基于Bentley平臺的數字化三維設計在變電站工程中的應用研究

【摘 要】本文主要探討了三維數字化技術在變電站設計中，結合變電站工程實際情況，對協同設計平臺、三維成果應用等進行詳細的闡述，展望數字化三維設計的發展前景。

【關鍵詞】變電站；數字化；三維設計

0 引言

隨著現代計算機技術的發展，以及工程的建設需求的不斷提高，電力行業的設計理念有了很大的發展與改革。從傳統的二維CAD設計，逐步轉向三維數字化設計。利用數字化設計手段，加緊了設計過程中各專業間的配合，設計自動化程度越來越高，設計效率和質量得到顯著提升。

1三維數字化技術特點

（1）統一數據庫資源

整合了基礎模型數據庫、設備產品庫、典型工程數據庫等數據資源，數據涵蓋范圍廣，數據種類齊全，基于統一的空間數據庫進行集中存儲管理與共享訪問。

（2）統一設計平臺

在PW協同設計軟件集成各專業三維數字化設計軟件，開展變電站設計相關業務工作，相關專業在統一設計平臺上完成設計工作，充分發揮專業設計軟件及協同設計平臺各自的優勢，實現設計信息化、軟件集成化、圖紙電子化、管理規范化，使得設計成果更加直觀、設計手段更加先進、協同作業更加便捷、項目管理更加高效、成果移交更加規范。

（3）精細優化設計方案、精準設計

基于數字化地膜和精細化模型構建三維精細化場景，基于三維真實場景組織電氣、結構等專業協同開展各專業的三維展示及相應的設計和出圖工作，以及更加直觀的三維效果和數據信息，快速形成最佳設計方案，模塊化數字化設計，軟、硬碰撞檢測，提高設計效率和設計質量。

2.數字化設計應用范圍

開展數字化設計工作時，覆蓋到的部門多，專業多，包括可研階段、初步設計階段、施工圖階段、竣工圖階段，變電站設計專業涵蓋電氣一次、電氣二次，土建結構、建筑、水暖，勘測測量、地質、水文等專業。系統設計實現基于統一數據源的協同設計；布置設計實現數字化模型涵蓋全部建構筑物模型及配電裝置、懸線、雨水管道等（包括地下設施設計），實現了基于信息模型的協同工作；詳圖設計階段實現圖紙自動抽取，材料自動統計，應用范圍深，支持前后延伸，貫變電站建設全生命周期，為工程資產全生命周期三維信息化管理提供技術支持及數據支撐。向前可工程規劃選址、可行性研究、投標、初步設計階段工作提供支持，向后延伸可對施工圖設計、竣工圖設計階段應用提供支持，數字化的設計成果和資料移交給施工、運營單位，能為施工、運營單位提供數據支撐，輔助開展相關的業務工作。

3數字化設計內容深度及成果

（1）初步設計階段

全站主要電氣一次設備、設施及材料的電氣接線設計和三維布置設計，建立全站電氣主接線、站用電系統接線等電氣邏輯模型和電氣設備、材料等電氣物理模型。

電氣二次主要完成二次設備室、繼電保護小室及預制艙式二次組合設備的三維布置設計。

總圖專業確定地理坐標系統及高程系統信息；開展道路（含進站道路）、場地、等布置設計；進行場地及邊坡分析，完成土石方平衡計算等豎向布置設計；建筑物三維設計，完成主要生產和輔助建筑物應包含室內各層主要平面及空間布局，結合專業軟件完成結構選型和計算分析；構筑物方面建立構支架及主要設備基礎模型，采用專業軟件進行結構分析；包括給排水（含消防）、暖通主要設備、設施和管道的三維設計。

