電網協同設計信息系統的建設與應用

江春華，羅新偉，陳顯龍，孫敏杰，牛仁義

(北京恒華偉業科技股份有限公司，北京 100011)

1 建設背景

1.1 現有問題分析

國家電力行業高速發展，電網建設規模加大，加劇了電力勘測設計市場的競爭。電力勘測設計企業要在新的環境下，確保在行業中的優勢地位，需加速完善其設計工程管理技術，提升設計水平和設計工作效率，以提高企業競爭力。

電網發展帶來更密集的網架和更復雜的系統，在開展設計工作時，需要收集更詳細的基礎數據資料，各專業之間的協同設計會更加密集。電力設計院積累的大量的設計資源，目前采用分散的文件式儲存、手工查找的方式而非集中的信息化管理方式，資料共享程度低、難度大。采用獨立的文件存儲方式來存儲和管理設計成果數據，使得協同設計的難度較大且容易出錯。從這兩方面來說，目前的方法和形式都難以響應高效、高質量的應用需求。

從設計業務及技術方面考慮，傳統的設計方式一般局限于二維、靜態的表達方式，它描述空間位置關系直觀性差，不能直接、完整、準確、動態的表達真實的現場情況，越來越不能滿足設計的精度要求。為此亟需通過技術手段整合設計資源，提高設計資源檢索、輸出效率，輔助設計勘測設計人員解決好路徑規劃、場站選址，設計、施工及運行中涉及到的諸多因素，提高電網設計的水平和質量。

1.2 解決思路

以國家三集五大體系中“大規劃”體系建設的思路為基本指導方向，以電網設計 的業務和技術層面為突破口，實現電網設計 的多階段、跨專業的數據資源共享和協同工作。為實現多專業協同設計的目標，需充分梳理電網設計 相關業務需求和數據流，規范設計工程數據模型和接口方式，建立統一的技術規范和技術架構，整合現有模塊，標準化新建模塊，實現各專業的“橫向協同”和規劃設計中各設計階段的“縱向貫通”，有效解決上述問題，為設計院或企業提供支持多專業協同設計的信息系統。具體包括：

(1)工程管理模塊：實現設計工程的多版本管理。

(2)統一的資源管理模塊：實現對各類設計基礎數據的管理。

(3)設計標準管理模塊：實現智能化設計的標準庫管理。

(4)輸電線路設計模塊：在前三個模塊的支撐下，具體提供輸電架空線路多場景精細化設計相關功能。

(5)各模塊之間的無縫集成。

2 整體架構

電網協同設計信息系統的架構：遵循 SOA標準體系，具備一體化、模塊化、智能化特征，滿足輸電架空線路設計過程中的所有業務需求及各方面管理對電網設計 需求的新一代電網設計 技術支持系統。

系統以數據層為核心基礎，提供基本的數據存儲、貫通、全生命周期管理等面向對象服務接口。平臺層是信息化系統架構的載體，為上層業務應用提供支撐。包括服務端組件容器、公共組件庫和用于快速開發部署的工具鏈。業務層針對設計領域主要業務進行提煉和融合，并結合國家電網SG186、三集五大等戰略考慮，以業務組件或模塊組合的方式提供基于平臺層、數據層的業務系統。在用戶不能一次性部署全部模塊的情況下，可通過靈活組織業務模塊或者各層的資源，組成面向細分業務領域的產品套裝，如電網規劃產品、電網設計產品，這些產品既能獨立使用，同時又能作為系統的一部分。

2.1 系統架構

系統架構分為數據模型層和系統平臺層兩大部分，其關系和內部結構見系統總體架構圖。系統平臺層部分可具體分為三塊：為終端應用提供的應用框架、為橋接各系統和公共服務提供的核心服務、為實現復用抽取的公共服務。

數據模型層部分以數據存儲層為基礎，保存業務系統用到的各種業務數據和模型本身的定義數據。數據存儲層在存儲技術上不限于使用關系型數據庫，將根據業務數據需要將各類數據最終的存儲方式分別對待，比如基于Key-Value思想的NoSql非關系型數據庫、文件等。數據模型層的最頂端是封裝層，意味著各業務系統不能直接使用數據存儲層的數據，必須通過封裝層的面向對象接口訪問。

2.2 業務架構

業務架構包含業務層和產品套裝層。業務層提供可以獨立使用的典型業務信息化系統，這些系統在業務功能上基本沒有交叉重疊，主要分為管理類系統和離線工具兩大類。在保持獨立性的同時，各個系統之間存在一定的業務關聯，如線路設計工具集里的輔助設計工具與設計工程管理系統、設計標準管理系統等存在業務流程互通關系。這樣的業務系統布局，在架構上采用了模塊化設計思想，實現了業務層面的“高內聚”、“低耦合”。

產品套裝層里提供的獨立產品是通過對業務層的各業務系統模塊組裝實現的，產品套裝的數量和某個產品覆蓋的業務規模視具體情況而定，例如，可以將設計工具集和各設計管理系統組合起來形成“標準化協同設計平臺”。

3 設計系統功能組成

3.1 設計工程管理

工程設計工作的基本組織單位和任務安排的主線，在電網設計工程管理過程中，引入版本管理技術，實現資源與標準的統一管理，工程的分階段管理、分工設計、設計成果的合并及版本管理。設計管理模塊主要的業務流程：工程立項啟動->各個專業協同設計->設計成果提交->設計成果專業內審核->設計成果評審->設計成果移交歸檔。設計工程管理系統主要解決以下幾個問題：

