三維設計在電網和變電站建設的運用

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摘要：三維設計憑借在變電站工程數字化、可視化和移動互聯網領域的關鍵技術以及對工程建設和運行的深刻理解，正在逐漸成為電力設計單位的智能輔助工具。結合某220kV新建模塊化智能變電站工程，講述三維設計過程的優缺點，并提出發展建議。

關鍵詞：電網建設；變電站；三維設計；模型；協同設計

三維設計憑借多視角、全方位的圖形展示界面，以及其圖紙聯動調整及自動凈距校驗等功能，正在越來越多被電力行業設計單位采用。同時，根據國家電網公司（以下簡稱國網公司）基建【2018】585號及安徽省電力公司（以下簡稱公司）建設工作【2018】157號文要求：自2018年下半年開始，公司新建110kV及以上輸變電工程全面應用三維設計，同步啟動公司三維建模工作。到2020年底前，公司所有新建、改建、擴建35kV及以上輸變電工程具備數字移交條件，總體上實現三維設計、三維評審、三維移交。

1三維設計的特點

（1）數字化時代，智能電網建設對變電站工程設計提出了更高的要求，目前國網公司已經建立了工程數據中心和數字化移交系統，并在新建工程中要求進行設計成果的數字化移交。傳統CAD工作模式下，采用圖紙復制修改為特征的作業模式，其質量與效率已無法進一步提高，設計成果不具備全生命周期數字化移交的能力。三維設計技術條件下，變電站建筑物和設備等能夠在計算機提供的三維空間中建造出來，它將變電站涉及到的各個專業結合到一起。在協同設計工作平臺下，各專業能看到其他設計人員的成果，通過專業間溝通，共同完善工程設計方案。（2）變電站三維設計是集電氣、建筑、結構、水暖功能于一身，以工程數據庫為核心，通過數據驅動三維模型，最終實現自動出圖、聯動更新、凈距校核及數字化三維協同，從而大幅提高設計工作效率與設計質量。

2三維設計在工程設計中的具體措施

2.1采用標準數據庫為核心的數字化設計。（1）變電站三維設計以工程數據庫為核心，相關聯的圖紙能自動生成。數據庫設備模型采用國網公司通用模型庫（2018年版），模型文件統一采用GIM格式，這就從源頭上對設備型式進行了統一。（2）在工程設計過程中，各專業在協同平臺同步開展，本專業圖紙的調整修改相關專業設計人員均能看到。通過數據共享實現工程一處設計修改，多張相關圖紙自動更新，并及時對相關設計人員進行提醒，避免了專業間多次提資帶來的信息傳遞錯誤，有效降低了專業間接口出錯的概率。2.2標準化設計體系。三維設計平臺作為設計單位專業知識和設計基礎數據的載體和應用工具，通過提供標準化工程庫和設備數據庫等資源，幫助設計人員實現“海量檢索”、“精確定位”和“全盤復用”的作業模式。設計人員在工程設計階段，可根據工程具體需求選用不同的設備型式。數據庫設備選型可根據“型號”、“廠家”、“電壓等級”等信息進行快速檢索，便于設計人員進行選擇。2.3變電站三維協同設計。基于同一工程模型的協同設計體系縮短了專業之間的提資接收周期，并減少了專業間提資的工作量。最大限度共享專業間設計成果，避免重復工作。變電一次、變電二次及變電土建專業人員在同一平臺開展工作，在線完成專業間提資及校審，圖紙的更新、修改一目了然，相關圖紙數據自動更改。相比常規CAD制圖設計，采用線下提資確認的方式，不僅提高了設計工作的效率，同時降低了專業間多次提資引發出錯的風險，有效提升了設計工作質量。2.4精細化設計。（1）基于三維模型的精細化設計，具有管線綜合碰撞檢查、安全凈距校核等能力，從根本上避免設計錯誤，避免返工，有效節約現場解決問題的時間。三維設計軟件自帶碰撞檢查功能，可自動檢驗變電站設備基礎之間、基礎與電纜溝、基礎與預埋管間的碰撞檢查，并通過三維設計展示立體空間，可視化效果好。相比二維設計平臺，空間上的交叉碰撞，只能依靠設計人員的空間想象分析判斷，在錯綜復雜的設備基礎及設備間的布置方式下，很難直觀的發現問題。（2）安全凈距校核功能可根據設計人員需求，自動校驗不同電壓設備間、設備與地之間的安全距離是否滿足要求。在變電站出線回路較多或接線型式復雜的情況下，帶電設備與導線存在空間上的交叉，僅依靠二維圖形界面進行設計，安全距離校驗費時費力且錯誤率高。三維設計不僅提供了全方位360度旋轉觀察，且通過自動凈距校驗功能，有效降低了設計周期，提升了設計工作效率。2.5設計成果共享。變電站工程設計一般分為可行性研究設計、初步設計、施工圖設計及竣工圖設計四個階段。三維設計在四個階段中共用一個設計模型，在設備招標階段建立變電站模型，通過設計信息的不斷細化在各階段進行流轉，最大限度實現了設計成果在整個設計周期的共享，有效縮短了設計周期。

