中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的研究人員李思浩、孫建龍、周洪偉等，在2018年第3期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)與信息化手段的融和程度日益增加，以三維設(shè)計(jì)為核心的數(shù)字化設(shè)計(jì)，將成為貫穿工程全過程、全生命周期的主軸線。

文章對(duì)變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)中的各類應(yīng)用模塊及應(yīng)用范圍進(jìn)行深入研究，對(duì)隨之產(chǎn)生的效益進(jìn)行了分析，并對(duì)后續(xù)的發(fā)展進(jìn)行了展望，為全面推廣應(yīng)用提供參考。

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)是新一代智能設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，目前我國(guó)各行各業(yè)均廣泛、深入的應(yīng)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)字化三維技術(shù)在電力行業(yè)的普及化也是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。

2010年國(guó)家電網(wǎng)公司相關(guān)部門出臺(tái)了電網(wǎng)工程信息數(shù)字化移交規(guī)范，2013年國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院發(fā)布了輸變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用導(dǎo)則，2017年初至今正在編制和發(fā)布的“輸變電工程三維設(shè)計(jì)系列標(biāo)準(zhǔn)”，對(duì)電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)成果提出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

近期國(guó)網(wǎng)組織的若干項(xiàng)變電站工程三維設(shè)計(jì)專題競(jìng)賽，強(qiáng)力推動(dòng)了三維設(shè)計(jì)的進(jìn)步與發(fā)展。

通過變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)，將能夠極大的提高變電站的設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率[2]?？梢暬潭却蟠筇岣?，檢索難度大大降低。工程信息將由設(shè)計(jì)部門數(shù)字化移交給其他生產(chǎn)或管理部門。數(shù)據(jù)信息將貫穿設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)直到退役，多階段、多環(huán)節(jié)、多部門共同維護(hù)和使用，支撐變電站全壽命周期的管理理念。

變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)的深入應(yīng)用研究，是目前各設(shè)計(jì)院研究的重點(diǎn)[3] [4]。

1 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)

1）開展多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)[5]，搭建全站三維模型，進(jìn)行智能主接線設(shè)計(jì)、三維智能布置、斷面剖切提取、三維防雷接地、碰撞檢查和電氣距離校驗(yàn)、二次邏輯原理設(shè)計(jì)、智能建筑設(shè)計(jì)、全站漫游及施工進(jìn)度模擬等，實(shí)現(xiàn)全站可視化、信息化、數(shù)字化。

2）建立數(shù)字化交付系統(tǒng)，集設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)為一體，具備向數(shù)字化系統(tǒng)移交數(shù)據(jù)和文檔的條件，推動(dòng)數(shù)字信息在項(xiàng)目全壽命周期中的順暢流動(dòng)，打破信息孤島，并協(xié)助業(yè)主建立交付平臺(tái)[6]。

2 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)應(yīng)用`

2.1 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)

構(gòu)建變電站三維數(shù)字設(shè)計(jì)平臺(tái)，以包含基礎(chǔ)模型和標(biāo)準(zhǔn)化方案的大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，借助三維手段和數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)同一變電站工程中的電氣、結(jié)構(gòu)、建筑、水工、暖通、總圖等多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

變電站三維數(shù)字設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)包含兩大子系統(tǒng)。

一是涵蓋電氣一次設(shè)計(jì)、電氣二次設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、暖通水工設(shè)計(jì)、總圖設(shè)計(jì)等各設(shè)計(jì)專業(yè)，如基于BentleyMicrostation平臺(tái)，集成Bentley公司的Substation電氣設(shè)計(jì)軟件、AECOsim BD建筑設(shè)計(jì)軟件、STAAD pro結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、GEOPAK場(chǎng)地設(shè)計(jì)軟件等。并通過開發(fā)軟件接口，對(duì)接如中國(guó)建筑科學(xué)研究院的PKPM建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件、上海同磊土木工程技術(shù)公司的3D3S鋼結(jié)構(gòu)軟件和3DPTower構(gòu)架集成軟件、南京博力斯信息技術(shù)公司的SmartDesigner智能二次設(shè)計(jì)軟件、北京科翼順馳公司的AutoLay電纜敷設(shè)軟件等；