（2）施工圖設計階段

全站電氣一次設備、設施及材料的電氣接線設計和三維布置設計，建立全站電氣主接線、站用電系統接線等電氣邏輯模型和電氣設備、材料等電氣物理模型。

完成二次及通信裝置、屏柜、預制艙式二次組合設備、預制式智能控制柜模型設計及三維布置；建立智能輔助控制系統主要設備模型，并完成三維布置設計。

基于施工圖設計階段要求的數字高程模型、數字地面模型等，開展站區總布置設計，綜合布置本設計階段各專業物理模型，完成軟硬碰撞檢查。指導施工單位開展變電站工程建設。

總圖設計，確定地理坐標系統及高程系統信息，開展道路（含進站道路）、場地、圍墻、支擋結構、地下管溝、隔聲屏障等布置設計，進行場地及邊坡分析，完成土石方平衡計算等豎向布置設計。

建筑物設計，建筑物應包含各層空間布置細節、建筑做法、建筑物構配件，以及各接口構造，主要建筑材料等屬性信息；結構模型應包含結構梁、板、柱、結構墻、開孔、設備埋件（含地錨）等。

構支架及設備基礎設計，構架模型應包含梁、柱、基礎、等，支架模型應包含主材、輔材、頂板、接地件等上部結構和基礎，設備基礎包含基礎、支墩、埋件、埋管、油坑和防火墻。

水工暖通施工圖三維設計包括站區和主要建筑物室內上下水管道，生活消防泵房、深井泵房、雨水泵井等設備管道，冷卻系統，消防系統，排水系統，站區建筑物暖通，站外防洪排水設施的三維設計。

（3）竣工圖設計階段

實現工程的變更管理、竣工狀態管理、三維模型庫管理、數據庫狀態管理等功能，真實反映變更情況和展現變電站竣工后的狀態，為工程數字化移交提供基礎。

（4）施工運營階段

以三維精細化設計更好指導現場施工過程，避免對設計意圖及安裝方位的誤解；提供施工設計過程的一體化管理，統籌管理各類施工相關的圖紙、模型和文檔資料信息，業主、監理、施工單位等各方通過平臺可以快速讀取數字化三維設計成品中的各種模型或數據，實現工程相關資料的共享；提供對施工全過程的變更記錄管理，為數字化移交工作提供數據支撐與平臺支撐。

（5）數字化移交階段

在開展數字化建設過程中，主要涉及數據采集、數據整理和數據移交三個階段工作，數據采集階段重點根據工程進度，對規劃、設計、施工和竣工交付等各個階段的工程信息和數字化模型進行采集，工程信息包括工程名稱、建設單位、施工單位、廠家資料、技術規范書等信息；數字化模型包含設備、金具、絕緣子串、建筑、暖通、水工、地下設施等三維建模成果或圖紙等。數據整理工作則主要對對采集到的數據進行校驗、歸納、提取、關聯建立和整合后進行分門別類管理，對不同來源的數據進行處理，消除數據冗余，確保數據的準確性和完備性并使其符合標準化規范，根據業主單位對數字化移交格式的規定對平臺統一管理的各類數據進行匯總輸出，將數據完整、準確地移交到進入到業主的數字化移交平臺中。

4變電站工程數字化設計存在的問題及展望

當前國家電網院提出加快建設堅強智能電網，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合。工程數字化是建設智能電網的技術實現基本路線，將設計、建設、運維與支撐數據有機結合在一起，發揮大數據的價值是工程建設的最大目標。與此同時，數字化設計依然受制于模型數據精度與技術成本，特別是不同階段對模型精度和準確性要求不一樣，導致模型利用率有限，修改量大，而且高精度模型數據的建設成本以及軟硬件支持能力有限，制約著數字化設計的深入應用，后續可以考慮約定標準性規則解決模型數據利用問題。

參考文獻：

[1]盛大凱，等.《輸變電工程數字化設計技術》[M].中國電力出版社，2014.8.

[2]陳建.《追夢》[M].中國水利水電出版社，2016.4.

作者簡介：

王夢璕（1989.5-），女，江西上饒人，學士學位，中級工程師，單位：中國電建集團江西省電力設計院有限公司，研究方向：三維數字化技術電力工程建設。

（作者單位：中國電建集團江西省電力設計院有限公司）