趨勢洞察 驅動數字化設計應用

文|宋佩珂 馮運超

隨著電力工程管理水平的不斷提高，不管是項目業主單位還是施工單位，均希望設計圖紙的表達更加精細、更加具體。這就意味著在設計周期越來越短的情況下，圖紙數量增加，圖紙深度和成品質量均需有較大的提升。然而，傳統電氣二次設計采用以AutoCAD 為圖板，以藍圖為設計成品，圖紙設計與成品審核完全依靠人工完成，成品質量受設計人員水平的影響較大。因此，將數字化技術引入到電氣二次設計中，以工程數據庫為核心，實現圖紙信息的存儲與調用，提高設計效率，保證成品質量，已日漸成為電氣二次設計的主流趨勢。

西南電力設計院于2010年開始數字化設計的研究與探索，經過不懈努力，電氣二次數字化設計技術逐步完善，并首次在山南220kV 變電站（以下簡稱“山南變”）的工程設計中全面推廣應用。從工程數據庫的創建，電氣原理圖的繪制，到端子排圖和電纜清冊的生成，數字化設計技術提升了設計深度，提高了成品質量，實現了圖紙的標準化，取得了很好的應用效果。

山南220kV 變電站位于桑日縣南側雅魯藏布江峽谷內，距離山南州府澤當約11.5km，是覆蓋拉薩、日喀則、山南、那曲及林芝五地市西藏中部電網220kV 主網架的重要組成部分。

山南變電氣二次線按智能變電站進行設計，全站電氣二次施工圖共計38 個卷冊，除火災報警系統、圖像監視系統埋管圖和接線圖使用AutoCAD 繪制以外，其余所有卷冊均使用數字化軟件進行設計。

數字化設計

工程數據庫創建與圖紙標準化。與AutoCAD 繪圖方式不同，開展數字化設計之前，首先要建立工程數據庫。工程數據庫主要包括電氣符號庫、電纜型號庫和產品型號庫，如圖1所示。工程數據庫的建立，一方面為工程數據信息的實時入庫做好了準備，另一方面也保證了電氣符號和設備選型的標準化，為實現電氣二次標準化設計提供了保障。通過設置各類數據的顯示樣式，建立報表模板和端子排模板，能實現工程出圖內容和出圖樣式的和諧統一，避免由于設計人員個人風格所導致的圖紙差異，實現電氣二次圖紙的標準化。

圖1 電氣符號庫和端子排模板

電氣原理圖數字化設計。以往我院電氣二次設計以AutoCAD 繪制原理圖為基礎進行，大多采用框圖的形式，如圖2（a）所示。電氣二次原理圖中不表示設備內部接線，只表示外部接線的端子號。這種出圖方式繪制二次設備之間相互聯系的原理圖，注重系統內各二次設備之間整體、宏觀的連接，是一種相對常規的、傳統的出圖方式。

山南變采用數字化設計軟件設計，出圖方式以屏柜為單位，在各屏柜廠家資料的基礎上展開設計。各個相關設備之間交叉鏈接，可顯示對側屏柜的屏柜名稱、接線端子號、所屬卷冊、電纜接線等相關信息。如圖2（b）所示，原理圖的左側為設備內部接線及端子，中間繪制電氣回路號及回路屬性，右側顯示對側設備名稱、端子號及相關圖紙編號。原理圖中的端子信息、回路信息和電纜信息均可實時入庫，箭頭右側的對側設備信息通過數據鏈接符號的放置自動生成。當對側設備端子號、回路號等信息發生變更時，接線圖中的相關信息將自動更新，保證了前后數據的一致性。同一回路的信息只需賦值一次，就可在相關圖紙中自動關聯，為圖紙查詢提供了方便。

電纜清冊數字化設計。數字化設計軟件能實現電纜清冊的精確開列。山南變電纜清冊通過配置模板，從工程數據庫中提取電纜信息自動生成，保證了原理圖和電纜清冊信息的一致。只要原理圖繪制正確，電纜清冊就可避免錯漏。電纜清冊模板（圖3(a)）和電纜清冊成品（圖3(b)）如下圖所示。通過使用統一的電纜清冊模板，可實現電纜清冊的標準化；電纜清冊格式變化時，只需修改電纜清冊模板即可重新生成電纜清冊。

