基于模型共享的變電工程數字化三維協同設計流程研究

楊娟，周青媛

（中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司，貴陽 550002）

1 引言

三維數字化設計作為電網工程基建新技術研究與應用的重點課題，正在電力行業中努力探索，加速推進。變電工程三維數字化設計是以工程數據為核心，模型關聯信息，圖紙自動生成為主導；通過數據共享實現工程設計過程中，一處信息修改，相關聯的模型數據與圖紙自動更新。基于工程設計模型共享的三維數字化協同設計體系，將縮短專業之間的提資接收周期，減少提資配合過程中的信息偏差，最大限度地共享專業間的設計成果，避免信息更新不及時導致的重復工作。

2 數字化三維協同設計

2.1 傳統協同設計

變電工程設計過程需要多專業相互配合才能完成。在傳統的設計中，這種配合關系通過專業間的互提資料流程實現，通過采用順序工作模式（流水線作業模式），把設計過程中的部分設計成果，按照預先制定的工作流程進行提資配合設計，而資料以二維圖紙、文字以及數據的形式進行表達。

由于傳統設計中基礎信息交互不暢，協同性、繼承性不足，往往容易導致設計質量和效率降低。

2.2 數字化三維協同設計的思路

數字化三維協同設計的基本指導思想是從傳統的卷冊負責制向專業化、流程化的設計模式發展—— 即設計布置專業化。在數字化設計環境下探索可行的運行管理模式，確立項目定制、工程設計、數字化設計成果管理的數字化設計標準流程，并建立配套管理體系，實現設計專業化、過程流程化。同時，改變以圖紙為主要載體的設計體系，建立以項目數字化模型共享為核心的協同設計體系，改變現有專業界面，按工作內容實質來合并和細分崗位，實現協同設計流程的優化。結合各專業的數字化、協同等理念，梳理設計平臺數字化流程關鍵技術，理解數字化設計的新形式，整理適合各專業設計流程的平臺規范。這些相較于原有的設計各專業無法在同一平臺實現流程協同、聯動的情況，新一代數字化協同設計流程具有其創新優勢。

不僅要求變電站數字化設計平臺實現變電站電氣一次、電氣二次、土建以及水暖消防專業設計，更是一個完整的協同化設計平臺。同時，實現變電站基礎信息集成化、設計平臺一體化、專業設計協同化、設計成果數字化、應用成果全程化；設計平臺對變電工程設計的全專業數據信息進行統一管理，保證數據的完整性和準確性，為完整的數字化移交和變電站的全壽命周期管理提供基礎。

2.3 數字化三維協同設計的特點

數字化三維協同設計就是由相關專業人員組成的設計團隊，在多專業統一的設計平臺實現以模型共享為核心的信息實時交互，滿足信息的傳承和共享要求，專業間設計成果按照不同的級別信息透明、實時地通過三維模型而展現，數據準確統一完成資料交接。

數字化三維協同設計是通過對信息、過程和組織的集成。根據數字化三維協同設計的實現目標，可以概括出數字化協同設計的以下特點：（1）群體性。設計成果需要多專業人員參與和配合。（2）并行性。各專業設計要達到一個共同的最終目標，他們是獨立、并行地在各自的崗位上開展數字化三維設計工作。（3）動態性。設計過程中可以動態地增加或減少某些專業或設計人員，整個協同設計體系結構也是靈活的、可變的。（4）唯一性。以唯一的工程信息化模型為核心，設計過程的所有數據具有唯一性。（5）協同性。協同設計中應存在一種機制，使各專業能夠協同地完成設計，其中應包含信息溝通、碰撞檢測和修改等。

2.4 數字化三維協同設計的優越性

數字化三維設計和信息技術的發展為協同設計注入了新的內涵。數字化協同設計以模型共享為核心，可以實現設計信息的相互關聯，保證信息的唯一性。數字化三維協同設計的工作模式，在人力資源配置上，形成了設計團隊的層級結構；在設計成果上，形成了設計文件的多層次結構。設計人員將更多地關注模型信息，關注協同設計本身而不是圖紙。

3 數字化三維協同設計流程

3.1 數字化三維協同設計核心流程

變電工程三維數字化協同設計適用于項目初步設計、施工圖設計階段，不同設計階段按照各個階段的設計內容深度要求執行各個設計環節，以 STD-R 平臺為例，進一步研究在三維數字化設計環境下協同工作流程。詳見圖 1。

