三维设计在变电站工程中的应用齐云
发表时间：2019-06-06T08:48:55.427Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：齐云
[导读] 摘要：目前国网公司对于三维设计的要求和期待值很高，可以预见在未来的几年内，国内的输变电设计领域会在国网公司的组织和推动下，完成由二维设计平台向三维设计平台的全面转变，三维设计凭借多视角、全方位的图形展示界面，以及其图纸联动调整及自动净距校验等功能，正在越来越多被电力行业设计单位采用。

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司内蒙古呼和浩特 010010）
摘要：目前国网公司对于三维设计的要求和期待值很高，可以预见在未来的几年内，国内的输变电设计领域会在国网公司的组织和推动下，完成由二维设计平台向三维设计平台的全面转变，三维设计凭借多视角、全方位的图形展示界面，以及其图纸联动调整及自动净距校验等功能，正在越来越多被电力行业设计单位采用。

三维设计凭借在变电站工程数字化、可视化和移动互联网领域的关键技术以及对工程建设和运行的深刻理解，正在逐渐成为电力设计单位的智能辅助工具。

结合某新建模块化智能变电站工程，讲述三维设计过程的优缺点，并提出发展建议。

关键词：电网建设；变电站；三维设计；模型；协同设计
引言
国内变电三维设计软件设计起步较早，但主流软件基本都以电气一次专业为主、涵盖部分土建专内容，如构支架等，与其他专业协同不足、对外接口不足（如与结构计算软件的接口），数据转换等存在瓶颈，尚无法完全满足数字化移交需求。

另外，三维设计软件与三维地理信息系统之间也缺乏联系，深度和广度都有待扩展。

1、三维设计在工程设计中的具体分析
1.1采用标准数据库为核心的数字化设计
（1）变电站三维设计以工程数据库为核心，相关联的图纸能自动生成。

数据库设备模型采用国网公司通用模型库（2018年版），模型文件统一采用GIM格式，这就从源头上对设备型式进行了统一。

（2）在工程设计过程中，各专业在协同平台同步开展，本专业图纸的调整修改相关专业设计人员均能看到。

通过数据共享实现工程一处设计修改，多张相关图纸自动更新，并及时对相关设计人员进行提醒，避免了专业间多次提资带来的信息传递错误，有效降低了专业间接口出错的概率。

1.2标准化设计体系
三维设计平台作为设计单位专业知识和设计基础数据的载体和应用工具，通过提供标准化工程库和设备数据库等资源，帮助设计人员实现“海量检索”、“精确定位”和“全盘复用”的作业模式。

设计人员在工程设计阶段，可根据工程具体需求选用不同的设备型式。

数据库设备选型可根据“型号”、“厂家”、“电压等级”等信息进行快速检索，便于设计人员进行选择。

1.3变电站三维协同设计
基于同一工程模型的协同设计体系缩短了专业之间的提资接收周期，并减少了专业间提资的工作量。

最大限度共享专业间设计成果，避免重复工作。

变电一次、变电二次及变电土建专业人员在同一平台开展工作，在线完成专业间提资及校审，图纸的更新、修改一目了然，相关图纸数据自动更改。

相比常规CAD制图设计，采用线下提资确认的方式，不仅提高了设计工作的效率，同时降低了专业间多次提资引发出错的风险，有效提升了设计工作质量。

1.4精细化设计
（1）基于三维模型的精细化设计，具有管线综合碰撞检查、安全净距校核等能力，从根本上避免设计错误，避免返工，有效节约现场解决问题的时间。

三维设计软件自带碰撞检查功能，可自动检验变电站设备基础之间、基础与电缆沟、基础与预埋管间的碰撞检查，并通过三维设计展示立体空间，可视化效果好。

相比二维设计平台，空间上的交叉碰撞，只能依靠设计人员的空间想象分析判断，在错综复杂的设备基础及设备间的布置方式下，很难直观的发现问题。

（2）安全净距校核功能可根据设计人员需求，自动校验不同电压设备间、设备与地之间的安全距离是否满足要求。

在变电站出线回路较多或接线型式复杂的情况下，带电设备与导线存在空间上的交叉，仅依靠二维图形界面进行设计，安全距离校验费时费力且错误率高。

三维设计不仅提供了全方位360度旋转观察，且通过自动净距校验功能，有效降低了设计周期，提升了设计工作效率。

1.5设计成果共享
变电站工程设计一般分为可行性研究设计、初步设计、施工图设计及竣工图设计四个阶段。

三维设计在四个阶段中共用一个设计模型，在设备招标阶段建立变电站模型，通过设计信息的不断细化在各阶段进行流转，最大限度实现了设计成果在整个设计周期的共享，有效缩短了设计周期。

