利用“三维设计+”提升输变电工程建设管理水平
摘要：三维设计由于具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点，三维设计是落实国网公司“数字国网”建设总体要求的重要举措，能够实现工程数据信息在工程建设、
运行全寿命周期内“一次录入、共享共用”。

因此，开展三维设计对提升输变电工程设计质量
具有重要意义，开发“三维设计+”对提升输变电工程设计管理水平至关重要。

关键词：三维设计；输变电工程；建设管理
1三维设计在工程中的应用现状
1.1 三维设计的概念
BIM的全称是Building Information Modeling，国内通常翻译为“建筑信息模型”。

这一词由Autodesk所创，根据维基百科的定义，表示三维图形为主、面向对象、建筑学有关的电脑辅
助设计。

BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达，是一个共享的知识资源，为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠的过程，在项目的不同阶段，不
同的利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协
同作业。

三维设计作为一种新兴的建筑设计方法，BIM被誉为继CAD之后的第二次设计革命。

1.2 三维设计在建筑工程中的应用
三维设计是目前世界上最先进的建筑行业综合设计施工技术，基于建筑市场的需求，近几年
才在我国建筑行业有所应用。

与国际三维设计应用对比而言，我国三维设计扔停留在碰撞检
验和施工初步模拟等比较基础的施工前的图纸检测的应用层次。

为了充分发挥出三维设计真
正的全生命周期的应用价值，需要开发“三维设计+”提升三维设计的应用前景。

1.3三维设计在输变电工程中的应用
国家电网基建〔2018〕585号文件要求，从2018年下半年开始，公司新建35千伏及以上输
变电工程全面广泛应用三维设计；国家电网基建技经〔2019〕10号文件要求，从发文之日起，对未按照文件要求开展设计招标、应用三维设计的工程，原则上不予安排初步设计评审。

两
个文件的发布标志着三维设计已正式进入国家电网输变电工程设计领域。

通过输变电工程数字化设计，将能够极大的提高电网工程的设计质量、设计效率。

可视化程
度大大提高，检索难度大大降低。

工程信息将由设计部门数字化移交给其他生产或管理部门。

数据信息将贯穿设计、建设、运行、维护直至退役，多阶段、多环节、多部门共同维护和使用，支撑职能电网全寿命周期的管理理念。

2“三维设计+”的开发策略
2.1 三维设计+GIS
场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素，是确定建筑物的空间方位和外观、建立建筑物
与周围景观的联系的过程。

在规划阶段，场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的
重要因素，往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套等各种影响因素进行
评价及分析。

传统的的场地分析存在诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据
信息等弊端，通过三维设计结合地理信息系统（Geographi information System，简称GIS），
对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模，通过三维设计软件及GIS软件强大的功能，迅速
得出令人信服的分析结果，帮助做出全面而系统的关键决策。

2.2 三维设计+AR/VR
增强现实技术（Augmented Reality）和虚拟现实技术（Virtual Reality）为人机交互界面的发
展开创了新的研究领域，为智能工程的应用提供了新的界面工具，为各类工程的大规模的数
据可视化提供了新的描述方法。

这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这
种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维空间，或是把其他现实环境编制到计算机中去产
生逼真的“虚拟环境”，结合输变电工程的三维设计可以更好地进行工程三维评审、现场演示、技术交底、危险点辨识和预控，提升三维设计成果的展示效果。

2.3 三维设计+3D打印
3D打印（3D printing），又称增材制造（Additive Manufacturing，AM），属于快速成形技术
的一种。

它是一种以三维设计模型文件为基础的直接制造技术，变电站中的建构筑物主要有
配电室、警卫室、设备基础、预制舱基础、围墙、地下水工构筑物、护坡、挡土墙等等，从
技术上分析，小型建筑物、设备基础、围墙、地下水工构筑物、护坡、挡土墙等采用3D打
印技术是可行的。

3D打印建筑技术减少了噪声污染、建筑垃圾及扬尘污染，节能减排，环境效益好。

2.4 三维设计+装配式建筑
通过三维模型与数字化建造系统的结合，建筑行业也可以采用类似的方法来实现建筑施工流
程的自动化。

建筑中的许多构件可以异地加工，然后运到建筑施工现场，装配到建筑中（例
如门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件）。

通过数字化建造，可以自动完成建筑物构件的
预制，这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件不仅降低了建造误差，并且大幅度提高构
件制造的生产率，使得整个建筑建造的工期缩短并且容易掌控。

三维模型直接用于制造环节
还可以在制造商与设计人员之间形成一种自然的反馈循环，即在建筑设计流程中提前考虑尽
可能多地实现数字化建造。

2.5 三维设计+智慧工地
利用模型进行直观的“预施工”，预知施工难度，更大程度地消除施工的不确定性和不可预见性，降低施工风险，保证施工技术措施的可行、安全、合理和优化；在设计方提供的模型基
础上进行施工深化设计，解决设计信息中没有体现的细节问题和施工细部做法，更直观更切
合实际地对现场施工工人进行技术交底；利用模型进行施工过程荷载验算、进度材料控制、
施工质量检查等，有利于推进工地施工过程中的人员、施工设备、物料、施工工艺、环境等
信息综合集成，为建筑业数字化转型提供重要的技术支撑，为智慧工地管理信息系统提供大
量的数据支撑。

3“三维设计+”的优势分析
3.1 碰撞检查，减少返工
三维设计最直观的特点在于三维可视化，利用三维技术在前期可以进行碰撞检查，优化工程
设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，而且优化净空，优化管线
排布方案。

施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，提高
施工质量。

3.2 快速算量，精度提升
三维数据库的创建，通过创建关联数据库，可以精确快速计算工程量，提升施工预算的精度
与效率。

由于三维设计数据的数据粒度达到构件级，可以快速提供支撑项目各条线管理所需
的数据信息，有效提升施工管理效率，三维设计技术能自动计算工程实物量，可以大大较轻
工程技经人员的工作量。

3.3 多算对比，有效管控
管理的支撑是数据，项目管理的基础就是工程基础数据的管理，及时、准确地获取相关工程
数据就是项目管理的核心竞争力。

三维设计数据库可以实现任一时点上工程基础信息的快速
获取，通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比，可以
实现对项目成本风险的有效管控。

3.4 虚拟施工，有效协同
三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。

随时随地直观快速地将施工计划与实
际进展进行对比，同时进行有效协同，业主方、监理方、施工方对工程项目的各种问题和情
况了如指掌。

这样通过三维设计技术结合施工方案、施工模拟和现场视频检测，大大减少建
筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

3.5 三维交接，数字运维
数据集成与共享化运维管理，把成堆的施工图、采购单、说明书、竣工图等统筹一起，呈现
出直观、实用的数据信息，基于这些信息进行运维管理。

可视化运维管理，基于三维模型对
建筑运维阶段进行直观的、可视化的管理，为应急管理决策与模拟，提供实时的数据访问。

4结论
目前，国内由于设计观念、水平、成本、习惯以及配套软件不完善等多种原因，三维设计技
术仍处于起步阶段，相信在不久的将来，三维设计将成为主流设计，特别是针对输变电工程，开展三维设计将对提升建设管理水平具有重要意义。

[第一作者简介：王伟男 1982.9 硕士研究生高级工程师国网河北省电力有限公司邢台供电分公司]
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