三维协同设计在裕隆换流站设计中的应用

王磊

通过介绍裕隆换流站地下设施协同设计、主控楼协同设计及变压器消防系统协同设计的具体应用，对比常规二维设计手段和三维协同设计手段的优缺点，阐述三维协同设计手段在换流站设计中的可行性及带来的效益。

关键词：三维协同设计裕隆换流站设计应用

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

2. 应用背景

锦屏-苏南±800kV特高压直流输电工程是世界上电压等级最高的直流输电工程之一，送电距离约为2100km，其任务是将我国西部水电直接送到华东经济发达地区苏南。裕隆换流站位于四川省西昌市裕隆乡，是锦苏特高压直流输电工程的送端换流站，也是目前世界上最大容量的换流站。

为检验三维协同设计在变电全专业（电气及土建两大专业）的全面工程应用效果，我院以裕隆换流站为依托工程，对全专业的三维协同设计进行了尝试。

3. 应用体会

参与变电设计的主要专业有：电气一次、电气二次、总图、建筑、结构、水工、暖通，在常规二维工作模式下，工作流为串行模式，存在以下几个缺点：每个专业在接收到上游专业资料之后才能开展工作，设计周期较长；不同专业之间无法进行及时有效的沟通，配合时容易出现问题，且不易发现；资料来源不具有唯一性，常出现纸质版资料与电子版资料不符的情况。

三维协同设计是通过内容管理平台ProjectWise的管理，建立标准的工程目录管理结构层次，制定文件档案及模型的命名、存放位置等规则，将参与同一个项目的所有人员进行权限分配，按设定的工作流开展设计。

所有的项目人员在同一个整体模型下，即同一个数据库支撑，一次输入多次利用数据。每个人员只对自己负责部分的内容有读、写的权限，对其它的人员负责部分只有读的权限。设计人员根据需要随时随地地以参考的方式将其它内容参考进自己设计的部分，以高效地直观地完成自己的设计，大大地降低了本专业与其它专业发生冲突的可能性，进一步地提高了设计质量。同时由于可方便地引入外专业的内容及直观多方位的浏览，提高了沟通效率，进一步地提高设计效率，为缩短设计时间提供了基础。

协同设计改变了常规设计的串行设计模式为并行设计模式，可缩短项目的设计周期。

图1 变电设计工作模式比较示意图

4. 应用实例

下文以换流站设计中对协同要求程度较高的部分为例，介绍多专业协同设计的应用过程及对常规设计手段的优化。

 地下设施的协同设计

换流站的地下设施主要包括：构支架基础、电气设备基础、电缆沟、道路基础、围栏基础、避雷线塔基础、生活给水管网、消防给水管网、排水管网等，这些设施的定位及尺寸信息散落在不同专业不同分册的不同图纸中。采用常规手段设计时，设计人员需要耗费大量的时间和精力收集地下设施的信息，并且很难保证这些信息的准确性。因此，地下设施的碰撞问题在施工阶段经常发生，延误工期。在采用三维协同设计之后，设计人员可以很方便的按照事先规定好的文档结构，将相关的地下设施模型参考至设计模型中来完成设计。由于所参考的模型与其他设计人员的设计模型为同一文件，保证了输入资料的唯一性及实时性，资料自动更新之后，只需利用软件的碰撞检查功能对原设计模型进行校核及修改，并将修改结果及时与现场沟通，即可避免碰撞的发生。

图2 直流场区地下设施碰撞检查结果

上图为直流场区域地下设施碰撞检查结果，结果显示直流场排水管网与电缆沟及设备基础共发生5处硬碰撞。设计人员逐一确认碰撞，进行修改，并在施工前及时地将修改结果反馈给现场施工单位，避免现场碰撞的发生。

 主控制楼的协同设计

主控制楼除工艺房间内的设备外，还有很多配套的附属设施，包括给水管道、排水管道、空调风管、空调室内机室外机、阀冷却系统管道及防排烟管道等。由于受主控制楼建筑面积及体积的限制，各种管道及附属设施的布置需要设计人员花费大量的时间核对柱梁板及相关管道的尺寸信息和它们之间的空间关系。在采用三维协同设计之后，设计人员可以快速高效的将所需模型及信息参考至设计模型中，使在采用传统设计手段时需耗费大量时间搜集的信息在一个模型中完整准确的反映出来，可以缩短设计周期，优化管道布置、减少不必要的裕度。

图3 主控楼各专业总装模型

上图为主控楼各专业总装模型，利用三维协同设计手段，对原设计的风管尺寸进行优化，将三层的层高由5.1m减至4.2m，四层的层高由4.5m减至4.0m，减少了投资。

 变压器消防系统的协同设计

变压器消防系统主要由水雾喷头、消防管道及配件、雨淋阀组等构成，设计中的难点包括喷头及消防管道对电气设备的带电距离，水雾喷头的包络线能否完全覆盖变压器本体，消防管道与地下基础之间的空间关系。采用传统二维设计手段时，这些难点需要依靠设计人员的经验及空间想象能力来解决，无法做到精确定位及布置。采用三维协同设计之后，所需信息可以在模型中直观准确的表达出来，设计人员只需根据模型之间的相互关系来调整消防管道及喷头的位置，优化布置，减少喷头数量及管道长度。

图4 变压器消防系统模型

上图为变压器消防系统模型，模型中直观的显示了喷头的水雾包络线与变压器本体之间的关系、喷头和管道与电气设备间带电距离的关系，通过优化喷头间距及喷射角度，将喷头数量由原设计的55个减至51个。

5. 结语

中国是一个高速发展的发展中国家，每年投运的各种电压等级的换流站、变电站及串补站约达数百个。

因此，希望BENTLEY更加重视这块价值洼地，帮助我们更快的提升设计手段，让我们共同为变电设计领域做出更大的贡献。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。