三維設計在電網和變電站建設中的主要作用

李海超

（蘭州倚能電力設計咨詢有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

隨著我國電網的快速發展，電網和變電站的建設已經實現了數字化設計模式，高科技的應用可以避免不良設計和錯誤設計。它可以優化設計質量并減少紙張材料的浪費。因此，加強三維模型的研究具有重要意義。

智能電網是電力技術生產中的關鍵組成部分。通過智能化的設計，可以將設計完全集成以實現所需的結果。提高工程的設計，改進設計，提高產品質量，提高材料知識，并完成以實現全壽命管理的過程，變電站的三維設計憑借其創新的設計元素和強大的變電站數據庫，可以滿足智能發展的需求。高品質的無線網絡必須先通過數字傳感器連接裝置和設備，并創建一個雙向通信系統的數字設備的數據收集、整合、分析和決策。這意味著必須控制和報告網格中的所有組件，并且必須在系統設計期間完全確定此要求。憑借其集成的內容、全向的圖形顯示界面和集成的圖像界面，電力行業的設計已收到越來越多的三維模型。

1 三維設計的特點

在信息時代的背景下，數字技術、信息技術和計算機技術取得了巨大的進步和創新，電力已進入社會生產和生活的方方面面，這導致電力需求的多樣化發展以及對電力需求的增長。隨著電力需求的增加，智能電網建設中的變電站設計現在變得越來越重要。傳統的二維設計方法在角度和操作方式上都處于落后地位，無法實現變電站整個生命周期的數字化傳遞。在這種環境下，三維設計技術開始發揮作用。它主要基于智能三維信息的設計平臺，從而大大縮短了設計工作時間，并簡化了工作流程。變電站的設計包括建筑物、結構、電纜保護管等。該項目的詳細信息，使用完整的數據結構模型庫，并有大量的能量計數和分析操作，使變電站的設計和連接點更容易，更節能。三維可視提高了設計進度和準確性，設計圖在計算機中被用作設計文件，讓所有的信息可以完全顯示出來。建造變電站涉及許多學科，實現不同專業之間的需求，相互溝通和信息轉換，并最終優化工程設計的效果。

（1）在數字時代，智能電網建設對變電站工程設計提出了更高的要求。在傳統的CAD 方法中，復制和修改圖紙的方法不再能夠提高質量和效率，并且設計結果無法在整個生命周期中以數字方式傳輸。依靠三維設計技術，變電站的設備和建筑物可以在計算機所提供的三維空間中構建起來，該空間結合了變電站涉及的各個學科。依靠協同設計工作平臺，管理人員可以看到其他設計師的所有成果，并且可以通過專業的交流，攜手改進工程設計質量和進度。

（2）在變電站三維設計的工程中，不僅融合電氣、建筑和結構等各項應用，它還以工程數據庫為核心，依據數據編譯出的三維模型，最終來很好地實現自動繪圖、鏈接更新、凈距檢查和三維數字協作，大大提高設計效率和設計質量。

2 三維設計在電網和變電站建設中的應用與實踐分析

2.1 確定變電站三維設計目標

設定準確的目標是實現三維設計價值的最佳基礎。以變電站設計為例，其設計目標必須滿足以下要求：首先，它可以實現自動計算和分析，并建立三維信息模型。輸入數據可以獲得完整的圖形效果，并且可以自動生成多個視圖圖形文件，從而縮短變電站的設計時間。第二個是全專業的協作設計。由于建造變電站涉及許多專業，因此不同專業的技術要求也不同。通過集成平臺管理，三維協同設計可以滿足同一項目下所有專業人員的設計需求。通過建立文件和模型命名方法，可以限制不同的專業權限。只有專業設計師才能擁有本專業的讀寫權限，而其他設計師則只能閱讀。在滿足各自專業設計的基礎上，他們可以看到其他專業的設計情況，高效、快速地完成設計工作，避免彼此之間的沖突，并確保所有專業的協同設計。第三，數字切換。在傳統的設計模式中，數字信息傳輸的能力是相對有限的，不僅工作量大，工期長，而且材料容易出現缺陷和偏差，大大降低了變電站的建設進度和管理級別。三維數字傳輸具有自己強大的數據庫功能，并通過統一的信息平臺實現數據和結果的整體傳輸。它主要包括地理信息數據、設計模型、工程數據等，以及有助于變電站建設發展管理的信息和情報。

