沙州750kV數字化變電站
——信息技術與數字化移交

隨著我國經濟的持續高速發展，對電網的建設速度和技術水平提出了越來越高的要求，應運而生了“數字化電網”建設理念。傳統的二維設計方式已經越來越難以滿足業主對設計效率、設計成品質量的要求，為此業主提出了變電站全生命周期管理的需求，因此在電力設計行業應運而生“數字化變電站”的概念。

沙洲站建設規模

沙州750kV變電站站址位于甘肅省敦煌市七里鎮，距敦煌市區約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、開闊。變電站建設規模為總用地面積18.683hm2，靜態投資107168萬元、動態投資112057萬元。工程本期裝設1臺，遠期裝設2臺2100MVA主變壓器；750kV本期6回出線，遠期10回；330kV本期5回出線，遠期18回。

沙州750kV變電站位于新疆與西北主網第二條聯網通道上，其工程的建設意義在于可增強新疆與西北主網功率交換的能力，同時提高新疆能源資源在西北電網中優化配置的能力，為“疆電外送”一系列直流工程提供網架支撐，保證直流外送工程安全穩定運行。

西南電力院根據業主提出的“變電站全生命周期管理”的需求，將先進的BIM技術應用于數字化變電站的協同設計中，最終實現了本工程的全面數字化移交。

拉薩±400kV換流站

裕隆±800kV換流站（直流場）

沙州750kV變電站項目所面臨的挑戰包括：站區氣候條件惡劣（沙塵天氣、極端低溫）；站區布置緊湊；需要嚴格校核帶電距離及進行地下設施碰撞檢查；工期緊，不容許由于“錯、缺、漏、碰”等設計原因引起的返工；業主需要進行精細化設計成品（包括精細化圖紙、精細化電纜敷設）；整個工程按業主要求進行數字化移交。

基于以上項目挑戰，西南電力院BIM項目組，通過BIM技術應用于該項目從而實現了變電站的設計過程數字化管理、變電站建設階段的數字化采購、數字化施工、信息化和可視化管理，全面完成了數字化移交。

數字化變電站概述

隨著我國經濟的持續高速發展，對電網的建設速度和技術水平提出了越來越高的要求，應運而生了“數字化電網”建設理念。傳統的二維設計方式已經越來越難以滿足業主對設計效率、設計成品質量的要求，為此業主提出了變電站全生命周期管理的需求，因此在電力設計行業應運而生“數字化變電站”的概念。

國際標準化組織ISO TC184與國際電工委員會IEC TC65于2011年最新提出的數字化企業和數字化工廠的建議性定義是：標準化的過程應用，標準化的結構化數據。

數字化變電站建設的基本目標是將變電站所有信號數字化、所有管理的內容數字化，然后利用先進的控制技術和信息技術，實現對變電站可靠而準確的控制和管理。

結合上述數字化變電站結構模型，西南電力院從全生命周期角度提出數字化變電站BIM實施方案：在變電站設計中采用數字化設計技術，為變電站的建設提供高品質的設計成品；采用變電數字化設計平臺，對變電站設計過程實現全面的數字化管理；充分利用國網公司的數字化采購平臺，結合西南電力院的數字化設計成果，實現變電站建設階段的數字化采購；推動施工單位利用變電站三維模型，采用虛擬建造技術，實現變電站的數字化施工；建立變電站建設階段管理信息系統，實現變電站建設階段的信息化管理；使用項目管理軟件，實現建設和施工的工程進度管理，結合變電站三維模型，實現工程進度的可視化管理。

通過數字化移交，一方面可以為業主提供數字化采購支持，業主可以通過數字化移交平臺獲得采購所需的全部數字化信息。在產品詢價階段，西南電力院提供所有建設電廠所需的設備和元件的技術規范書，指導業主按照設計需求向各廠家詢價。在合同簽訂階段，提供準確的設備以及零部件的具體型號和精確數量，便于合同的簽訂，減少浪費。在監造到貨期間，提供管道配管詳圖、鋼結構詳圖等，縮短商品監造到貨的工期。

通過數字化移交，另一方面還可以為業主提供數字化施工支持。大件運輸模擬、大跨度鋼結構吊裝模擬、大型設備安裝、檢修模擬等等一系列支持。

數字化施工支持

西南電力院在電廠建設階段信息系統的工程設計和系統研發方面具有國內領先的水平，曾經為國華、國電、華電、中電投、北方電力等多家發電集團公司和企業設計、供應電廠建設階段信息系統，是國內最早開發設計該系統的公司之一，該系統的軟件研發成果獲得了國家、省部級多項獎勵。近二十年來為一百多個電廠建設管理單位提供了設計、系統供應和技術服務，完善的管理功能和強大的技術支撐為電廠建設過程的全面數字化管理、為竣工決算提供的系統性的精確結果，一直受到業界的好評。變電站建設階段信息系統，以計劃管理為龍頭，進度控制為主線，投資管理為核心，設備管理為基礎，質量安全管理為保證的涵蓋整個工程建設過程的管理。

建設階段信息系統中，作為主線的進度管理系統，通過工程進度管理軟件P3，與變電站基建MIS共享網絡平臺，實現變電站建設工程的進度管理。

數字化設計

變電數字化設計是多專業參與的設計，涉及到的專業比較多。

傳統變電設計的局限性包括：缺乏直觀的視覺效果和可定量的模型基礎；各專業的軟件之間都是相互獨立的，缺乏數據庫的支持，集成性能較差；帶電距離的校驗只能基于平面，可能造成帶電距離不足或過大；錯、漏、碰、缺等通病屢屢發生，造成了施工的停滯和反復，給工程建設帶來損失；傳統設計不能滿足業主精細化設計的要求。針對傳統變電設計的局限性，西南電力設計院提出BIM解決方案。

