变电站设计中数字化三维设计的应用探析

2020-03-05初建祥张彦彪郭帅罗金龙郝小东李宏艳

工程建设与设计 2020年20期

初建祥，张彦彪，郭帅，罗金龙，郝小东，李宏艳

（1.内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，呼和浩特 010020；2.北京博超时代软件有限公司，北京 100195）

1 引言

随着智能电网创新观念的不断深入和立体设计的不断需求，数字化三维设计凭借其强大、立体、先进、智能的特点已逐渐运用到变电站的设计工作中，也在很大程度上契合了智能电网的发展需求。所以在未来，数字化三维设计技术在不同类型的设计工作中将具有更加广泛的应用前景。

2 数字化三维设计技术的基本概念

作为工程数字化建设的重要组成之一，数字化三维设计是指以数据库技术和互联网技术等为基础，以三维物理模型为载体，通过操作人员与设计人员的协同合作，完成项目工程的设计任务，最终实现变电站设计的信息一体化和三维可视化目标[1]。与传统设计技术不同的是，数字化三维设计不需要具体的设计图纸，只需要借助数据信息和模型就可以完成一系列立体设计工作。

3 数字化三维设计的发展状况

早在 2016年，国家电网行业就明确提出要计划推广数字化三维设计技术，要在工程数字化的建设任务下将数字化三维设计技术灵活应用到变电站的设计工程中，以更好地完成工程数据中心的建设目标[2]。在 2017年，为了深入探究当前施工企业和电力企业设计部门对该技术的应用需求，全国开展了关于数字化三维设计技术的调研活动，旨在为创新设计技术和提高设计单位的设计水平提供基本信息。当前，电网行业越来越重视数字化三维设计在变电站设计中的应用，可见该技术在电力设计工作中将扮演着极其重要的角色。

4 数字化三维设计的特有优势

与传统设计技术相比，数字化三维设计技术具有一系列特有的优势，该优势包括以下3个方面。

4.1 设计手段的提升

设计手段的提升主要体现在以下方面：（1）能够进行三维布置设计，最终实现三维可视化设计的工作目标；（2）能够做到三维到二维之间的有效贯通，实现三维切平、断面和轴侧制图任务，从而进一步提高设计的精确度和工作效率；（3）可以对电气安全距离进行三维校验，优化设计；（4）可以对设计中常见的交叉碰撞问题进行解决；（5）可以自动统计必要的设备参数、设计与材料数据，能够准确、直观地反映工程设计数据，为智能电网提供必要的数据接口和支持；（6）能够建立企业级三维设计元件库，为后面的投标、项目初设和使用等创造良好的条件。

4.2 能够为业主提供增值服务

首先，由于在数字化三维设计下，界面直观，操作便捷，设计人员很容易就能够在三维平台中进行设计和优化，在一定程度上能够为目标业主提供更加经济合理的设计方案，达到科学增值的目的；其次，由于三维设计软件的数据库功能很强大，依据 SG186 国网统一的物料编码体系，可以实现与 ERP系统的有效对接，从而为物资采购提供便利；再次，运用数字化三维设计技术可实现估算数据的精确化和分散数据的集中化，能够为设计者提供具有丰富数据的三维模型化的设备台账，可以实现设备台账与智能变电站状态检修数据的有效链接，不仅能够有效管理设备的寿命周期，而且也方便变电站的后期维护和改造工作。最后，运用数字化三维设计不仅能为目标业主提供传统性的设计产品，而且能更多地提供具有数字化的变电产品，具体包括工程设计数据、材料物料采购数据、建设管理数据以及运营维护数据，这些数据对变电站的后期维护和改造提供了参考和便利。

4.3 提高施工设计效率

首先，由于三维设计比较直观准确，对于设计者，该技术可以指导他们进行现场安装，在一定程度上避免设计者对安装位置和设计意图的错误理解，从而提高设计的有效性。其次，一些单位在施工过程由于各自专业时间安排不合理，从而造成了不必要的返工复工，在浪费时间的同时也大大延缓了单位工程设计的进度。基于此，在数字化三维设计应用下，根据三维设计中的工程进度模块，可以尽快进行施工进度的模拟工作，通过增加必要的时间轴形成四维管理，可以在很大程度上避免因时间安排不合理造成的返工问题，以加快工程建设的进度。最后，在一些工程设计中，工程设计代表可以充分利用数字化三维设计技术进行设计方案的拟定和变更，通过不断改进和完善最终制订更加科学合理的现场设计方案，整体上有利于工程设计的开展。

5 变电站设计中数字化三维设计的应用

5.1 数字化三维设计线路选线

在变电站的设计工作中，线路选线工作往往复杂困难，传统方法是依靠工作人员的个人主观经验来判断选择，容易出现错误，但是利用数字化三维设计技术可以采用动态性的规划思路解决此问题。有些电网的铺设线路很长，沿途地形也很复杂，利用数字化三维设计技术就可以快速准确地实现自动优化排位。在选择好变电站的起点和终点之后，利用数字化三维系统建立矢量地理信息，随后就可以自动化选择出许多适合该工程的电线线路路径并进行能力分析，避免在设计时损坏到附近的风景自然保护区，如果出现问题会第一时间发出警告。选择好多条路径之后，对路劲进行智能优化，设计人员通过数字化三维设计技术可以自动计算出所选定的范围是否为最近的缓冲区距离，大大降低统计时间，提高了工作效率。

5.2 STD数字化三维变电设计

AutoCAD 是 STD 数字化三维变电设计的基本平台，工程数据是核心内容，设计人员运用数字化三维设计技术来实现全专业的三维协同设计数字化设计平台。具体来说，就是设计人员利用 STD 数字化三维变电设计平台设计和共享数据驱动，使设计流程自动化，利用数字化三维设计技术将设计结果精确化细致化，直接生成相应的平面和断面图以及有关图纸结果，从而最终实现全专业模型级别的三维协同设计，达到数字化移交标准。

5.3 TLD数字化三维送电设计平台

开放的平台架构是 TLD 数字化三维送电设计平台的基础，工程数据是其核心内容，适用于可研、初设、施工等阶段工作，可实现选线、设计和数字化移交等功能。设计人员利用数字化三维设计技术可以实现路径和平断面的三维设计，做到同步联动设计和全专业协同设计，可以同步完成路径设计、杆塔规划、电气计算和跳线设计等任务，大大提高了工作效率，也能够达到数字化移交标准。