趨勢(shì)洞察 驅(qū)動(dòng)數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用

文|宋佩珂 馮運(yùn)超

隨著電力工程管理水平的不斷提高，不管是項(xiàng)目業(yè)主單位還是施工單位，均希望設(shè)計(jì)圖紙的表達(dá)更加精細(xì)、更加具體。這就意味著在設(shè)計(jì)周期越來越短的情況下，圖紙數(shù)量增加，圖紙深度和成品質(zhì)量均需有較大的提升。然而，傳統(tǒng)電氣二次設(shè)計(jì)采用以AutoCAD 為圖板，以藍(lán)圖為設(shè)計(jì)成品，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與成品審核完全依靠人工完成，成品質(zhì)量受設(shè)計(jì)人員水平的影響較大。因此，將數(shù)字化技術(shù)引入到電氣二次設(shè)計(jì)中，以工程數(shù)據(jù)庫為核心，實(shí)現(xiàn)圖紙信息的存儲(chǔ)與調(diào)用，提高設(shè)計(jì)效率，保證成品質(zhì)量，已日漸成為電氣二次設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。

西南電力設(shè)計(jì)院于2010年開始數(shù)字化設(shè)計(jì)的研究與探索，經(jīng)過不懈努力，電氣二次數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)逐步完善，并首次在山南220kV 變電站（以下簡稱“山南變”）的工程設(shè)計(jì)中全面推廣應(yīng)用。從工程數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，電氣原理圖的繪制，到端子排圖和電纜清冊(cè)的生成，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)提升了設(shè)計(jì)深度，提高了成品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化，取得了很好的應(yīng)用效果。

山南220kV 變電站位于桑日縣南側(cè)雅魯藏布江峽谷內(nèi)，距離山南州府澤當(dāng)約11.5km，是覆蓋拉薩、日喀則、山南、那曲及林芝五地市西藏中部電網(wǎng)220kV 主網(wǎng)架的重要組成部分。

山南變電氣二次線按智能變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，全站電氣二次施工圖共計(jì)38 個(gè)卷冊(cè)，除火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、圖像監(jiān)視系統(tǒng)埋管圖和接線圖使用AutoCAD 繪制以外，其余所有卷冊(cè)均使用數(shù)字化軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

數(shù)字化設(shè)計(jì)

工程數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與圖紙標(biāo)準(zhǔn)化。與AutoCAD 繪圖方式不同，開展數(shù)字化設(shè)計(jì)之前，首先要建立工程數(shù)據(jù)庫。工程數(shù)據(jù)庫主要包括電氣符號(hào)庫、電纜型號(hào)庫和產(chǎn)品型號(hào)庫，如圖1所示。工程數(shù)據(jù)庫的建立，一方面為工程數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)入庫做好了準(zhǔn)備，另一方面也保證了電氣符號(hào)和設(shè)備選型的標(biāo)準(zhǔn)化，為實(shí)現(xiàn)電氣二次標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供了保障。通過設(shè)置各類數(shù)據(jù)的顯示樣式，建立報(bào)表模板和端子排模板，能實(shí)現(xiàn)工程出圖內(nèi)容和出圖樣式的和諧統(tǒng)一，避免由于設(shè)計(jì)人員個(gè)人風(fēng)格所導(dǎo)致的圖紙差異，實(shí)現(xiàn)電氣二次圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化。

圖1 電氣符號(hào)庫和端子排模板

電氣原理圖數(shù)字化設(shè)計(jì)。以往我院電氣二次設(shè)計(jì)以AutoCAD 繪制原理圖為基礎(chǔ)進(jìn)行，大多采用框圖的形式，如圖2（a）所示。電氣二次原理圖中不表示設(shè)備內(nèi)部接線，只表示外部接線的端子號(hào)。這種出圖方式繪制二次設(shè)備之間相互聯(lián)系的原理圖，注重系統(tǒng)內(nèi)各二次設(shè)備之間整體、宏觀的連接，是一種相對(duì)常規(guī)的、傳統(tǒng)的出圖方式。

