浅谈变电数字化三维设计技术发展及应用

王永超 李论涛

【摘 要】随着互联网+、大数据、人工智能等技术与工程应用的融合，数字化三维设计技术日益成熟，但也存在一些急需解决的问题。文章针对变电工程数字化三维设计技术发展中存在的问题，从设计平台、质量保证体系、设计流程三方面进行了详细的论述，提出变电工程数字化三维设计技术整体发展构想，进而分析了数字化三维技术在勘测、设计、施工、移交、运维等阶段的应用。

【关键词】数字化；三维；协同设计；变电工程；效益

中图分类号：TM 761 文献标识码：A

引言

随着VR、MR等新技术的发展，设计创新蓬勃发展。2018年7月2日，国家电网有限公司发布基建585号文，明确要求从2018年下半年全面推广输变电工程数字化三维设计，到2020年底，全面实现35kV及以上输变电工程的变电数字化三维设计，大大推动了三维设计的进步与发展。

变电工程数字化三维设计，将能够极大的提高变电站的设计质量。通过数字化移交，工程信息将由设计贯穿到施工、运行、维护，直到退役，应用于变电站全寿命周期过程。

1 变电数字化三维设计技术现状

1.1 数字化三维设计软件现状

目前，变电数字化三维设计软件，无论是综合性应用平台还是专业软件，都不能完全满足相关技术规范要求。

1.1.1 数字化三维设计综合平台功能不足

Bentley平台的Substation数字化解决方案、博超STD-R、金曲变电站BIM是目前应用最为广泛的三个变电站数字化三维设计的综合性平台。Substation数字化解决方案需要与Bentley平台的其他功能模块集成才能完成变电站全专业设计，但是软件逻辑性强，操作繁琐，建模复杂，不匹配国内设计人员习惯；博超STD-R平台与金曲变电站BIM都是基于Revit二次开发，优点是符合国内设计人员习惯，操作简单易学，缺点是Revit是建筑行业模型展示软件，与电力行业规范要求差距较大，虽然博超和金曲都进行了较大投入的二次开发，但仅能实现电气一次的部分功能，距離满足变电站数字化三维设计技术要求还有很长的路要走。

1.1.2 数字化三维设计专业软件功能不足

AECOsim BD、Revit建筑设计软件，STAAD pro结构设计软件、GEOPAK、鸿业场地设计软件、PKPM建筑结构计算软件、上海同磊土木工程技术公司的3D3S钢结构软件3DPTower 构架集成软件、上海欣电的Electric智能二次设计软件等专业软件可以实现专业计算或者三维设计，但是还不能实现三维设计计算、数据与综合设计平台的数据互通，无法实现变电工程的全专业、多维度、扁平化的协同设计。

1.2 质量保障体系现状

1.2.1 管理体系建设欠缺

设计单位还没有建立起与变电数字化三维设计技术相对应的管理体系，例如出图标准，典型工程库，质量管理文件等。

1.2.2 技术人才缺乏

熟练掌握数字化三维技术的专业技术力量不足，不能有效支撑企业三维建设的需求，尤其缺乏了解勘察设计业务又熟悉三维的复合型人才，严重制约了企业三维建设的发展水平。

1.2.3 流程制度建设缺失

对大多数的设计单位来说，都在沿用传统的流程、制度，其已不满足数字化三维设计技术的模式要求，应重新制定工作流程，并辅以相关企业制度便于技术发展，例如平台作业规程、平台技术管理规程、人力资源体系的相应调整、配套的薪酬机制（岗位设置、组织结构）、设计流程等。

2 数字化三维设计技术整体发展构想

针对变电数字化三维设计技术发展的问题，下面从二方面提出相关发展构想。

2.1 变电站数字化三维设计软件发展思路

对于设计单位来说，想要软件满足设计要求，只有自主研发、参与研发、专业化定制三条路可走。根据变电数字化三维设计技术特点和软件发展情况，多家设计单位联合研发或者定制开发也许是不错的选择。

2.2 建立新的质量保障体系

2.2.1 完善符合变电数字化三维设计的管理体系

根据国家电网有限公司的规范要求，充分细分变电工程项目的设计要求，实施设计全过程三维建模范围及深度标准研究，面向方案需求、基建标准及规程规范建立变电工程三维数据信息模型。

2.2.2 建立数字化三维设计体系

设计单位应从变电工程全生命周期的角度考虑，建全变电数字化三维设计体系，包括质量保障体系、基础模型数据库、多专业协同设计管理、数字化交付，满足项目采购、施工及运维管理需求的信息数据等。

2.2.3 建立数字化三维设计工作流程和实施细则

新的工作流程应明确各专业分工，制定合理的专业设计流程和协同、配合机制，方案要包括项目策划、专业策划、协同设计、方案会审、碰撞检查、模型确认、工程出图等。

2.2.4 建立数字化三维设计质量管控体系

（1）明确三维设计与专业设计角色分工，各司其职，岗位明确，“双线并行”方式协调管理。

（2）对策划、准备、方案设计、方案协同、输出等各设计阶段进行全过程的质量控制。

（3）利用三维设计手段开展专业内、专业间多级校审，通过软件安全净距校验、综合碰撞检查等功能，保证设计质量。

3 应用

变电数字化三维设计技术以数据库为支撑，以三维展示为手段，将电气、总图、建筑、结构、水工、暖通等专业的设计工作协同起来，在变电工程应用的每个阶段都具有重要意义。

3.1 勘测

利用三维倾斜摄影技术快速实现变电站地址全貌数据，实现全过程数据共享，为后续设计、施工提供基础数据支持，方便实现土方计算等。

3.2 提高设计质量

（1）利用数字化三维软件的安全距离校验和碰撞检查，让设计人员快速核实不合理的方案设计，优化布置方案，大大提高了设计质量。

（2）鉴于计算机精确的数据处理能力，数字化三维技术可以快速而准确的实现变电工程设备、电缆材料、土方量等工程材料和工程量的快速统计，避免人为的疏漏。

3.3 優化施工流程，缩短施工周期

通过三维程序分场地分步骤模拟，实现机械化连续施工作业，优化施工流程，显著提升施工效率，大幅缩短建设工期。

3.4 可视化评审

利用数字化三维技术的可视化特点，可以远程、迅速的实现变电工程设计方案的评审和优化，大大节省评审时间，缩短项目建设周期。

3.5 智能运维

通过工程的数字化移交，可实现全站、甚至全网的变电站（换流站）的巡视模拟、事故处理培训等功能。

4 结论

本文对变电工程数字化三维设计的应用平台、质量保障体系建设等方面开展分析研究，提出发展构想，探讨了变电工程数字化三维设计技术在工程全寿命周期的应用。相比于传统二维设计，数字化三维设计具有数字化、可视化、智能化等多种优势，必将大大推动变电站工程的信息化建设进程。

参考文献：

[1]胡君慧，盛大凯，郄鑫，齐立忠.构建数字化设计体系，引领电网建设发展方向[J].电力建设，2012（12）：17-19.

[2]李颖瑾，李波，李绍生.变电站三维设计的应用探讨[J].中国电业（技术版），2012（04）：26-28

[3]吴志力，吕德刚，吕霞，刘富元，等.三维数字化设计技术在输变电工程中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（09）：87.

[4]刘晴，王建平.基于BIM 技术的建设工程生命周期管理研究[J].土木建筑工程信息技术，2010（03）：22-23.

作者简介：

王永超（1983年12月12日—），男，硕士研究生，工程师，主要从事变电工程数字化三维技术、电力系统及其自动化技术研究和设计工作。E-mail：2500619598@qq.com。

（作者单位：中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司）