二是為工程項(xiàng)目的全壽命周期管理提供集成的工程管理協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如Bentley公司的ProjectWise系統(tǒng)。

在引進(jìn)軟件公司提供的三維設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，一方面進(jìn)行消化吸收，最大程度利用軟件本身的數(shù)字化方面的優(yōu)勢(shì)，另一方面依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施工圖深度的要求，進(jìn)行深入的分專業(yè)模塊化開發(fā)。

由于目前不少專業(yè)程序是基于國(guó)際開發(fā)平臺(tái)，如Bentley Substation電氣設(shè)計(jì)軟件，操作習(xí)慣和方法等與國(guó)內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)院并不一致，因此往往需進(jìn)行本地化的軟件定制開發(fā)工作。

2.2 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊

三維設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)圖形，達(dá)到可視化、數(shù)字化、信息化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，下面根據(jù)我院的變電三維設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)建設(shè)，按主要專業(yè)的功能模塊對(duì)數(shù)字化三維設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用研究。

1）電氣一次專業(yè)設(shè)計(jì)

使用集成多個(gè)功能設(shè)計(jì)模塊的Bentley Substaion系統(tǒng)，對(duì)電氣一次專業(yè)進(jìn)行全流程的設(shè)計(jì)?？赏ㄟ^計(jì)算模型模板自動(dòng)生成阻抗圖進(jìn)行短路電流計(jì)算；依據(jù)典型模板圖庫(kù)，快速繪制二維主接線圖；設(shè)定過濾參數(shù)，進(jìn)行智能設(shè)備選型；通過間隔參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行三維設(shè)備批量布置；進(jìn)行設(shè)備編碼，關(guān)聯(lián)接線圖和布置圖，保證設(shè)備的惟一性；

從三維布置圖中剖切提取斷面圖，達(dá)到斷面圖與布置圖相關(guān)聯(lián)，自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備標(biāo)注和材料統(tǒng)計(jì)；參數(shù)化繪制導(dǎo)線，并進(jìn)行導(dǎo)線受力分析，生成施工報(bào)表；開展全站碰撞校驗(yàn)，完成電纜溝與基礎(chǔ)、地下管線等硬碰撞校驗(yàn)；

開展全站電氣距離校驗(yàn)，完成帶電體與帶電體、帶電體與建構(gòu)筑物等安全凈距控制校驗(yàn)；以可視化模型完成防雷、接地、照明等輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；嵌入計(jì)算模塊，通過軟件自動(dòng)信息化流程完成計(jì)算的輸入與輸出。

2）電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)

使用SmartDesigner 智能變電站設(shè)計(jì)大師軟件，進(jìn)行電氣二次智能邏輯原理設(shè)計(jì)，自動(dòng)導(dǎo)入智能設(shè)備的ICD配置文件，建立模型，通過編輯邏輯和連接關(guān)系，自動(dòng)生成SV/GOOSE信息流圖、過程層/站控層組網(wǎng)示意圖、光纜/電纜聯(lián)系圖、光纜/電纜清冊(cè)等施工圖紙；

使用AutoLay電纜敷設(shè)軟件進(jìn)行設(shè)備建模及布置，設(shè)計(jì)電纜通道，包括通道建模、布置和定位，電纜/光纜溝（支、吊）架、豎井支架、光纜槽盒、埋管等布置。根據(jù)布置結(jié)果，導(dǎo)出埋管、電纜溝支架等材料表及相關(guān)敷設(shè)圖紙。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)電纜/光纜長(zhǎng)度，導(dǎo)出含長(zhǎng)度信息的清冊(cè)。

3）土建專業(yè)設(shè)計(jì)

Bentley AECOsim Building Designer程序是一套綜合性的建筑設(shè)計(jì)軟件，包含了建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、建筑電氣等模塊。通過本程序可以快速完成站內(nèi)主控樓等建筑設(shè)計(jì)，采用參數(shù)化創(chuàng)建三維建筑全信息模型，以切片方式提取平立剖施工圖；并通過噪音聲環(huán)境計(jì)算，作噪音分析；進(jìn)行照度計(jì)算，布置照明設(shè)備；通過設(shè)備部件建模，開展暖通設(shè)計(jì)和給排水設(shè)計(jì)。