山南變采用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)，出圖方式以屏柜為單位，在各屏柜廠家資料的基礎(chǔ)上展開設(shè)計(jì)。各個(gè)相關(guān)設(shè)備之間交叉鏈接，可顯示對(duì)側(cè)屏柜的屏柜名稱、接線端子號(hào)、所屬卷冊(cè)、電纜接線等相關(guān)信息。如圖2（b）所示，原理圖的左側(cè)為設(shè)備內(nèi)部接線及端子，中間繪制電氣回路號(hào)及回路屬性，右側(cè)顯示對(duì)側(cè)設(shè)備名稱、端子號(hào)及相關(guān)圖紙編號(hào)。原理圖中的端子信息、回路信息和電纜信息均可實(shí)時(shí)入庫，箭頭右側(cè)的對(duì)側(cè)設(shè)備信息通過數(shù)據(jù)鏈接符號(hào)的放置自動(dòng)生成。當(dāng)對(duì)側(cè)設(shè)備端子號(hào)、回路號(hào)等信息發(fā)生變更時(shí)，接線圖中的相關(guān)信息將自動(dòng)更新，保證了前后數(shù)據(jù)的一致性。同一回路的信息只需賦值一次，就可在相關(guān)圖紙中自動(dòng)關(guān)聯(lián)，為圖紙查詢提供了方便。

電纜清冊(cè)數(shù)字化設(shè)計(jì)。數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件能實(shí)現(xiàn)電纜清冊(cè)的精確開列。山南變電纜清冊(cè)通過配置模板，從工程數(shù)據(jù)庫中提取電纜信息自動(dòng)生成，保證了原理圖和電纜清冊(cè)信息的一致。只要原理圖繪制正確，電纜清冊(cè)就可避免錯(cuò)漏。電纜清冊(cè)模板（圖3(a)）和電纜清冊(cè)成品（圖3(b)）如下圖所示。通過使用統(tǒng)一的電纜清冊(cè)模板，可實(shí)現(xiàn)電纜清冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化；電纜清冊(cè)格式變化時(shí)，只需修改電纜清冊(cè)模板即可重新生成電纜清冊(cè)。

圖3 電纜清冊(cè)模板及電纜清冊(cè)成品

數(shù)字化成品的深化設(shè)計(jì)。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行電氣二次施工圖設(shè)計(jì)，除了能提供傳統(tǒng)設(shè)計(jì)成品外，還能根據(jù)業(yè)主和施工單位的需求從數(shù)據(jù)庫中提取多種形式的報(bào)表，如端子接線表、屏柜統(tǒng)計(jì)表等。在山南變數(shù)字化設(shè)計(jì)中，基于定制的報(bào)表模板從工程數(shù)據(jù)庫中提取出電纜接線表，以電纜編號(hào)為序提供電纜每一芯的詳細(xì)接線信息，為施工單位的接線和校驗(yàn)提供了方便。除紙質(zhì)圖紙外，數(shù)字化設(shè)計(jì)成品還可打印成帶數(shù)據(jù)鏈接信息的PDF 文件提供給業(yè)主和施工單位。業(yè)主和施工單位只需安裝Adobe 軟件就可進(jìn)行瀏覽，當(dāng)點(diǎn)擊PDF 文件中的數(shù)據(jù)鏈接信息時(shí)，文件頁面可自動(dòng)跳轉(zhuǎn)，為圖紙信息查詢提供方便。

數(shù)字化校審

電氣二次專業(yè)成品通常采用打印紙質(zhì)圖紙方式進(jìn)行人工校審。數(shù)字化設(shè)計(jì)使得借助數(shù)字化設(shè)計(jì)工具進(jìn)行圖紙的校對(duì)和審核成為可能。

一方面，與傳統(tǒng)校審方式不同，數(shù)字化設(shè)計(jì)工具的自動(dòng)校審功能將與圖紙的繪制同步進(jìn)行。在設(shè)計(jì)過程中，數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件能自動(dòng)檢測(cè)重復(fù)的元器件名稱和電氣線編號(hào)，提示未鏈接的電氣線和未接線端子，還能顯示電纜芯數(shù)的使用情況，避免實(shí)際使用芯數(shù)超過電纜總芯數(shù)或是備用芯過剩。