2.2 三維建模

三維建模直接影響變電站的建設進度和工程規模。作為核心材料，變電站的電氣設備對建模深度和建模精度有很高的要求。在特定的建模過程中，設計人員創建主要用于建筑模型和設備模型的組件模型。根據現場的實際情況，設計人員將繼續簡化組件信息，以確保模型可以滿足特定要求以及設備供應商提供的指定文檔。此格式是設計三維模型以確保模型圖紙的準確性和比例真實性的理想選擇。由于許多機型在變電站設計中創建，以保存模型庫的存儲空間，設計師應該簡化模型的設計，采用的繪圖方法，很容易識別和跟蹤。在確保對模型本身有清晰解釋的基礎上進行簡化的原則：為了確保模型結構和裝配模型的合理性，關鍵尺寸和專業零件無法簡化。

2.3 三維設計在變電站工程中的應用實例

在以上分析的基礎上，結合相關場景進行具體分析，并根據變電站的實際情況，在總體布局的基礎上進行協調設計，并由多名專業人員進行討論。角度：土建工程專業人員，擁有變電站建筑物和結構的國家電網設計工作的模塊化結構的要求相結合充分考慮變電站墻板，門窗風格，嵌入電纜保護管和預留孔洞的三維設計。其次，對于電氣專業，通過數據庫模型分配設備參數，并分配常規的短路電流、線張力等。通過其自身的自動計算功能，并自動生成計算書。一旦變電站的總體規劃和設計完成，專業人員將生成建筑物的多角度視圖。電氣專業人員可以直接在總體計劃中縮減設計并自動生成設備參數。調整總體規劃時，可以自動優化和調整電氣設備圖和截面圖。

3 三維設計基于工程設計給出的具體措施

3.1 以標準數據庫作為核心的數字化設計

（1）變電站的三維設計將會基于工程設計中的數據庫，同時自動生成相關的圖紙。數據庫設備模型將會使用國家電網公司所通用的模型庫（2018 版），模型文件會以GIM 格式統一，從源頭上適合設備類型。

（2）在工程設計過程中，所有專業都是在協作平臺上同時制作的，相關的專業設計師可以看到大圖的調整和修改。通過共享數據，項目設計將實現修改的預期效果，諸多相關的圖紙將會自動更新，并提醒相關設計人員的時間，避免造成信息傳輸錯誤和接口錯誤，有效降低專業間出現錯誤的可能性。

3.2 標準化設計體系

隨著三維設計理念的深入和使用、設計工具和設備模型的不斷完善，三維設計平臺幫助設計師實現優化設計和精度設計，設計人員可以根據項目的特定需求選擇各種材料。可以基于諸如“模型”，“制造商”和“電壓水平”之類的數據中快速選擇所對應的組件。

1.2.1 納入標準 ①所有孕婦在入院后均接受臨床檢查證實為妊娠期高血壓；②均符合剖宮產術手術指征；③患者及其家屬均對研究知情并簽署同意書；④本院收治的住院患者；⑤患者均具備完整的臨床資料。

3.3 變電站的三維協同與設計

基于我們相同工程模型下的協同設計系統，將會縮短工程設計的時間，減少了工程設計的工作任務量。會最大程度地提高專業之間設計結果的共利共享，避免簡單的重復工作。初級轉換，次級轉換和土建工程相關的專業人員將會在同一平臺上展開工作，并會進行跨專業在線校對。讓圖紙的修改和更新一目了然，相關的圖紙詳細信息將自動更改。與傳統的CAD 圖紙設計相比，采用同平臺設計方法，不僅可以提高設計工作的效率，同時也降低專業人員之間造成多個接口錯誤的風險，并提高設計的工作質量和溝通效率。

