基于 ProjectWise的變電站三維協同設計

◎ 山東電力工程咨詢院有限公司 李波

計算機技術的不斷發展和三維工廠設計系統的不斷完善，使三維設計手段已逐步進入到各個傳統設計領域，如電力、石化、建筑、制造行業等。隨著電力工程復雜度不斷增加及建設單位對設計精細化要求的不斷提高，電力設計行業正在大力推廣三維設計，同時多專業協同設計也逐漸成為電力設計行業的發展趨勢。

三維設計軟件在電廠設計工程中已有了較長時間的應用，取得了顯著的經濟效益及大量使用經驗。隨著三維設計技術的不斷發展，變電站設計也要經過一個從二維到三維的轉變。可以說，變電站設計的三維化、數字化是大勢所趨，是設計手段發展的必然結果，傳統的變電站設計手段必然會被三維數字化設計手段取代。

目前，三維設計已逐步進入變電站設計領域，并已經得到了國內各電力設計院的重視。山東電力工程咨詢院自 2009年引進了一系列三維設計軟件后，積極進行了三維設計的推廣應用，并取得了良好的效果。于 2010年引進了ProjectWise系列軟件，開展了三維協同設計及數字化移交工作的探索。

變電站三維協同設計是一項涉及多個專業的復雜工程，對設計平臺及各專業間的配合都有很高的要求。本文即從以下幾個方面探討變電站三維協同設計的應用。

變電站三維協同設計探討

1、三維協同設計平臺

目前山東電力工程咨詢院計算機室設有三維設計專用服務器，內外網各設一臺，裝有 ProjectWise服務器端、數據庫和其它相關軟件及服務。內網PW服務器主要作為協同設計平臺，用于電網院內部各專業的設計工作，并用于工程設計資料的收集、整理和存放以及三維設計成品的存放。日常三維協同設計工作在內網服務器平臺上進行，采用C/S（客戶端/服務器）模式，各專業設計人員在終端計算機上進行設計。外網 PW服務器用于數字化移交，業主單位及施工單位等可根據賦予的訪問權限，通過公用 Internet網絡訪問山東電力工程咨詢院的外網服務器，進行文檔、圖紙的瀏覽、下載等。

2、三維協同設計人員組織形式

目前山東電力工程咨詢院的三維協同設計以工程項目為單位進行，設總項目負責人。具體工作人員根據工程需要，從各專業選擇優秀設計人員進入項目組擔任主設人，并進行三維設計及PW平臺使用方面的培訓。

協同設計以各專業為依托，各專業人員在專業內獨立進行設計，協同工作在PW平臺上完成。目前變電站工程的三維設計共涉及變電電氣一次、變電電氣二次、通信、土建四個專業，其中土建專業還包括了水工、暖通專業。各專業內的工作任務由各專業主設人負責。

3、三維協同設計的標準化

三維協同設計由多專業共同參與，工作量大，內容復雜，需要制定企業級的標準化規范，以保證設計質量。Bentley公司的三維設計軟件支持IEC、GB等標準，還支持企業自定義標準，可按照企業自身的特點來確定標準化的內容。

（1）統一制圖環境

為便于各專業協同，首先應統一各專業制圖環境。各專業在制圖時必須嚴格規定創建模型時使用的種子文件及工作單位。報表模板及項目初始化模板（字體等制圖標準）、各種圖紙模板、設備編碼體系等也需要統一。在項目準備階段，需要確立這些標準化的內容，以滿足標準化設計的需要。字體、圖標、圖框等執行山東院院標設計作業程序中有關規定。

（2）統一坐標系統和坐標原點

為保證各專業間最終模型總裝及專業內部二、三級分解模型能準確方便的組裝在一起，及時查看相互間的位置關系以及保證碰撞檢查結果的正確性，所有專業的各級模型的創建，必須嚴格遵循同一個坐標原點位置及軸網文件，坐標原點及軸網文件確定后，不得隨意改動。軸網的位置亦不可隨意旋轉、移動或縮放。專業設計中統一采用軟件提供的 ACS坐標系，不得隨意改動坐標系。坐標原點統一為全局原點 “（0,0,0）”，變電站參考坐標點與坐標原點的對應關系可在項目開始時由電氣及土建專業協商確定，各專業均需按照與坐標原點的對應關系制圖。

（3）統一模型制作

計算機實驗中心的建設要多功能化。現在的計算機設備硬盤比較大，計算機技術也支持一臺機安裝多個操作系統。實驗教學中心可以根據自己學校的教學實際需要、學科特點、計算機教學功能需求，將每個計算機實驗室的計算機設備安裝多個操作系統，在不同系統下根據教學功能需求安裝相應計算機應用軟件。過去傳統的計算機實驗教學中心功能單一，只能承擔全校的計算機公共課教學任務，各分院(系、部)還都要建設自己的專業機房，實驗室重復建設，設備利用率低，分院(系、部)缺少計算機專業實驗教師去維護與管理，設備故障率高，造成財力、人力資源的浪費，這樣建設不適用于辦學經費有限的地方高校。