(1)實現跨專業和跨階段的協同設計，將設計工程數據結構化，并引入版本機制，使不同專業、處于設計不同階段的人員在工程的生命周期內，只操作一份工程數據，使用不同的版本來記錄操作歷史。從技術上解決協同設計問題。

(2)實現設計資源的共享與管理，通過圖檔資源管理模塊，來實現管理工程各個階級、各個專業提交的設計成果，防止設計資源重復收集，解決資料收集難度大、收集任務繁瑣等問題。同時設計成果也是發起評審、移交的基礎素材。

(3)實現設計成果的歸檔，通過設計成果內部審核的流程機制，防止隨意提交，確保設計成果提交的質量。

(4)提供與設計評審、移交等信息化系統接口，真正實現依托行業標準規范，實現標準設計、智能評審、規范移交的目的。

3.2 圖形資源管理

圖形資源管理提供多種資源共享以及服務，包括：基礎空間圖形數據、三維場景數據、專題數據、勘測數據、現狀電網數據、設計電網數據。通過數據共享最大化的減少重復勘測、采集。減少地圖數據的重復采購。為了增強系統的可擴展性，且為各專業提供一個可共享交換的資源管理平臺，實現數據集中管理、成果集中管理、數據服務于生產的基本思路。

3.3 設計標準管理

設計標準包括常規意義上的標準設計即典設(國網公司、各網省公司以及各地市公司制定的標準)，包括各設計單位(設計院、設計公司)現行使用的一套單位內部的標準，也包括設計人員對這些設計標準修改后形成的新的標準。設計標準具體的內容包括設備物資庫、典設資料庫、設計規程庫以及所有軟件提取出來的設備符號、設備屬性、關聯圖集、字典、參數等。還包括實際業務中因為使用設計標準而生成的數據的管理(例如統計標準的使用頻率以判定標準的成熟度)。

設計標準管理包括對設計標準的整體管理和數據的管理。設計標準管理包括標準數據的維護、標準庫的管理、設計標準的逐步完善；設計標準管理的業務來源于設計標準的制定和完善的要求，來源于設計人員使用設計標準的業務要求。設計標準管理的功能分布于設計標準管理系統和輸電架空線路設計系統中。這兩類子系統都處于系統的頂層，面對最終用戶。

3.4 架空線路設計

(1)線路路徑設計

為工程線路規劃路徑，依據線路所經行政區域、沿線自然條件、水文氣象條件、地質條件、交通條件、城鎮規劃、重要設施、自然保護區、環境特點、重要交叉跨越等，選擇一個或多個合理方案。設計人員對比各方案路徑長度、地形比例、曲折系數、房屋拆遷量、主要材料耗量、投資差額等，確定一條最優線路路徑。

(2)桿塔定位設計

根據測量數據，主要是轉角樁位和交叉跨越、地物的信息，結合氣象條件、地質條件和設計規程，經過一系列的校驗，確定線路桿塔類型、位置、高度等。排位設計時主要的校驗項包括對地安全距離校驗、桿塔上拔校驗、導線和金具強度校驗等。

(3)桿塔基礎設計

桿塔基礎設計是桿塔設計的重要部分，為了保證桿塔不傾覆，能支撐架空線并有足夠的抗拉力，必須保證桿塔基礎經過嚴格的受力計算和土建設計。桿塔基礎設計包括根據桿塔類型、導線型號、氣象條件、地質條件、施工工藝等，確定桿塔基礎的形式，計算桿塔基礎受力，確定基礎組裝方式等。

(4)桿塔選型、設備選型

結合標準設計方案，在符合電氣校驗和間隙校驗的基礎上，選取確定標準設計中的桿塔和設備型號。選型過程中，經濟性作為重要的指標指導桿塔和設備的確定。

(5)材料統計

統計出工程或線路用到的設備、材料，作為技經的基礎數據。統計時會按多種分類進行統計，按照新建、原有、拆除統計材料，按照電壓等級統計材料，按照工程或線路匯總材料，按照模塊統計材料，例如分基礎、橫擔、拉線、懸垂串、表箱進行材料統計等。

(6)成果輸出

作為工程設計成果需要提交的除了設計圖紙(斷面圖、路徑圖)、統計材料(設備材料清冊)外，還包括目錄、設計說明書、桿型匯總表、桿塔組裝圖、拉線組裝圖、金具組裝圖、基礎組裝圖、桿塔明細表、導線弧垂表(導線機械特性曲線表)等。

4 結語

本文重點介紹了北京恒華偉業科技股份有限公司研制的基于協同設計思想的電網協同設計信息系統，該系統主要分為四個部分：圖形資源管理子系統，實現對各類設計基礎數據的管理；設計工程管理子系統，實現設計工程的多版本管理和協同設計；設計標準管理子系統，實現智能化設計的標準庫管理；輸電架空線路設計子系統，在前三個子系統的支撐下，具體提供輸電架空線路多場景精細化設計相關功能。該系統的建設和應用必將促進電網設計技術支持系統的跨越式發展。為電網的設計、管理帶來巨大的經濟效益。對整個智能電網的發展也具有重大的意義。

目前，電網協同設計信息系統已經在北京電力經濟技術研究院、國核電力規劃設計研究院、山西電力勘測設計院、內蒙院電力勘測設計院全面上線運行，建立了統一的設計圖形資源和設計標準管理庫，實現電網設計的多人分工協同設計，設計成果統一合并管理，提高了資源的利用效率，并從本質上提高設計的效率。

[1]國家電網公司.關于國家電網公司“五大”體系建設總體方案的報告[R].北京:國家電網公司，2011.

[2]國家電網公司.關于國家電網公司“大規劃”體系建設方案的報告[R].北京:國家電網公司.2011.

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