变电工程数字化三维设计的深入应用研究

的体现设计想法和创新亮点。

2）可行性研究阶段

本阶段的数字化设计侧重于地学信息应用[8]，利用地理信息系统、勘察数据系统以及水文信息数据指导变电站站址选择、大件运输方案。

3）初步设计阶段

搭建全专业全员参加的数字化设计平台，开展电气、结构、建筑、水工、暖通、总图等各专业的协同设计。通过三维布置，在数据库里的标准化三维方案基础上，对各电压等级配电装置场地进行优化，以碰撞校验和电气距离校验确保尺寸优化的合理性。

实现多专业并行设计模式的协同设计。优化总平面布置时，配电装置与建筑物优化同时展开，电缆沟布置与设备支架布置同时展开，基础与排水设施同时布置。避免工作质量通病，提高设计效率。

该阶段需要提交满足初设深度要求的数字化变电站模型数据，以供评审单位、招标单位、建设单位使用。

4）施工图设计阶段

在施工图阶段，根据中标的厂家资料，绘制三维模型并录入模型库；在前阶段三维成品基础上，根据实际施工图内容进行智能替换布置。在二维接线图中，更新设备参数，并与新更换的三维设备作智能关联。剖取各配电装置型式的断面图，并按图纸深度要求，自动提取设备信息，作设备标注、定位标注、材料统计等。通过各专业的三维模块工具，三维设计二维出图，完成主要施工图卷册的出图工作。

设计完成后，通过三维渲染，输出变电站整体渲染效果及三维动画，展现变电站三维全景，更加准确的反映工程项目实际情况。实现虚拟交底，让业主单位对建设效果实时掌握，同时也让施工单位人员对一些特定的工程细节有了直观、准确的把握，从而如实的反映设计思想、体现设计理念。

5）运行维护阶段

三维设计为业主提供传统设计产品的同时，还交付给业主与采购、施工安装、运行、资产管理相关的数字化设计成品，协助业主建立交付平台。工程数据流可用于变电站设计、建设、运行维护各个阶段，增加设计成品的附加值。

3 变电工程数字化三维设计的效益分析

3.1 出图质量和效率

采用三维协同设计手段后，直观可视性显著提升，设计质量、设计效率有效提升，其最大的特点就是实现了“三维设计、二维出图”，方便施工和运行人员。三维设计基于底层数据库驱动，图形、数据同步实时更新，具有关联性，可确保同一元素在不同图纸中的惟一性，从而使得设计成品优良率100%。

基于三维设计软件开展变电站设计，包含工艺设计与布置设计两大块。工艺设计重在原理、流程，而布置设计则重在相关位置、几何尺寸等。由于采用基础数据库为设计依据，因此设计重点逐步倾向于工艺优化方面，同时也实现了从设计源头实现工艺标准化目标。

更重要的是，三维设计强调专业间的协同互动，各专业使用统一平台进行设计，各专业设计内容实时更新，形成高效的设计互动，成果共享，避免了由于传统互提文件资料方式带来的信息不一致的问题。三维协同设计效率较传统工作模式可提高40%~60%。基于三维协同设计的变电站设计流程如图1。

图1 基于三维协同设计的变电工程设计流程图

3.2 效益分析

变电三维数字化设计系统以兼容性很强的大型网络数据库为支撑，以三维为手段，将变电设计当中涉及到的电气、结构、建筑、水工、暖通、总图等各专业的设计工作集成到统一的系统上。

在三维下进行准确的安全净距校验与设备材料统计等，提高了设计精细化水平，并满足了电力公司对于数字化移交的要求，对实现电网企业现代化管理水平跨上新台阶具有重要意义。

1）提升设计手段

①三维设计以数据库作为基础，由数据来驱动图形。实现数字化设计的目标。

②三维协同设计支持专业内以及专业间的协同设计，所有的项目人员在同一个整体设计环境下，即同一个数据库支撑，一次输入多次利用。

③自由灵活的2D/3D混合工作流，使得所有的布置图纸都是对三维模型的全部或部分采用切面功能自动生成，既保证了设计图纸的一致性，又保留了原先施工图采用二维图纸的习惯。3D模型和经过再符号化的富含工程意义的2D图面能够智能联动，更改了三维布置，二维图纸会自动更新；更改了二维图纸，三维布置也会随之变动。