主要包括山東電力工程咨詢院三維設計圖形庫的統一管理，以及對三維模型制作時種子文件、建模深度、模型校核、模型命名方式、模型制作層次劃分的統一。山東電力工程咨詢院的三維設計中電氣專業統一使用“sdepci”圖形庫，存儲于服務器中，其中包含二維符號及三維模型。各種符號、模型采用分層、分專業存儲，以便于查找和使用，圖形庫中的目錄結構如下圖：

圖1-圖形庫目錄結構圖

（4）統一材料報表模板

在三維設計中，自動統計材料量并根據模板生成材料報表是一項非常重要和實用的功能，為保證軟件所生成的報表清晰、完整，應統一制作報表模板。報表應包括以下屬性：名稱、型號及規格、單位、數量、廠家、備注等。

4、三維協同設計基本流程

在山東電力工程咨詢院開展的變電站三維協同設計工程中，首先由設總確定項目組人員及各專業主設人，各專業主設人再根據工作內容進行本專業內工作分工。然后各專業進行二維原理圖設計、三維建模等工作，完成后在統一圖紙中進行三維協同設計，總裝完成后進行碰撞檢查、三維效果制作、施工圖進度模擬等后期工作，最后進行數字化移交。

5、協同設計平臺文件的管理

ProjectWise軟件作為三維協同設計的平臺，為用戶提供了協同環境，可建立文檔從產生、編輯修改到運維應用全過程的內容管理環境。在PW平臺上，為了實現各個環節的相關設計人員高效地進行文件的存放和交換，提高設計效率及準確性，有必要對文檔管理相關內容進行規定。

（1）文件存放的層次結構

文件的存放應該具有清晰的層次結構，既要滿足三維協同設計的要求，提高設計效率；又要有明確的專業劃分，以方便文檔的檢索和實現文檔的權限設置。

圖2-圖材料報表模板示例

圖3-三維協同設計流程示意圖

圖4-PW平臺文件存放層次結構示例

山東電力工程咨詢院變電站三維設計中的所有項目文件均存放在PW服務器上，服務器數據庫命名稱為：“山東電力工程咨詢院協同平臺 ”。總目錄下根據工程電壓等級、工程名稱、設計階段、專業劃分、文件內容等共劃分了五級目錄結構，目的是為了使各個環節的相關設計人員都可以高效地進行文件的查找、存貯和交流。

（2）文件夾/文檔權限設置

文件的權限設置的主要目的是防止文檔的隨意修改和移動，保證文檔存放的規范性和安全性，同時對文檔進行過程管理，以便查看設計文檔的設計狀態和使用情況。文件的管理還應考慮通過權限的關聯設置來實現設計文件的校核、審核及專業間的資料交接等流程。

圖5-文件夾/文檔權限設置示意

工程中為保證協同設計過程中文件的安全性及準確性，需根據設計人員的工作范圍及工程需要設置文件及文件夾的操作權限。山東電力工程咨詢院協同設計的公共參數及模板設置由服務器管理員統一負責，工程組人員由設總通知管理員增加。項目組以變電工程為單位，設總為最高權限，其權限由服務器管理員賦予。工程下各專業內文件夾最高權限為各專業主設人（暖通、水工專業由土建專業主設人負責），由設總賦予權限。

6、成品校審及資料互提

三維設計成品的校審及專業間資料的交接這兩方面的工作需要在 PW平臺的基礎上進行二次開發，并依據山東電力工程咨詢院質量管理體系中的相關規定執行。通過PW平臺的定制，可實現專業間資料互提、電子化校審。校審工作以各專業為單位執行，各級校核及修改工作全部在協同設計平臺上完成。

結語

目前的變電工程中，大型高壓、特高壓工程不斷增加，面對日益龐大和復雜的工程，傳統二維設計方法無論從工程規模、設計質量、設計工期、數據整合，還是業主對工程精細化管理的要求，都已經顯現出對復雜工程駕馭能力的不足。面對新的機遇，發展三維協同設計和數字化移交，是設計手段發展的必然趨勢和方向，也是山東電力工程咨詢院提升核心競爭力，保持行業領先地位的客觀需要。

三維協同設計是一項多專業參與的系統工程，三維設計的工程應用是一個漫長的積累過程，開展前期需要投入大量的基礎性工作，不僅需要掌握設計軟件功能，更需要對協同設計流程及方式進行標準化。

目前山東電力工程咨詢院的變電站三維協同設計在院領導的關注及電網院設計人員的共同努力下積極推進，穩步提高，為今后的工程應用打下了堅實的技術基礎。山東電力工程咨詢院將更深入的研究并推廣三維協同設計手段，繼續深化各專業間的協同設計，繼續完善三維設計平臺的管理，進一步提高山東電力工程咨詢院變電站三維協同設計水平。

圖6-PW平臺中校審流程示意圖