另一方面，圖紙繪制完畢后，數(shù)字化設(shè)計(jì)工具通過實(shí)時(shí)導(dǎo)航和精確定位功能為校審人員提供便利。實(shí)時(shí)導(dǎo)航能實(shí)現(xiàn)原理圖兩側(cè)設(shè)備及原理圖與端子排圖之間的導(dǎo)航，方便校審人員隨時(shí)查看對(duì)側(cè)設(shè)備及相關(guān)端子排信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)原理圖和端子排圖的一致性校審。精確定位功能，能通過設(shè)備名稱對(duì)圖紙信息進(jìn)行檢索，查找并定位到該設(shè)備所在的頁面，提高校審效率。

數(shù)字化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式對(duì)比分析

工程實(shí)例對(duì)比。西藏墨竹工卡220kV 變電站也按照智能變電站建設(shè)，工程規(guī)模與山南變電站類似。為更好地說明數(shù)字化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的差異，通過兩個(gè)工程的出圖數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，山南變用數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)，圖紙數(shù)量增加，圖紙深度加深，成品質(zhì)量和圖紙完整性均有所提高，滿足了業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)成品的精細(xì)化要求，取得了良好的應(yīng)用效果。

數(shù)字化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是數(shù)字化設(shè)計(jì)以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)圖紙中的電氣符號(hào)、電纜類型均從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取，有利于工程規(guī)范統(tǒng)一，且所有設(shè)計(jì)成品均是一種風(fēng)格，不再因人而異，提高了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化水平；AutoCAD 軟件繪圖為機(jī)械繪圖，隨意性較大，設(shè)計(jì)時(shí)可能出現(xiàn)圖面上電氣符號(hào)、屏柜名稱不一致等情況，設(shè)計(jì)出手成品的質(zhì)量完全由設(shè)計(jì)人員的認(rèn)真、仔細(xì)程度決定。

二是使用數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)，屏柜的原理接線包含了屏柜內(nèi)部接線、對(duì)側(cè)設(shè)備屏柜名稱、圖紙編號(hào)等信息，信息更完整更細(xì)致，也方便圖紙信息的快速查詢；原理圖中對(duì)側(cè)設(shè)備信息為軟件自動(dòng)生成，降低了手動(dòng)添加對(duì)側(cè)設(shè)備名稱、端子號(hào)等信息出錯(cuò)的幾率，甚至避免出錯(cuò)，提高了成品質(zhì)量，減少了校審時(shí)間，提升了校審效率。

三是數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)端子排自動(dòng)生成，包含回路號(hào)、電纜去向、電纜編號(hào)、電纜型號(hào)和備用芯等信息，為施工單位電纜接線提供更多信息；AutoCAD 軟件設(shè)計(jì)端子排圖手動(dòng)繪制，僅包含回路號(hào)、電纜去向和電纜編號(hào)信息。

四是數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件可以精確地統(tǒng)計(jì)電纜，自動(dòng)生成電纜清冊(cè)，且只要原理圖繪制正確，電纜清冊(cè)可以避免錯(cuò)漏；AutoCAD 軟件設(shè)計(jì)則需手動(dòng)開列電纜清冊(cè)，容易出錯(cuò)。

五是數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件可以基于項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫提取多種形式的成品，只要數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，只需配置模板，就可獲得多種成品；而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要其它形式成品時(shí)，則需要重新繪制。

六是數(shù)字化校審方式除導(dǎo)出紙質(zhì)圖紙校審?fù)?，還可通過數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)電子化校審。

西南電力設(shè)計(jì)院在山南220kV 變電站中運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，通過建立工程數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了電氣二次圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化。通過運(yùn)用數(shù)字化手段繪制電氣原理圖保存接線信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)側(cè)設(shè)備信息的自動(dòng)生成；通過配置模板提取數(shù)據(jù)庫信息，實(shí)現(xiàn)了端子排圖和電纜清冊(cè)的自動(dòng)輸出；通過對(duì)數(shù)字化成品的深化設(shè)計(jì)，提取了多種形式的報(bào)表，生成了具有數(shù)據(jù)鏈接功能的PDF文件。通過運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)工具的自動(dòng)校審和導(dǎo)航定位功能，實(shí)現(xiàn)了電氣二次圖紙的數(shù)字化校審。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，數(shù)字化設(shè)計(jì)成品質(zhì)量提高，設(shè)計(jì)深度加深，滿足了業(yè)主對(duì)工程精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求。