沙州750kV數(shù)字化變電站
——信息技術(shù)與數(shù)字化移交

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)速度和技術(shù)水平提出了越來(lái)越高的要求，應(yīng)運(yùn)而生了“數(shù)字化電網(wǎng)”建設(shè)理念。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式已經(jīng)越來(lái)越難以滿足業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)成品質(zhì)量的要求，為此業(yè)主提出了變電站全生命周期管理的需求，因此在電力設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生“數(shù)字化變電站”的概念。

沙洲站建設(shè)規(guī)模

沙州750kV變電站站址位于甘肅省敦煌市七里鎮(zhèn)，距敦煌市區(qū)約22km。屬敦煌盆地的沖洪積平原，地貌單元屬戈壁平原。海拔高程在1272～1276.50m之間，總體地形平坦、開(kāi)闊。變電站建設(shè)規(guī)模為總用地面積18.683hm2，靜態(tài)投資107168萬(wàn)元、動(dòng)態(tài)投資112057萬(wàn)元。工程本期裝設(shè)1臺(tái)，遠(yuǎn)期裝設(shè)2臺(tái)2100MVA主變壓器；750kV本期6回出線，遠(yuǎn)期10回；330kV本期5回出線，遠(yuǎn)期18回。

沙州750kV變電站位于新疆與西北主網(wǎng)第二條聯(lián)網(wǎng)通道上，其工程的建設(shè)意義在于可增強(qiáng)新疆與西北主網(wǎng)功率交換的能力，同時(shí)提高新疆能源資源在西北電網(wǎng)中優(yōu)化配置的能力，為“疆電外送”一系列直流工程提供網(wǎng)架支撐，保證直流外送工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。

西南電力院根據(jù)業(yè)主提出的“變電站全生命周期管理”的需求，將先進(jìn)的BIM技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化變電站的協(xié)同設(shè)計(jì)中，最終實(shí)現(xiàn)了本工程的全面數(shù)字化移交。

拉薩±400kV換流站

裕隆±800kV換流站（直流場(chǎng)）

沙州750kV變電站項(xiàng)目所面臨的挑戰(zhàn)包括：站區(qū)氣候條件惡劣（沙塵天氣、極端低溫）；站區(qū)布置緊湊；需要嚴(yán)格校核帶電距離及進(jìn)行地下設(shè)施碰撞檢查；工期緊，不容許由于“錯(cuò)、缺、漏、碰”等設(shè)計(jì)原因引起的返工；業(yè)主需要進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)成品（包括精細(xì)化圖紙、精細(xì)化電纜敷設(shè)）；整個(gè)工程按業(yè)主要求進(jìn)行數(shù)字化移交。

基于以上項(xiàng)目挑戰(zhàn)，西南電力院BIM項(xiàng)目組，通過(guò)BIM技術(shù)應(yīng)用于該項(xiàng)目從而實(shí)現(xiàn)了變電站的設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化管理、變電站建設(shè)階段的數(shù)字化采購(gòu)、數(shù)字化施工、信息化和可視化管理，全面完成了數(shù)字化移交。

數(shù)字化變電站概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)速度和技術(shù)水平提出了越來(lái)越高的要求，應(yīng)運(yùn)而生了“數(shù)字化電網(wǎng)”建設(shè)理念。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式已經(jīng)越來(lái)越難以滿足業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)成品質(zhì)量的要求，為此業(yè)主提出了變電站全生命周期管理的需求，因此在電力設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生“數(shù)字化變電站”的概念。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO TC184與國(guó)際電工委員會(huì)IEC TC65于2011年最新提出的數(shù)字化企業(yè)和數(shù)字化工廠的建議性定義是：標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

數(shù)字化變電站建設(shè)的基本目標(biāo)是將變電站所有信號(hào)數(shù)字化、所有管理的內(nèi)容數(shù)字化，然后利用先進(jìn)的控制技術(shù)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站可靠而準(zhǔn)確的控制和管理。

