該有一個統一的監管和應用體系，才能夠讓相關部門對于電網的工作和應用情況進行更好的把控，從而將企業內外部的有效數據和資料進行整合最終實現統一化管理，有效保證了數據的安全性，同時有助于管理效率的提升，為電力企業做出相關決定提供有效的數據支持。

5.5 研究電網工程數據加密及標準格式轉換技術

隨著對電網格式和數據規范程度的深入研究，可以找到更好的數據保護加密技術來保證數據的安全性，并通過標準格式轉換技術能夠讓數據變得更加精準統一，同時能夠找到數據的來源，從而達到工程項目最初數據的格式標準化。[3]

6 三維設計技術在變電站工程中的應用

三維設計技術在變電站工程中的應用以專家設計庫作為基礎，以電網建設表轉化設備作為依托，并且結合電網建設的實際需求，利用計算機軟件進行變電站的整體規劃設計，最后呈現出直觀的三維模型，能夠滿足各種工程的成品輸出要求，同時為電網后續的建設以及數據傳遞工作奠定基礎，當前主要在下述三個方面有所體現。

6.1 可以做到精細化設計

能夠更加方便的進行三維空間的安全距離校驗和材料統計，避免碰撞事故發生。傳統的二維設計方式無法對安全距離進行檢測，由于設計人員沒有三維的概念，只能通過多年的工作經驗以及簡單的計算方法來進行安全距離檢查工作，這樣導致安全距離數據不夠精確，不能提供最科學有效的解決方案。但是隨著三維設計技術的應用能夠很好的解決這個問題，計算機軟件程序根據固定的算法找到該電壓等級下的最短帶點距離，從而全面檢驗各設備間的各項限定數據，從而保證整體設計工作的安全合理性，能夠提供最優的解決方案。

在傳統的二維設計中只能通過繪制多張斷面圖來完成整體的設計，而三維設計技術只需要設計人員借助工作平臺繪制一張圖即可，大大提升了設計的簡潔性。設計人員通過在這張平面圖上的剖切，能夠自動生成多張細節圖，確保平面圖和斷面圖的一致性，且設計人員在總體設計時標注好相應的設備和材料型號后也會在斷面圖中體現，節約了設計人員的標注時間，還能夠確保數據的準確性。

6.2 可適應專業間協同設計

變電站的設計工作涉及到多個專業領域，各專業將通過一個設計平臺進行設計，這樣能夠提高各專業之間的配合性，大大提高設計工作的效率，且能夠有效避免接口過程帶來的錯誤。比如說在設計過程中土建專業根據電氣專業的設計再進行配套設計，完成架構計算、力學分析等工作之后最終生成架構透視圖，然后返還給電氣專業，這就實現了各個專業之間的系統設計工作。

6.3 集數字化移交、方案、數據于一體的三維變電站模型可達到完全可視化效果

通過三維設計技術能夠為施工人員展現出更加真實、直觀的設計效果，并且能夠形成完整的變電站數字化平臺，方便對變電站進行統一管理，也為后期的維護和改造工作提供更多的便利。相較于傳統的二維設計來說三維設計打破了傳統的設計理念，利用軟件提供的識別參數化功能，從電氣設備到土建結構，完全實現參數化建設，設計人員只需要輸入相關參數就能完成模型圖的制作，同時還可以快速的更改各類參數以及設計尺寸，讓設計模型與實際建成成果基本無差別。

7 結語

隨著電力行業發展速度的不斷加快，對變電站的設計工作也提出了更高的要求，很多專業人士通過長時間的實踐，發現將三維設計技術應用到變電站建設當中能夠提高設計人員的工作效率和工作水平，同時讓設計工作變得更加智能化和數字化，有效減少設計成品中存在的問題。通過三維設計技術在變電站設計中的廣泛應用，將能夠更好的提高我國電網工程的建設質量，讓電網工程向著更加智能化的方向發展。