圖1 數字化三維協同設計流程

3.2 數字化三維協同多專業配合

數字化三維協同設計多專業的相互配合如圖2所示。

圖2 數字化三維協同設計多專業配合圖

1）在數字化三維設計過程中，各專業在數字化設計平臺中協同配合，負責完成各自的數字化模型，并對其質量負責；各專業的數字化模型經批準發布后供外專業作為協同設計輸入資料。暫不能在數字化設計平臺上協同配合的設計資料，按照傳統協同配合方式進行。

2）對專業間協同配合的規定依據目前數字化設計的一般情況編制，不作為專業分工的依據。可根據本單位的專業設置和分工的具體情況做相應的調整。

3）在數字化三維設計過程中，各專業在項目定制、系統設計、布置設計、詳圖設計和數字化設計成果管理階段所提供的協同配合資料應滿足相應的內容深度要求。

4）對數字化三維協同配合規定了各專業與布置專業的協同配合過程，其余專業間的協同配合按各單位相關規定執行。

3.3 協同配合流程說明

協同配合流程為：（1）電氣一次、電氣二次、水暖、土建進行專業設計，并提資給土建專業中負責總圖布置的設計人員；（2）數字化支撐專業為布置設計提供基礎數據，配合布置專業進行布置設計；（3）數字化支撐專業在項目定制階段與電氣一次、電氣二次、土建專業、水暖專業進行協同配合；（4）電氣一次、電氣二次、土建專業、水暖專業在系統設計階段協同配合；（5）布置設計人員在詳圖設計階段與電氣一次、電氣二次、土建專業、水暖專業數字化支撐專業協同配合；（6）各專業與外專業（包括輸電、系統、勘測等相關專業）在項目定制、系統設計、布置設計、詳圖設計和數字化設計成果管理階段協同配合。

3.4 數字化三維協同資料形式

3.4.1 數字化三維協同資料

數字化設計應嚴格按照質量體系文件規定，各專業須確保協同設計資料的數據來源可靠及內容正確。對項目數字化設計本階段技術原則影響較大的資料定為“重要”資料，其余的為“一般”資料。工程設計中不同階段暫時使用的參照資料，應由各專業根據項目實際情況進行分析，確定適合本項目使用后，將資料提交給各專業用于協同設計，待正式資料落實后須及時進行資料替換，并對所提交相同資料的各個版次進行分析，將其與前版有變動的部分做明顯標記。布置專業接收“重要”資料如表1所示。

表1 布置專業接收“重要”資料表

3.4.2 數字化三維協同配合資料提交形式及簽署

數字化三維設計平臺內部協同配合：在數字化平臺內部的專業間協同設計各專業。由主設人管理設計結果的版本，根據資料的重要性，由相關負責人批準發布設計結果供外專業參考協同設計。

數字化三維設計平臺外部協同配合：不能在平臺內部協同配合的設計資料，可參照傳統協同配合方式進行。

各種數字三維化協同配合資料至少應有提交人和校核人和批準人簽署。如有條件，宜采用電子資料交互，并采用文件管理系統對資料輸入進行管理，保證備查的條件[1]。

4 結論

近年來，數字化三維設計技術在工程中逐步得以應用，但其廣度和深度有待提高。隨著數據庫技術、三維虛擬技術、大數據技術、云計算技術的不斷發展，以數據庫為基礎，以三維模型為信息載體，二、三維設計技術相融合的三維設計平臺已經逐步展現，并將確立其未來在工程設計中的發展方向，為保證設計企業有效建設三維設計技術，提升輸變電工程設計效率和質量，需要建立與其相適應的技術、管理體系給予支撐，才能引導和推動技術進步，為勘察設計企業明確三維設計技術方向、三維設計流程，提高設計單位的勞動生產率，保證設計成品質量，促進工程建設的全生命周期管理水平，實現設計單位與業主單位的協調發展。

數字化三維協同設計流程通過平臺為基本載體，實現了設計院“智能化電氣系統設計”，并對數字化設計維數據貫通和報表定制進行專項研究，通過現有或已經完成的設計工程作為參考及基礎，驗證平臺協同流程的定制功能的正確性、易用性等。在應用中不斷完善功能，提高科技項目對專業的適用性（如軟件接口、成果調用），增強協同設計深度。

現階段，受限于軟硬件的發展水平及前期數據庫不充足的情況下，在設計任務比較繁重的情況下，變電站三維數字化設計并沒有全面應用，但數字化三維設計是信息化時代背景下電力工程深度發展的必然產物，是由業主推動、各基建方參與的對基建工程全壽命周期管理的第三次設計革命。