乾乾科技三維數字化設計在變電站建設中的應用

張鐵馬/天津乾乾科技有限公司

乾乾科技三維數字化設計在變電站建設中的應用

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傳統的二維設計各個專業、各個設計人員溝通和協同工作的效率不高。三維是建立在平面和二維設計的基礎上，讓設計目標更立體化、更形象化的一種新興設計方法。三維設計中，各個專業設計人員在一個協同的環境下建立一個三維模型，而這個模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設計人員就容易發現問題，再通過碰撞檢查，可以檢查出專業之間的碰撞，將設計中差、錯和碰等問題降至最低，大大提高設計質量。

乾乾科技；變電站工程；三維數字化設計

本文以乾乾科技三維數字化設計在變電站建設工程中的應用為研究對象，在比較了三維設計和二維設計的基礎上，詳細介紹了采用三維數字化設計技術的應用情況，尤其是在設計方案優化、專業資料共享、軟硬碰撞檢查和抽取平斷面圖等方面的應用上進行了闡述。

前 言：目前變電工程的設計普遍采用的是二維設計手段，是依賴設計者的空間想象力和制圖技能完成空間設計的，對工程總體空間布置的經濟技術比較和優化缺乏控制，這種設計方法對設計質量缺乏高效的控制，工作效率較低，難以適應精細化和信息化的需求。

采用三維設計后，由于設計更加精細化，產品質量大大提高，校核后需要修改的內容大大減少，整個設計產品的生產周期大大縮短，大大提高了設計效率。

一、三維數字化設計

（一）三維數字化設計的內容

三維數字化設計是針對二維設計而言的，在三維設計中，所有變電站中的設備都是通過三維模型展現的，可以更直觀、精準地描述各類設備的空間關系。數字化設計要形成以數據庫為核心的設計成品的數字化體系，實現與設計評審、設備采購、工程建設招投標、現場施工管理、資產管理、生產管理等各個階段的高質量數字化連接，并最終形成一個終生存儲工程信息的管理平臺，實現變電工程全壽命周期的數字化管理。

三維數字化設計首先必須針對變電設計項目整體，涵蓋變電工程設計工作的全部專業內容，對應于電氣、土建、結構、水暖、場地等專業。基于強大的數據庫后臺，實現所有結構化和非結構化設計數據的綜合管理。通過設計工具分別進行二維原理圖、三維設備布置、場地、建筑等的設計，完成電氣、土建等相關計算校驗和材料統計，出具施工圖紙。

（二）乾乾科技三維數字化設計

乾乾科技三維數字化設計系統以大型網絡數據庫為支撐，以三維為手段，將變電設計當中涉及到的電氣、結構、建筑、水工、暖通、總圖等專業的設計工作集成到統一的系統上。實現各專業的協同設計，避免由于傳統互提文件資料方式帶來的信息不一致的問題；提高設計精細化水平，在三維下進行準確的安全靜距校核與材料統計；并應滿足數字化移交的要求。

變電三維數字化設計系統由協同設計子系統，專業設計子系統，數字化移交接口子系統構成。其中專業設計子系統涵蓋了電氣一次設計，電氣二次設計，結構設計，總圖設計，建筑設計，水工設計，暖通設計等專業設計軟件。

乾乾科技變電站三維數字化設計解決方案是以數據庫為核心驅動的軟件系統，在該系統上可以方便的實現典型設計模式，基于典型項目庫中的初設（施工圖）深度的標準方案，在簡捷的操作界面上快速完成設備參數及接線的修改，執行“刷新”操作后就可以實現所有關聯圖紙的自動刷新，包括三維布置圖、間隔斷面圖、設備安裝圖、材料表等，進而完成新項目的合計。

二、三維數字化設計技術的應用

（一）三維數字化設計的特點

三維設計中，各個專業設計人員在一個協同的環境下建立一個三維模型，而這個模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設計人員就容易發現問題，再通過碰撞檢查，可以檢查出專業之間的碰撞，將設計中差、錯和碰等問題降至最低，大大提高設計質量。

（二）乾乾科技三維數字化設計系統應用

1.圖形操作功能。三維顯示地物，如輸電線路走向、弧垂和鐵塔高度、位置等。圖形以三維實景方式實現平滑放大、縮小、旋轉、沿預定線路漫游、繞固定點飛行等圖形觀察功能。另外，為了展現在用戶面前時不管是局部還是全景，都會顯得清晰而不雜亂，還可以根據需要設置縮放倍數和地物顯示的縮放級別。

2.地物屬性查詢和統計功能。根據用戶習慣設置多種不同的搜索方式，利用模糊查詢和精確查詢相結合，任意查詢統計線路及設備臺賬。

3.空間數據挖掘功能。根據大量的空間數據和非空間數據，建立空間數據倉庫，采用聚類、分類及空間關聯算法，在一定程度上完成對運行模式的提取和空間分析，給運行人員提供輔助決策。

4.空間查找和定位功能。根據用戶輸入的信息，采用空間索引技術，迅速查找到空間地物并做出標注，且將查找到的地物置中。如果沒有查找到，則給出提示對話框。

5.主接線圖管理功能。三維圖形和二維主接線圖可以相互對應，并且將實時采集的信息量作為多個字段寫入數據庫中，如果希望在主接線圖或GIS圖上顯示這些量，可以通過程序將數據從數據庫中讀出并反映到界面上。

6.圖形輸出打印功能。可以打印三維全景圖和二維主接線圖。

三、三維設計存在的問題

三維設計可以提高效率，但與二維設計相比，也有不足的方面。

1.建模比較簡單，但不易修改。設計往往修改頻繁，尤其是核電工程，修改工作占有相當大的比例，從出圖的速度來講，三維設計方法不占優勢。

2.穩定性有待提高。越是復雜的東西便越難維護，三維軟件亦是如此，其往往由多個專業軟件組成，結構復雜，在運行過程中占用的內存大。一旦出現問題，大部分很難找到原因，非專業人士解決起來較為困難，影響使用者的積極性。

3.數據維護成本高。三維設計中產生的問題大部分由數據庫引起，為了減少問題的發生，必須投入人力認真維護好數據庫。三維軟件設計復雜，使數據維護成為一個既需要一定的專業知識作為指導，又很繁瑣、易錯的工作，這加大了數據維護的成本。

三、結論

三維數字化設計具備高效、直觀、智能的特點，在適應變電工程日益復雜、設計周期短暫以及數字化移交等要求的同時，完善了設計師充分表達設計思想的手段，是促進項目更高質量、更快速度完成的助推器，也是實現變電工程全壽命周期管理的有效工具。在變電設計數字化中，設計師的水平與乾乾科技三維數字化設計軟件本身都需要不斷的發展與提高，共同推動變電設計行業的技術進步。

[1]羅伯特s.平狄克，計量經濟模型與經濟預測（錢小軍），機械工業出版社，1999，3～9

[2]張俊杰，現代企業設備管理講座，清華大學，2008，5～16.

[3]羅斯·肯尼迪，可靠性維修RCM和全員設備維修TPM，澳大利亞TPM中心，2007，23～47.