淺談變電數字化三維設計技術發展及應用

王永超 李論濤

【摘 要】隨著互聯網+、大數據、人工智能等技術與工程應用的融合，數字化三維設計技術日益成熟，但也存在一些急需解決的問題。文章針對變電工程數字化三維設計技術發展中存在的問題，從設計平臺、質量保證體系、設計流程三方面進行了詳細的論述，提出變電工程數字化三維設計技術整體發展構想，進而分析了數字化三維技術在勘測、設計、施工、移交、運維等階段的應用。

【關鍵詞】數字化；三維；協同設計；變電工程；效益

中圖分類號：TM 761 文獻標識碼：A

引言

隨著VR、MR等新技術的發展，設計創新蓬勃發展。2018年7月2日，國家電網有限公司發布基建585號文，明確要求從2018年下半年全面推廣輸變電工程數字化三維設計，到2020年底，全面實現35kV及以上輸變電工程的變電數字化三維設計，大大推動了三維設計的進步與發展。

變電工程數字化三維設計，將能夠極大的提高變電站的設計質量。通過數字化移交，工程信息將由設計貫穿到施工、運行、維護，直到退役，應用于變電站全壽命周期過程。

1 變電數字化三維設計技術現狀

1.1 數字化三維設計軟件現狀

目前，變電數字化三維設計軟件，無論是綜合性應用平臺還是專業軟件，都不能完全滿足相關技術規范要求。

1.1.1 數字化三維設計綜合平臺功能不足

Bentley平臺的Substation數字化解決方案、博超STD-R、金曲變電站BIM是目前應用最為廣泛的三個變電站數字化三維設計的綜合性平臺。Substation數字化解決方案需要與Bentley平臺的其他功能模塊集成才能完成變電站全專業設計，但是軟件邏輯性強，操作繁瑣，建模復雜，不匹配國內設計人員習慣；博超STD-R平臺與金曲變電站BIM都是基于Revit二次開發，優點是符合國內設計人員習慣，操作簡單易學，缺點是Revit是建筑行業模型展示軟件，與電力行業規范要求差距較大，雖然博超和金曲都進行了較大投入的二次開發，但僅能實現電氣一次的部分功能，距離滿足變電站數字化三維設計技術要求還有很長的路要走。

1.1.2 數字化三維設計專業軟件功能不足

AECOsim BD、Revit建筑設計軟件，STAAD pro結構設計軟件、GEOPAK、鴻業場地設計軟件、PKPM建筑結構計算軟件、上海同磊土木工程技術公司的3D3S鋼結構軟件3DPTower 構架集成軟件、上海欣電的Electric智能二次設計軟件等專業軟件可以實現專業計算或者三維設計，但是還不能實現三維設計計算、數據與綜合設計平臺的數據互通，無法實現變電工程的全專業、多維度、扁平化的協同設計。

1.2 質量保障體系現狀

1.2.1 管理體系建設欠缺

設計單位還沒有建立起與變電數字化三維設計技術相對應的管理體系，例如出圖標準，典型工程庫，質量管理文件等。

1.2.2 技術人才缺乏

熟練掌握數字化三維技術的專業技術力量不足，不能有效支撐企業三維建設的需求，尤其缺乏了解勘察設計業務又熟悉三維的復合型人才，嚴重制約了企業三維建設的發展水平。

1.2.3 流程制度建設缺失

對大多數的設計單位來說，都在沿用傳統的流程、制度，其已不滿足數字化三維設計技術的模式要求，應重新制定工作流程，并輔以相關企業制度便于技術發展，例如平臺作業規程、平臺技術管理規程、人力資源體系的相應調整、配套的薪酬機制（崗位設置、組織結構）、設計流程等。

2 數字化三維設計技術整體發展構想

針對變電數字化三維設計技術發展的問題，下面從二方面提出相關發展構想。

2.1 變電站數字化三維設計軟件發展思路

對于設計單位來說，想要軟件滿足設計要求，只有自主研發、參與研發、專業化定制三條路可走。根據變電數字化三維設計技術特點和軟件發展情況，多家設計單位聯合研發或者定制開發也許是不錯的選擇。

2.2 建立新的質量保障體系

2.2.1 完善符合變電數字化三維設計的管理體系

根據國家電網有限公司的規范要求，充分細分變電工程項目的設計要求，實施設計全過程三維建模范圍及深度標準研究，面向方案需求、基建標準及規程規范建立變電工程三維數據信息模型。

2.2.2 建立數字化三維設計體系

設計單位應從變電工程全生命周期的角度考慮，建全變電數字化三維設計體系，包括質量保障體系、基礎模型數據庫、多專業協同設計管理、數字化交付，滿足項目采購、施工及運維管理需求的信息數據等。

2.2.3 建立數字化三維設計工作流程和實施細則

新的工作流程應明確各專業分工，制定合理的專業設計流程和協同、配合機制，方案要包括項目策劃、專業策劃、協同設計、方案會審、碰撞檢查、模型確認、工程出圖等。

2.2.4 建立數字化三維設計質量管控體系

（1）明確三維設計與專業設計角色分工，各司其職，崗位明確，“雙線并行”方式協調管理。

（2）對策劃、準備、方案設計、方案協同、輸出等各設計階段進行全過程的質量控制。

（3）利用三維設計手段開展專業內、專業間多級校審，通過軟件安全凈距校驗、綜合碰撞檢查等功能，保證設計質量。

3 應用

變電數字化三維設計技術以數據庫為支撐，以三維展示為手段，將電氣、總圖、建筑、結構、水工、暖通等專業的設計工作協同起來，在變電工程應用的每個階段都具有重要意義。

3.1 勘測

利用三維傾斜攝影技術快速實現變電站地址全貌數據，實現全過程數據共享，為后續設計、施工提供基礎數據支持，方便實現土方計算等。

3.2 提高設計質量

（1）利用數字化三維軟件的安全距離校驗和碰撞檢查，讓設計人員快速核實不合理的方案設計，優化布置方案，大大提高了設計質量。

（2）鑒于計算機精確的數據處理能力，數字化三維技術可以快速而準確的實現變電工程設備、電纜材料、土方量等工程材料和工程量的快速統計，避免人為的疏漏。

3.3 優化施工流程，縮短施工周期

通過三維程序分場地分步驟模擬，實現機械化連續施工作業，優化施工流程，顯著提升施工效率，大幅縮短建設工期。

3.4 可視化評審

利用數字化三維技術的可視化特點，可以遠程、迅速的實現變電工程設計方案的評審和優化，大大節省評審時間，縮短項目建設周期。

3.5 智能運維

通過工程的數字化移交，可實現全站、甚至全網的變電站（換流站）的巡視模擬、事故處理培訓等功能。

4 結論

本文對變電工程數字化三維設計的應用平臺、質量保障體系建設等方面開展分析研究，提出發展構想，探討了變電工程數字化三維設計技術在工程全壽命周期的應用。相比于傳統二維設計，數字化三維設計具有數字化、可視化、智能化等多種優勢，必將大大推動變電站工程的信息化建設進程。

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作者簡介：

王永超（1983年12月12日—），男，碩士研究生，工程師，主要從事變電工程數字化三維技術、電力系統及其自動化技術研究和設計工作。E-mail：2500619598@qq.com。

（作者單位：中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司）