變電站設計中數字化三維設計的應用探析

初建祥 ，張彥彪 ，郭帥 ，羅金龍 ，郝小東 ，李宏艷

（1.內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010020；2.北京博超時代軟件有限公司，北京 100195）

1 引言

隨著智能電網創新觀念的不斷深入和立體設計的不斷需求，數字化三維設計憑借其強大、立體、先進、智能的特點已逐漸運用到變電站的設計工作中，也在很大程度上契合了智能電網的發展需求。所以在未來，數字化三維設計技術在不同類型的設計工作中將具有更加廣泛的應用前景。

2 數字化三維設計技術的基本概念

作為工程數字化建設的重要組成之一，數字化三維設計是指以數據庫技術和互聯網技術等為基礎，以三維物理模型為載體，通過操作人員與設計人員的協同合作，完成項目工程的設計任務，最終實現變電站設計的信息一體化和三維可視化目標[1]。與傳統設計技術不同的是，數字化三維設計不需要具體的設計圖紙，只需要借助數據信息和模型就可以完成一系列立體設計工作。

3 數字化三維設計的發展狀況

早在 2016年，國家電網行業就明確提出要計劃推廣數字化三維設計技術，要在工程數字化的建設任務下將數字化三維設計技術靈活應用到變電站的設計工程中，以更好地完成工程數據中心的建設目標[2]。在 2017年，為了深入探究當前施工企業和電力企業設計部門對該技術的應用需求，全國開展了關于數字化三維設計技術的調研活動，旨在為創新設計技術和提高設計單位的設計水平提供基本信息。當前，電網行業越來越重視數字化三維設計在變電站設計中的應用，可見該技術在電力設計工作中將扮演著極其重要的角色。

4 數字化三維設計的特有優勢

與傳統設計技術相比，數字化三維設計技術具有一系列特有的優勢，該優勢包括以下3個方面。

4.1 設計手段的提升

設計手段的提升主要體現在以下方面：（1）能夠進行三維布置設計，最終實現三維可視化設計的工作目標；（2）能夠做到三維到二維之間的有效貫通，實現三維切平、斷面和軸側制圖任務，從而進一步提高設計的精確度和工作效率；（3）可以對電氣安全距離進行三維校驗，優化設計；（4）可以對設計中常見的交叉碰撞問題進行解決；（5）可以自動統計必要的設備參數、設計與材料數據，能夠準確、直觀地反映工程設計數據，為智能電網提供必要的數據接口和支持；（6）能夠建立企業級三維設計元件庫，為后面的投標、項目初設和使用等創造良好的條件。

4.2 能夠為業主提供增值服務

首先，由于在數字化三維設計下，界面直觀，操作便捷，設計人員很容易就能夠在三維平臺中進行設計和優化，在一定程度上能夠為目標業主提供更加經濟合理的設計方案，達到科學增值的目的；其次，由于三維設計軟件的數據庫功能很強大，依據 SG186 國網統一的物料編碼體系，可以實現與 ERP系統的有效對接，從而為物資采購提供便利；再次，運用數字化三維設計技術可實現估算數據的精確化和分散數據的集中化，能夠為設計者提供具有豐富數據的三維模型化的設備臺賬，可以實現設備臺賬與智能變電站狀態檢修數據的有效鏈接，不僅能夠有效管理設備的壽命周期，而且也方便變電站的后期維護和改造工作。最后，運用數字化三維設計不僅能為目標業主提供傳統性的設計產品，而且能更多地提供具有數字化的變電產品，具體包括工程設計數據、材料物料采購數據、建設管理數據以及運營維護數據，這些數據對變電站的后期維護和改造提供了參考和便利。

4.3 提高施工設計效率

首先，由于三維設計比較直觀準確，對于設計者，該技術可以指導他們進行現場安裝，在一定程度上避免設計者對安裝位置和設計意圖的錯誤理解，從而提高設計的有效性。其次，一些單位在施工過程由于各自專業時間安排不合理，從而造成了不必要的返工復工，在浪費時間的同時也大大延緩了單位工程設計的進度。基于此，在數字化三維設計應用下，根據三維設計中的工程進度模塊，可以盡快進行施工進度的模擬工作，通過增加必要的時間軸形成四維管理，可以在很大程度上避免因時間安排不合理造成的返工問題，以加快工程建設的進度。最后，在一些工程設計中，工程設計代表可以充分利用數字化三維設計技術進行設計方案的擬定和變更，通過不斷改進和完善最終制訂更加科學合理的現場設計方案，整體上有利于工程設計的開展。

5 變電站設計中數字化三維設計的應用

5.1 數字化三維設計線路選線

在變電站的設計工作中，線路選線工作往往復雜困難，傳統方法是依靠工作人員的個人主觀經驗來判斷選擇，容易出現錯誤，但是利用數字化三維設計技術可以采用動態性的規劃思路解決此問題。有些電網的鋪設線路很長，沿途地形也很復雜，利用數字化三維設計技術就可以快速準確地實現自動優化排位。在選擇好變電站的起點和終點之后，利用數字化三維系統建立矢量地理信息，隨后就可以自動化選擇出許多適合該工程的電線線路路徑并進行能力分析，避免在設計時損壞到附近的風景自然保護區，如果出現問題會第一時間發出警告。選擇好多條路徑之后，對路勁進行智能優化，設計人員通過數字化三維設計技術可以自動計算出所選定的范圍是否為最近的緩沖區距離，大大降低統計時間，提高了工作效率。

5.2 STD數字化三維變電設計

AutoCAD 是 STD 數字化三維變電設計的基本平臺，工程數據是核心內容，設計人員運用數字化三維設計技術來實現全專業的三維協同設計數字化設計平臺。具體來說，就是設計人員利用 STD 數字化三維變電設計平臺設計和共享數據驅動，使設計流程自動化，利用數字化三維設計技術將設計結果精確化細致化，直接生成相應的平面和斷面圖以及有關圖紙結果，從而最終實現全專業模型級別的三維協同設計，達到數字化移交標準。

5.3 TLD數字化三維送電設計平臺

開放的平臺架構是 TLD 數字化三維送電設計平臺的基礎，工程數據是其核心內容，適用于可研、初設、施工等階段工作，可實現選線、設計和數字化移交等功能。設計人員利用數字化三維設計技術可以實現路徑和平斷面的三維設計，做到同步聯動設計和全專業協同設計，可以同步完成路徑設計、桿塔規劃、電氣計算和跳線設計等任務，大大提高了工作效率，也能夠達到數字化移交標準。

6 結語

當前，數字化三維設計技術已經逐漸應用到變電站設計的各個工作階段，而隨著該技術的全面普及，為了提高工作效率，許多單位的施工建設部門和監督監測部門也都開始結合該技術進行相關工作。因此，在未來的變電站設計中，數字化三維設計技術將會有更加廣闊的應用空間，是促進電力工程行業高效迅速發展的重要推動力。