圖3 電纜清冊模板及電纜清冊成品

數字化成品的深化設計。運用數字化技術進行電氣二次施工圖設計，除了能提供傳統設計成品外，還能根據業主和施工單位的需求從數據庫中提取多種形式的報表，如端子接線表、屏柜統計表等。在山南變數字化設計中，基于定制的報表模板從工程數據庫中提取出電纜接線表，以電纜編號為序提供電纜每一芯的詳細接線信息，為施工單位的接線和校驗提供了方便。除紙質圖紙外，數字化設計成品還可打印成帶數據鏈接信息的PDF 文件提供給業主和施工單位。業主和施工單位只需安裝Adobe 軟件就可進行瀏覽，當點擊PDF 文件中的數據鏈接信息時，文件頁面可自動跳轉，為圖紙信息查詢提供方便。

數字化校審

電氣二次專業成品通常采用打印紙質圖紙方式進行人工校審。數字化設計使得借助數字化設計工具進行圖紙的校對和審核成為可能。

一方面，與傳統校審方式不同，數字化設計工具的自動校審功能將與圖紙的繪制同步進行。在設計過程中，數字化設計軟件能自動檢測重復的元器件名稱和電氣線編號，提示未鏈接的電氣線和未接線端子，還能顯示電纜芯數的使用情況，避免實際使用芯數超過電纜總芯數或是備用芯過剩。

另一方面，圖紙繪制完畢后，數字化設計工具通過實時導航和精確定位功能為校審人員提供便利。實時導航能實現原理圖兩側設備及原理圖與端子排圖之間的導航，方便校審人員隨時查看對側設備及相關端子排信息，實現對原理圖和端子排圖的一致性校審。精確定位功能，能通過設備名稱對圖紙信息進行檢索，查找并定位到該設備所在的頁面，提高校審效率。

數字化設計與傳統設計方式對比分析

工程實例對比。西藏墨竹工卡220kV 變電站也按照智能變電站建設，工程規模與山南變電站類似。為更好地說明數字化設計與傳統設計方式的差異，通過兩個工程的出圖數據進行對比發現，山南變用數字化軟件設計，圖紙數量增加，圖紙深度加深，成品質量和圖紙完整性均有所提高，滿足了業主對設計成品的精細化要求，取得了良好的應用效果。

數字化設計與傳統設計的差異主要體現在以下幾個方面：

一是數字化設計以工程數據庫為基礎，設計圖紙中的電氣符號、電纜類型均從數據庫中調取，有利于工程規范統一，且所有設計成品均是一種風格，不再因人而異，提高了設計的標準化水平；AutoCAD 軟件繪圖為機械繪圖，隨意性較大，設計時可能出現圖面上電氣符號、屏柜名稱不一致等情況，設計出手成品的質量完全由設計人員的認真、仔細程度決定。

二是使用數字化軟件設計，屏柜的原理接線包含了屏柜內部接線、對側設備屏柜名稱、圖紙編號等信息，信息更完整更細致，也方便圖紙信息的快速查詢；原理圖中對側設備信息為軟件自動生成，降低了手動添加對側設備名稱、端子號等信息出錯的幾率，甚至避免出錯，提高了成品質量，減少了校審時間，提升了校審效率。

三是數字化設計時端子排自動生成，包含回路號、電纜去向、電纜編號、電纜型號和備用芯等信息，為施工單位電纜接線提供更多信息；AutoCAD 軟件設計端子排圖手動繪制，僅包含回路號、電纜去向和電纜編號信息。

四是數字化設計軟件可以精確地統計電纜，自動生成電纜清冊，且只要原理圖繪制正確，電纜清冊可以避免錯漏；AutoCAD 軟件設計則需手動開列電纜清冊，容易出錯。

五是數字化設計軟件可以基于項目數據庫提取多種形式的成品，只要數據信息存儲于數據庫中，只需配置模板，就可獲得多種成品；而傳統設計需要其它形式成品時，則需要重新繪制。

六是數字化校審方式除導出紙質圖紙校審外，還可通過數字化設計軟件實現電子化校審。

西南電力設計院在山南220kV 變電站中運用數字化設計技術，通過建立工程數據庫，實現了電氣二次圖紙的標準化。通過運用數字化手段繪制電氣原理圖保存接線信息，實現了對側設備信息的自動生成；通過配置模板提取數據庫信息，實現了端子排圖和電纜清冊的自動輸出；通過對數字化成品的深化設計，提取了多種形式的報表，生成了具有數據鏈接功能的PDF文件。通過運用數字化設計工具的自動校審和導航定位功能，實現了電氣二次圖紙的數字化校審。與傳統設計相比，數字化設計成品質量提高，設計深度加深，滿足了業主對工程精細化設計的要求。