3.4 精細化設計

（1）該設計是基于三維模型，以及與安全檢查和安全間隙檢查為重點，這很容易避免設計錯誤與重新設計工作的出現，節約時間，解決現場出現的問題，碰撞檢查等功能問題。相關的三維設計軟件也會具有自身的碰撞檢測功能，可以檢測替換設備以及底座與電纜保護管之間的碰撞。三維設計，三維空間，因而具有良好的視覺效果，與二維設計平臺相比，交叉碰撞空間僅僅只能憑借設計師的空間想象，再進行對應的判斷和分析，在復雜基礎的設備與布置下，將會很難直觀地發現各種問題。

（2）根據設計者自身的要求，安全間隙的檢查功能可以自動檢查不同電壓的設備之間，甚至設備與地面之間的安全距離是否滿足基本的要求。當我們的變電站中有許多輸出線路或布線類型特別復雜的時候，相關的帶電設備與電線之間也將會存在一定的空間交叉情況，而且相關設計也是僅僅只會依賴于二維圖形界面。驗證安全距離需要花費大量時間和精力，并且會出現較多錯誤。三維設計不僅僅只提供完整的360 度范圍的旋轉觀察，也可以依靠自動間隙檢查的功能，來高效地縮短設計周期，進而很好地提高設計效率。

4 三維設計對于變電站工程中的有效應用

4.1 應用實例

（1）結合新的110 千伏模塊化智能變電站，三維設計的具體工作在下面的工程設計過程，在一起討論當前階段三維設計的優缺點。

（2）在工程設計階段，變電站和土建工程專業人員可以通過在設計平臺上設置參考點，根據變電站的總體布局協調設計相關工作。根據項目自身存在的實際情況，土建工程師將會根據國家電網的模塊化施工要求來進行設計，預制墻、門、建筑物和結構模塊。它將會應用于變電站的建筑墻板、以及墻面裝飾板，對門窗類型以及其他相關尺寸和材料合理選擇分配值；通過三維設計，并展示變電站墻的開口，電纜保護管的布置。相關的電氣專業人員會根據國家電網公司的通用設備模型，來進行電氣設計的有關工作，并對所要用到的設備和各種參數合理分配數值。三維設計的平臺通常會具有線張力驗證，正常短路電流計算等功能。可以依靠軟件快速完成計算，并且自動導出相關的計算書，因為不需要單獨進行計算與分配，從而最大限度將計算時間縮短到設計周期中的具體某個時間點。所有的專業設計人員必須要嚴格地執行國家電網公司中的“三通一標”要求，未來的設備制造商必須按照國家電網公司的通用設備進行生產，以確保專業的設計工作。

（3）變電站的總體規劃和設計完成后，可以根據工程要求自動生成每座建筑物的正視圖、立面圖和俯視圖。配電設備圖和間隔截面圖無需再次繪制，可以在總體規劃中“切出”，并且設備參數會自動生成。如果調整了總體規劃，則無需手動操作即可自動調整電氣設備的原理圖和截面圖，從而大大降低了設計錯誤的可能性。

4.2 現階段三維設計的不足之處

本文概述了通過特定項目進行的三維設計的具體特征。于此同時，同傳統的二維設計平臺來比較，三維設計不只是在提高設計效率方面具有明顯的強勢與優勢，并且很大程度上降低了出現設計錯誤的可能性，大幅度提高工程設計的質量。

（2）如何實現不同設計單位、范圍、格式要求以及項目完成數據和三維設計傳輸深度的信息共享。

5 結語

盡管三維設計工作仍處于試驗階段，但其實現仍有待進行。下一步國家電網公司將依靠“三個環節，一個標準”的要求，進一步完善通用設備庫和公用設備模型。同時，需要為模型制作、設計深度要求和結果傳輸要求以及相應的文件釋放的技術要求，還有待進一步完善，進一步實現三維工程設計、三維查看和更改的三個目標。

綜上所述，隨著時代的進步和發展，三維設計在電網和變電站的建設中也得到了應用。鑒于當前三維設計的缺陷，相關技術人員需要繼續創新和改進。據認為，三維設計工作可以實現所有專業的協同工作，在不久的將來會實現綜合管理和動態生命周期管理，充分發揮整合各專業的設計成果，減少設計錯誤，降低投資成本，提高企業的整體體驗。基于設計的三維模型的視覺效果和實際可能性，能源和空間擴展的設計思路將擴展到滿足業主的不同需求。