結(jié)合上述數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)模型，西南電力院從全生命周期角度提出數(shù)字化變電站BIM實(shí)施方案：在變電站設(shè)計(jì)中采用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，為變電站的建設(shè)提供高品質(zhì)的設(shè)計(jì)成品；采用變電數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)變電站設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化管理；充分利用國(guó)網(wǎng)公司的數(shù)字化采購(gòu)平臺(tái)，結(jié)合西南電力院的數(shù)字化設(shè)計(jì)成果，實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)階段的數(shù)字化采購(gòu)；推動(dòng)施工單位利用變電站三維模型，采用虛擬建造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化施工；建立變電站建設(shè)階段管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)階段的信息化管理；使用項(xiàng)目管理軟件，實(shí)現(xiàn)建設(shè)和施工的工程進(jìn)度管理，結(jié)合變電站三維模型，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的可視化管理。

通過(guò)數(shù)字化移交，一方面可以為業(yè)主提供數(shù)字化采購(gòu)支持，業(yè)主可以通過(guò)數(shù)字化移交平臺(tái)獲得采購(gòu)所需的全部數(shù)字化信息。在產(chǎn)品詢價(jià)階段，西南電力院提供所有建設(shè)電廠所需的設(shè)備和元件的技術(shù)規(guī)范書，指導(dǎo)業(yè)主按照設(shè)計(jì)需求向各廠家詢價(jià)。在合同簽訂階段，提供準(zhǔn)確的設(shè)備以及零部件的具體型號(hào)和精確數(shù)量，便于合同的簽訂，減少浪費(fèi)。在監(jiān)造到貨期間，提供管道配管詳圖、鋼結(jié)構(gòu)詳圖等，縮短商品監(jiān)造到貨的工期。

通過(guò)數(shù)字化移交，另一方面還可以為業(yè)主提供數(shù)字化施工支持。大件運(yùn)輸模擬、大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬、大型設(shè)備安裝、檢修模擬等等一系列支持。

數(shù)字化施工支持

西南電力院在電廠建設(shè)階段信息系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)研發(fā)方面具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的水平，曾經(jīng)為國(guó)華、國(guó)電、華電、中電投、北方電力等多家發(fā)電集團(tuán)公司和企業(yè)設(shè)計(jì)、供應(yīng)電廠建設(shè)階段信息系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的公司之一，該系統(tǒng)的軟件研發(fā)成果獲得了國(guó)家、省部級(jí)多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。近二十年來(lái)為一百多個(gè)電廠建設(shè)管理單位提供了設(shè)計(jì)、系統(tǒng)供應(yīng)和技術(shù)服務(wù)，完善的管理功能和強(qiáng)大的技術(shù)支撐為電廠建設(shè)過(guò)程的全面數(shù)字化管理、為竣工決算提供的系統(tǒng)性的精確結(jié)果，一直受到業(yè)界的好評(píng)。變電站建設(shè)階段信息系統(tǒng)，以計(jì)劃管理為龍頭，進(jìn)度控制為主線，投資管理為核心，設(shè)備管理為基礎(chǔ)，質(zhì)量安全管理為保證的涵蓋整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程的管理。

建設(shè)階段信息系統(tǒng)中，作為主線的進(jìn)度管理系統(tǒng)，通過(guò)工程進(jìn)度管理軟件P3，與變電站基建MIS共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)工程的進(jìn)度管理。

數(shù)字化設(shè)計(jì)