2、三维设计在变电站工程中的应用方向
2.1定制概预算软件接口
目前三维设计软件与技经软件接口较少，会大大影响整体设计效率。

建议从数字化三维设计成果中提取的全站材料清册及各类安装工程量，直接经由概预算软件计算出工程造价。

该建议实施后，不仅能快速进行工程建造经济性分析，同时可对比不同方案造价分析，提高方案比选效率，为工程投资方决策提供精确的参考数据，其时效性、准确性相比于传统方式具有巨大的优势。

2.2定制P3等工程软件接口，推进4D模拟施工
建议在设计阶段即采用三维数字化设计进行施工、运维过程的模拟（4D技术），如模拟大型设备吊装、模拟检修维护、模拟扩建陪停电等，已确认方案的合理性。

目前，三维软件本身虽然可以实现设备运输、施工吊装等模拟，但无法进行负荷计算等。

有专门的施工软件可以进行吊装计算及模拟等，但与以上三维设计平台的接口欠缺。

另外，在设计过程中建立的三维模型，使用项目管理工具把施工的进度信息导入，将施工进度信息与三维模型进行关联，在施工前期便可做到基于三维模型工程的施工进度模拟，整个过程直观可视，方便施工的预案提出，更好的做到施工过程的整体规划。

2.3开发三维运检功能模块，实现智能运行维护
开发软件接口，实现变电站三维设计成果与智能三维运维平台的无缝衔接，以三维平台为工具，逼真还原变电站真实场景和后台数据；用虚拟现实建模语言描述三维场景和实现漫游，实现人机交互、变电站工艺设计、三维场景的自动漫游、特定位置选定、碰撞检测、
设备信息查询、搜索等功能。

在二维信息系统与三维场景融合的基础上，为变电站运维人员提供了三维巡检、人员培训、档案查询、远程实时监控、模拟扩建等智能运维方式，大幅减少运维工作量，提高变电站运行维护效率。

2.4开展变电工程三维模型标准化研究
研究设计及建设对三维模型的建模需求，同时兼顾运行需要，提出满足应用需求、高效率的、简化的设备模型，适应变电站整体模型对文件体量的控制，形成标准恰当的三维模型标准化方案，使模型参数得以优化。

比如结合目前国网公司推行的模块化变电站，开展模块化变电站的三维设计标准化工作。

2.5构建三维设计成果应用体系
构建三维设计成果集中管理和应用体系，打造公司电网工程权威数据源，全面整合公司内外电网工程信息资源，实现公司电网工程数据的集中管控，切实保障公司电网核心数据和信息安全。

为公司电网决策支持、规划设计、工程建设、运行维护等提供全方位、多层次的工程数据服务。

2.6研究电网工程数据加密及标准格式转换技术
开展“电网工程数据加密及标准格式转换技术研究”，深入分析电网工程数据加密及标准格式转换要求，研究电网工程数据加解密、压缩、电子签章、标准化格式转换等技术，保证工程数据的可追溯性、确定性、完整性、不可更改性，实现电网工程数据原始数据的格式统一和规范。

结束语
三维设计工作目前虽然还处在试点阶段，但推广应用已势在必行。

下一步国网公司将依托“三通一标”要求，进一步细化通用设备模型库，完善公用设备模型。

同时，在模型创建技术要求、设计深度要求、成果移交要求等方面需进一步细化梳理，出台相应文件，真正达到工程三维设计、三维评审及三维移交的目标。

参考文献：
[1]杨银捧.新时期我国变电站建设与三维设计存在的问题及对策分析[J].技术与市场，2018，25（01）：158.
[2]张龙骧.变电站工程三维设计研究[D].华北电力大学（北京），2017.
[3]张元杰，朱宜鸥.变电站工程三维设计中几点问题的探讨[J].建材与装饰，2015（49）：243-244.。