3三維設計在變電站工程的應用

3.1應用實例。（1）以下依據某220kV新建模塊化智能變電站工程為例，講述三維設計在工程應用過程中的具體工作，結合變電一次、二次及土建三個專業的協同設計，論述現階段三維設計的優點及不足之處。（2）在工程設計階段，變電一次、二次及土建專業可通過在設計平臺固定基準點的方式，在變電站總平面基礎上協同開展設計工作。根據工程實際情況，土建專業結合國家電網模塊化建設要求，分別開展裝配式圍墻、大門、建筑物及構筑物模塊的設計工作；對變電站建筑物墻板、圍墻大砌塊石、墻體裝飾板、門窗型式等尺寸和材質進行賦值；對站內墻體開洞、電纜埋管布置以及站內事故油池等進行三維設計與展示。電氣專業依據國網公司通用設備模型，開展電氣設計工作，并對采用的各設備參數進行賦值。三維設計平臺具備常規短路電流計算、導線拉力校驗、蓄電池容量計算等功能，可通過軟件計算并自動導出計算書，無需再單獨進行計算賦值，這在一定程度上縮短了設計周期。各專業設計人員需嚴格執行國網公司“三通一標”的要求，后期設備廠家也需按照國網公司通用設備生產；以此，才能保證各專業設計工作無縫對接。同時，三維設計平臺提供二維視圖界面及CAD圖紙導出功能，設計人員可根據需要進行自行選擇。（3）變電站總平圖設計完成后，各建筑物的正面圖、立面圖、俯視圖可根據工程需求進行自動生成（見圖2、圖3、圖4）。電氣專業的配電裝置圖及間隔斷面圖無需再次進行繪制，可在總平面圖上進行“切割”即可，設備參數自動生成。如總平面圖進行調整，各配電裝置圖及斷面圖自動進行調整，無需人工操作，大大降低了設計出錯的概率。3.2現階段三維設計的不足之處。由上述可見，變電站三維設計平臺優勢明顯，已越來越多被設計單位所采用，本文通過具體工程展示三維設計的特點。同時對比常規的二維設計平臺，三維設計不僅在提升設計工作效率方面優勢明顯，還大大降低了設計出錯的概率，提升了工程設計質量。另一方面，三維設計雖然應用前景較好，但目前還處于試點應用階段，在工程具體應用過程中，還存在以下幾點不足。（1）國網公司設備模型庫不全，目前主要設備模型都有，但部分輔助設備，如主變壓器中性點設備、消弧線圈及保護測控等二次設備模型依然空缺。該部分模型的不統一必將造成各廠家及各設計人員建模型式的多樣化。（2）設備建模深度及技術要求仍需進一步明確，對建模的基本圖元沒有明確的說明。（3）各設計單位三維設計成果如何實現信息共享，工程竣工資料、三維設計移交的范圍、格式要求和深度還需進一步明確。

4結語

三維設計工作目前雖然還處在試點階段，但推廣應用已勢在必行。下一步國網公司將依托“三通一標”要求，進一步細化通用設備模型庫，完善公用設備模型。同時，在模型創建技術要求、設計深度要求、成果移交要求等方面需進一步細化梳理，出臺相應文件，真正達到工程三維設計、三維評審及三維移交的目標。

參考文獻：

[1]基建技術〔2017〕104號.輸變電工程三維設計數字化移交技術導則[S].國網基建部.

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[3]基建技經〔2017〕100號.國網基建部關于印發輸變電工程三維設計評審管理指導意見的通知[Z].

[4]建設工作〔2018〕157號.國網安徽省電力有限公司建設部關于印發輸變電工程三維設計及建設工程數據中心專題討論會議紀要的通知[Z].

作者:高運動 單位:安徽宏源電力設計咨詢有限責任公司