④三维平台具有强大的可视化功能，提供动态漫游、高级仿真渲染等高级功能。预览建成后的变电站全貌，增强变电站可预期性，指导工程的施工。

2）保证设计质量

①三维软、碰撞检查和安全距离校验功能，能够让设计人员根据需要随时进行碰撞检查和带电距离等校验工作，大大提高了设计质量，在工程初期设计阶段就能够避免一些错漏，为工程的施工、管理带来很大帮助。

②三维设计通过标准设备型号库来给各种设备赋予信息、属性。在标准设备型号库中，每一个条目均可录入或修缮相对应设备的数据。在工程的不同阶段、不同人员可以共享这些数据信息，这一功能保证了各种设备或管理台帐的完整性、准确性和惟一性。

③基于数据型号库中的设备代码信息，可实现接线原理图中二维符号和布置图中三维模型的设计数据关联，从原理图中的符号直接导航到布置图中对应设备的模型，反之亦可。并且导航到的设备会高亮显示，方便设计或管理人员的查询。

④工程量统计准确，变电站主要设备、设计数据、材料数据的自动汇总统计均取自于底层数据库，既准确又方便，避免人为的疏漏。并为材料采购、技经统计等环节提供数据支持。

3）提高设计效率

三维设计采用多专业协同设计模式，各专业在统一平台协同工作。系统自动存放所有结构化的工程信息；非结构化信息则通过交互形式提交给系统；管理平台与专业应用软件集成，直接获得软件输入和输出信息，而形成包含数据、三维模型、图纸和文档的完整的工程信息。

多专业协同设计模式避免了二维模式下专业之间无法进行及时有效的沟通，配合时容易出现的问题。同时改变了常规设计的串行设计模式为并行设计模式，缩短项目的设计周期。

4）提高设计产品附加值

①三维设计方案依靠直观的界面和便捷的操作，能够更容易在三维平台中实现布置的优化设计，为业主提供更合理、经济的布置方案。

②三维设计平台具有很强的数据库功能，可以将估算的数据精确化，分散的数据集中化，为业主提供数据翔实的三维模型设备台账，并与变电站的状态检修数据进行衔接，实现对设备全寿命周期管理，为变电站后期维护改造提供方便。

③三维设计为业主提供传统设计产品的同时，还交付给工程业主与采购、施工安装、运行、资产管理相关的数字化的设计成品、设备数据、材料数据及其技经数据。

4 变电工程数字化三维设计的应用发展

变电工程设计全面应用数字化三维技术，建立起统一的数字化设计平台，实现设计、建设阶段的可视化、智能化、实现信息在全寿命周期的共享，最终向业主移交数字化变电站模型，这将是变电工程数字化三维设计的发展方向，集中体现在基础信息集成化、数据模型一体化、设计成果数字化、成果应用全程化等几个方面。

4.1 基础信息集成化

拥有一体化的多元地理信息系统，该系统包括地理空间数据、电网空间数据、电网专题数据、污区专题数据、水文信息数据等，通过三维可视化和信息化技术，支持变电站站址选择、站区规划及大件运输方案确定等工作。

如结合数字高程模型、数字正射影像、地球地理信息系统[8]等，建立变电站三维选址平台，利用航测、遥感和地理信息技术，对变电站站址进行优选。

4.2 数据模型一体化

具备方便、快捷构建多维信息模型的能力，扩展性强。多维信息模型是数字化三维设计及变电站全寿命管理的核心和基础，它是在三维模型的基础上，加载了设备、材料的基本信息，如数量、参数及技术规范、模型间相互关联关系、与外部环境的关系、时序关系等内容，它的扩展性体现在其数字化成果——多维信息模型可随设计、建造、运行等工作的逐步开展而不断充实，可以在建设、生产运维阶段赋予更详细的数据信息。

“数据模型一体化”在近几年国家电网公司推进的通用设备应用也能起到推动作用。将通用设备中的名称、编号、技术参数、电气接口、二次接口、土建接口等相关要求均集成到模型属性中，充分利用三维软件平台中强大的数据应用及管理功能，对通用属性数据做固化处理，充分贯彻执行全流程应用通用设备的理念。同时，在整个工程建设过程中包括最后的闭环收口环节，均可通过模型属性数据对通用设备的执行应用情况做明确的记录和管理，实现通用设备应用和管理的完整闭环。

4.3 设计成果数字化

具备设计过程可视化、集成化和智能化功能。

可视化。利用先进的建模技