變電數(shù)字化設(shè)計(jì)是多專業(yè)參與的設(shè)計(jì)，涉及到的專業(yè)比較多。

傳統(tǒng)變電設(shè)計(jì)的局限性包括：缺乏直觀的視覺(jué)效果和可定量的模型基礎(chǔ)；各專業(yè)的軟件之間都是相互獨(dú)立的，缺乏數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，集成性能較差；帶電距離的校驗(yàn)只能基于平面，可能造成帶電距離不足或過(guò)大；錯(cuò)、漏、碰、缺等通病屢屢發(fā)生，造成了施工的停滯和反復(fù)，給工程建設(shè)帶來(lái)?yè)p失；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不能滿足業(yè)主精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求。針對(duì)傳統(tǒng)變電設(shè)計(jì)的局限性，西南電力設(shè)計(jì)院提出BIM解決方案。

該解決方案的特點(diǎn)：（1）專業(yè)流程化設(shè)計(jì)：制定專門的作業(yè)手冊(cè)，專業(yè)軟件與相關(guān)的計(jì)算軟件之間進(jìn)行信息共享，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目數(shù)據(jù)流在專業(yè)內(nèi)部的流轉(zhuǎn)，完成了專業(yè)內(nèi)的流程化設(shè)計(jì)。（2）專業(yè)協(xié)同：通過(guò)不同專業(yè)軟件之間進(jìn)行信息共享，高效完成多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。（3）數(shù)字化設(shè)計(jì)成果：工程數(shù)據(jù)庫(kù)中具有所有設(shè)備完整的工程信息、參數(shù)信息與編碼信息，可指定的移交對(duì)象的系統(tǒng)要求，定制數(shù)據(jù)通道，由此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交。

通過(guò)以上解決方案，確定了BIM設(shè)計(jì)流程。

以下將從七個(gè)方面介紹BIM技術(shù)在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體應(yīng)用。

（1）全站智能電氣主接線及布置模型

在創(chuàng)建智能電氣主接線時(shí)，所有的電氣一次設(shè)備元件符號(hào)均從設(shè)備元件庫(kù)中調(diào)用。電氣主接線中的設(shè)備元件符號(hào)均采用電氣線和前后設(shè)備進(jìn)行連接，在電氣主接線中，就建立了電氣設(shè)備間的邏輯關(guān)系，通過(guò)一個(gè)設(shè)備可以檢索查詢到相同元件，因?yàn)轫?xiàng)目數(shù)據(jù)中建立了設(shè)備元件符號(hào)和三維模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)電氣主接線和設(shè)備三維布置模型之間的關(guān)聯(lián)，通過(guò)電氣主接線檢查設(shè)備布置，設(shè)備間連線的正確性，在增加或刪除電氣一次設(shè)備時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備三維布置相鄰設(shè)備的信息的關(guān)聯(lián)修改。此外，在完成設(shè)備間邏輯連線的連接后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)注，直觀地反應(yīng)出電氣設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)主接線中設(shè)備的統(tǒng)計(jì)，得到電氣一次主回路設(shè)備清單，對(duì)設(shè)備材料清冊(cè)中的設(shè)備數(shù)量進(jìn)行核實(shí)。

（2）電氣設(shè)備模型的設(shè)計(jì)

（3）三維防雷保護(hù)驗(yàn)算

在防雷保護(hù)范圍圖中，可以很直觀查看到電氣設(shè)備和導(dǎo)線是否處于避雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi)。

（4）精細(xì)化電纜敷設(shè)

通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系圖可準(zhǔn)確查看纜流狀況，提前發(fā)現(xiàn)和解決電纜敷設(shè)中可能遇到的問(wèn)題 。

通過(guò)精細(xì)化電纜敷設(shè)，可以方便快捷的查看任意截面，任意高度的電纜信息，杜絕以往工程中常出現(xiàn)的施工單位的二次設(shè)計(jì)及施工困難。

（5）土方計(jì)算

Revit軟件進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用了AutoCAD Civil 3D軟件完成數(shù)字化地形及土方工程的精確統(tǒng)計(jì)，避免施工單位與設(shè)計(jì)單位的沖突 。

（6）建筑物設(shè)計(jì)

建筑物內(nèi)各專業(yè)均采用Revit軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，即時(shí)反映全專業(yè)設(shè)計(jì)信息。