STAAD pro軟件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析，對(duì)鋼、木、鋁、砼等各種材料構(gòu)成的框架、塔架、桁架、網(wǎng)架(殼)、懸索等各類結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性、非線性靜力、反應(yīng)譜及時(shí)程反應(yīng)分析。STAAD pro軟件具有強(qiáng)大的三維建模系統(tǒng)及豐富的結(jié)構(gòu)模板，可方便快捷地建立各種復(fù)雜三維模型。

通過Bentley GEOPAK完成場(chǎng)地設(shè)計(jì)，基于3D地形進(jìn)行場(chǎng)平及土方平衡計(jì)算，自動(dòng)切片繪制地形斷面圖。

通過開發(fā)軟件接口，將PKPM建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件生成的數(shù)據(jù)文件，導(dǎo)入AECOsim BD軟件后直接生成建構(gòu)筑物三維模型；將3D3S鋼結(jié)構(gòu)軟件和3DPTower構(gòu)架集成軟件生成的IFC文件，導(dǎo)入AECOsim BD程序中的Structural BD軟件后生成構(gòu)架、塔等三維模型。其中，3DPTower變電構(gòu)架集成設(shè)計(jì)軟件，集成建模、分析、桿件驗(yàn)算、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、施工圖繪制五大功能，實(shí)現(xiàn)施工材料精細(xì)化控制。

4）協(xié)同管理設(shè)計(jì)

使用Bentley Projectwise工程管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)有集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)性、安全性和易用性等特點(diǎn)。其中，集成化是將各專業(yè)設(shè)計(jì)成果集中存放；標(biāo)準(zhǔn)化是指所有資料圖紙按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模式管理；實(shí)時(shí)性是能保證本工程的項(xiàng)目參與人員獲取的信息永遠(yuǎn)是最新且同步的；安全性由工程參與人員多級(jí)權(quán)限控制來實(shí)現(xiàn)；易用性是指本工程管理系統(tǒng)界面因類似windows資源管理器，實(shí)用易上手。

協(xié)同管理的流程分文檔管理、協(xié)同管理、設(shè)計(jì)配合、設(shè)計(jì)校審和成品出版六個(gè)部分?；趨f(xié)同工作模式，在工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)工程圖紙和資料的有效管理與控制，確保分散的工程內(nèi)容的惟一性、安全性和可控制性，使分散的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員及時(shí)溝通與協(xié)作，并且能夠迅速、準(zhǔn)確地獲取所需的工程信息。

通過協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，確保了本工程的可控制性和安全性，加強(qiáng)了各專業(yè)之間的配合和溝通，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程完整、流暢。

5）成品發(fā)布應(yīng)用

Bentley Navigator平臺(tái)，是模型瀏覽審查工具，方便快速查看數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的成果模型。針對(duì)復(fù)雜工序以及施工管理，開展施工進(jìn)度模擬、設(shè)備吊裝模擬、動(dòng)/靜態(tài)碰撞檢查等，對(duì)施工進(jìn)行數(shù)字化指導(dǎo)。發(fā)布的成果即可以查看各種數(shù)字化信息，也可以在ipad等移動(dòng)應(yīng)用終端上展示，實(shí)現(xiàn)可視化虛擬交底。

2.3 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍及深度

工程的全壽命周期管理的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)工程信息在工程各階段的流動(dòng)與共享。全壽命周期的源頭是設(shè)計(jì)，在信息化設(shè)計(jì)時(shí)代，設(shè)計(jì)階段不僅僅是完成常規(guī)的設(shè)計(jì)工作，也是整個(gè)工程信息的建立過程，沒有設(shè)計(jì)的信息化，就沒有數(shù)字化移交，也就無法實(shí)現(xiàn)工程的全壽命周期管理[7]。

因此變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，應(yīng)在工程各階段均進(jìn)行深入應(yīng)用。

1）方案設(shè)計(jì)階段

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)在本階段提供可視化效果，直觀的展現(xiàn)出變電站方案，介紹變電站三維設(shè)計(jì)應(yīng)用及數(shù)字化交付方面的目標(biāo)，更好