該解決方案的特點：（1）專業流程化設計：制定專門的作業手冊，專業軟件與相關的計算軟件之間進行信息共享，實現了項目數據流在專業內部的流轉，完成了專業內的流程化設計。（2）專業協同：通過不同專業軟件之間進行信息共享，高效完成多專業協同設計。（3）數字化設計成果：工程數據庫中具有所有設備完整的工程信息、參數信息與編碼信息，可指定的移交對象的系統要求，定制數據通道，由此實現數字化移交。

通過以上解決方案，確定了BIM設計流程。

以下將從七個方面介紹BIM技術在本項目設計過程中的具體應用。

（1）全站智能電氣主接線及布置模型

在創建智能電氣主接線時，所有的電氣一次設備元件符號均從設備元件庫中調用。電氣主接線中的設備元件符號均采用電氣線和前后設備進行連接，在電氣主接線中，就建立了電氣設備間的邏輯關系，通過一個設備可以檢索查詢到相同元件，因為項目數據中建立了設備元件符號和三維模型之間的關聯關系，可以實現電氣主接線和設備三維布置模型之間的關聯，通過電氣主接線檢查設備布置，設備間連線的正確性，在增加或刪除電氣一次設備時，實現設備三維布置相鄰設備的信息的關聯修改。此外，在完成設備間邏輯連線的連接后，對設備進行了參數標注，直觀地反應出電氣設備的關鍵參數。經過對主接線中設備的統計，得到電氣一次主回路設備清單，對設備材料清冊中的設備數量進行核實。

（2）電氣設備模型的設計

（3）三維防雷保護驗算

在防雷保護范圍圖中，可以很直觀查看到電氣設備和導線是否處于避雷裝置的保護范圍內。

（4）精細化電纜敷設

通過拓撲關系圖可準確查看纜流狀況，提前發現和解決電纜敷設中可能遇到的問題 。

通過精細化電纜敷設，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的施工單位的二次設計及施工困難。

（5）土方計算

Revit軟件進行建筑物設計

本項目采用了AutoCAD Civil 3D軟件完成數字化地形及土方工程的精確統計，避免施工單位與設計單位的沖突 。

（6）建筑物設計

建筑物內各專業均采用Revit軟件進行三維設計，即時反映全專業設計信息。

（7）結構設計

建筑物結構設計中，設計師通過Revit Structure軟件創建結構三維數據模型以及在施工圖階段進行施工圖紙的創建，可以轉化所需數據格式到專業的結構分析軟件中進行結構分析，最后通過Navisworks等軟件進行各專業協同。

綜上所述，BIM技術在各專業的協同使問題的發生得到了有效的監控和確定，為施工組織計劃和工期進度的順利完成提供了保障。在設計過程中解決了設計中的常見病、多發病，消滅了設計過程中“錯、漏、碰、缺”等問題以及由此造成的設計返工，出圖的質量得到極大的提升。

數字化移交

西南電力院能給業主提供一個能發電的物理（真實）變電站和一個數字化變電站。要達到這個目標，就要從電廠設計階段就開始對電廠有關信息進行跟蹤控制，經過電廠基建階段一直到電廠運行階段，進行全局的、宏觀的管理，將從電廠設計階段開始的設計數據、基建階段的建設數據、以及運行階段的維護和實時數據進行整合。三維數字化設計與移交平臺的工程數據庫中具有所有設備完整的工程信息、參數信息與編碼信息，平臺從工程數據庫中提取完整的信息，根據業主指定的移交對象的系統要求，定制數據通道（接口），由此實現數字化移交。

移交內容是項目參與各方為保證項目設計、采購、建造、安裝、調試等階段順利實施，創建和維護的典型階段版本及最終版本的工程文件和模型。

設計方使用已約定好的信息系統，使其承載整個項目的信息，并按照約定的要求將整個系統連同全部信息移交給業主運行；設計方使用自己的系統積累信息，并遷移到業主或運行方準備的系統上，在工程項目結束時移交這個系統；設計方使用自己的系統積累信息，并按照要求的信息格式將信息移交給業主或運行方，加載到已運行的系統上。移交信息的方式可以通過網絡傳輸或用某種介質（如光盤等）。

數字化移交使業主能從多種維度、多個側面、多種數據綜合程度查看數據，通過數字化移交可以產生如下效益：隨時自動提取任意規定范圍內的設備、材料詳表和匯總表，為設備材料分批訂貨、施工備料管理提供依據和手段；進行施工進度模擬，實現工程進度和計劃的可視化管理；可以模擬重要施工工序，優化施工方案；提前進行備品備件管理，并可進行檢修過程模擬；實現對工程造價的適時動態跟蹤控制，實現實際意義的工程造價跟蹤控制；實現多工程的數據庫管理，利用遠程瀏覽軟件和國際互聯網向不同用戶發布需要的信息。

結束語

BIM技術應用于沙州750kV項目數字化設計中，通過建立數據信息三維模型并將工程數據整合到數字化移交平臺中，實現設計、施工、運行過程中的協同工作和資源共享，為變電工程的全生命周期管理打下堅實的基礎。

結構設計示意圖