（7）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過(guò)Revit Structure軟件創(chuàng)建結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)模型以及在施工圖階段進(jìn)行施工圖紙的創(chuàng)建，可以轉(zhuǎn)化所需數(shù)據(jù)格式到專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，最后通過(guò)Navisworks等軟件進(jìn)行各專業(yè)協(xié)同。

綜上所述，BIM技術(shù)在各專業(yè)的協(xié)同使問(wèn)題的發(fā)生得到了有效的監(jiān)控和確定，為施工組織計(jì)劃和工期進(jìn)度的順利完成提供了保障。在設(shè)計(jì)過(guò)程中解決了設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)病、多發(fā)病，消滅了設(shè)計(jì)過(guò)程中“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問(wèn)題以及由此造成的設(shè)計(jì)返工，出圖的質(zhì)量得到極大的提升。

數(shù)字化移交

西南電力院能給業(yè)主提供一個(gè)能發(fā)電的物理（真實(shí)）變電站和一個(gè)數(shù)字化變電站。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就要從電廠設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始對(duì)電廠有關(guān)信息進(jìn)行跟蹤控制，經(jīng)過(guò)電廠基建階段一直到電廠運(yùn)行階段，進(jìn)行全局的、宏觀的管理，將從電廠設(shè)計(jì)階段開(kāi)始的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、基建階段的建設(shè)數(shù)據(jù)、以及運(yùn)行階段的維護(hù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與移交平臺(tái)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)中具有所有設(shè)備完整的工程信息、參數(shù)信息與編碼信息，平臺(tái)從工程數(shù)據(jù)庫(kù)中提取完整的信息，根據(jù)業(yè)主指定的移交對(duì)象的系統(tǒng)要求，定制數(shù)據(jù)通道（接口），由此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交。

移交內(nèi)容是項(xiàng)目參與各方為保證項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建造、安裝、調(diào)試等階段順利實(shí)施，創(chuàng)建和維護(hù)的典型階段版本及最終版本的工程文件和模型。

設(shè)計(jì)方使用已約定好的信息系統(tǒng)，使其承載整個(gè)項(xiàng)目的信息，并按照約定的要求將整個(gè)系統(tǒng)連同全部信息移交給業(yè)主運(yùn)行；設(shè)計(jì)方使用自己的系統(tǒng)積累信息，并遷移到業(yè)主或運(yùn)行方準(zhǔn)備的系統(tǒng)上，在工程項(xiàng)目結(jié)束時(shí)移交這個(gè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方使用自己的系統(tǒng)積累信息，并按照要求的信息格式將信息移交給業(yè)主或運(yùn)行方，加載到已運(yùn)行的系統(tǒng)上。移交信息的方式可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸或用某種介質(zhì)（如光盤等）。

數(shù)字化移交使業(yè)主能從多種維度、多個(gè)側(cè)面、多種數(shù)據(jù)綜合程度查看數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字化移交可以產(chǎn)生如下效益：隨時(shí)自動(dòng)提取任意規(guī)定范圍內(nèi)的設(shè)備、材料詳表和匯總表，為設(shè)備材料分批訂貨、施工備料管理提供依據(jù)和手段；進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度和計(jì)劃的可視化管理；可以模擬重要施工工序，優(yōu)化施工方案；提前進(jìn)行備品備件管理，并可進(jìn)行檢修過(guò)程模擬；實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的適時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義的工程造價(jià)跟蹤控制；實(shí)現(xiàn)多工程的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，利用遠(yuǎn)程瀏覽軟件和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)向不同用戶發(fā)布需要的信息。

結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)應(yīng)用于沙州750kV項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)中，通過(guò)建立數(shù)據(jù)信息三維模型并將工程數(shù)據(jù)整合到數(shù)字化移交平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行過(guò)程中的協(xié)同工作和資源共享，為變電工程的全生命周期管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