朱克平 何英静 李家栓 汪欣玥 张帆

【摘 要】智能变电站三维设计可提供可视化、精细化的三维设计图纸成果，满足业主、用户三维数字化移交技术要求，进一步扩大和延伸设计服务及市场，为智能电网、全寿命周期管理提供三维数字化、智能化管理平台建设奠定坚实基础。因此，本文主要探讨三维设计技术在变电站设计中的运用。

【关键词】三维设计；变电站；运用

1 三维数字化设计技术概述

1.1 三维数字化技术

随着计算机技术的不断发展，利用图形影像、计算机网络、数据库、大数据分析、深度学习等信息化和数字化的技术。

1.2 工程数字化建设

在工程实施的各阶段，以信息模型为载体，以数据为核心，在统一架构下，围绕工作流、物资流、资金流搭建平台，达到项目资源信息共享，实现设计、采购、施工、资产管理等上下游之间的纵向集成，以及工程设计各专业、采购各项、施工各工序的横向集成。实现一体化和量化管理。

1.3 三维数字化设计

数字化三维设计手段相比传统二维CAD设计有一些明显的特点：（1）可视化程度高，更加精确和直观。业主能更清晰地明白设计意图，减少项目前期沟通中的分歧和误解。（2）精细化设计，质量提高。各专业在同一模型空间中开展设计，专业间协同的紧密度大幅提高，有效避免传统设计中多专业交叉碰撞问题，另外三维设计不同于二维图纸的视图表达，建立符合实际的三维模型，设计范围和深度都大幅增加。（3）提升设计产品的附加值。由过去只为指导施工转变为项目全生命周期应用，包括综合展示、分析计算、采购、合同分包、进度管理、施工仿真、数字化移交等。（4）由图纸为核心转变为以数据为核心；将以往图纸文字里信息由人为辨识转变为信息模型里结构化数据由计算机识别；将离散的电子化信息转变为了可以统计分析的数据信息；将个人经验教训转化为企业知识积累。为大数据分析、人工智能、设计施工一体化等众多领域创造基础数据。

2 三维设计在工程设计中的方法

2.1 采用标准数据库为核心的数字化设计

（1）变电站三维设计以工程数据库为核心，相关联的图纸能自动生成。数据库设备模型采用国网公司通用模型库（2018 年版），模型文件统一采用GIM 格式，这就从源头上对设备型式进行了统一。（2）在工程设计过程中，各专业在协同平台同步开展，本专业图纸的调整修改相关专业设计人员均能看到。通过数据共享实现工程一处设计修改，多张相关图纸自动更新，并及时对相关设计人员进行提醒，避免了专业间多次提资带来的信息传递错误，有效降低了专业间接口出错的概率。

2.2 标准化设计体系

三维设计平台作为设计单位专业知识和设计基础数据的载体和应用工具，通过提供标准化工程库和设备数据库等资源，帮助设计人员实现“海量检索”、“精确定位”和“全盘复用”的作业模式。设计人员在工程设计阶段，可根据工程具体需求选用不同的设备型式。数据库设备选型可根据“型号”、“厂家”、“电压等级”等信息进行快速检索，便于设计人员进行选择。

2.3 变电站三维协同设计

基于同一工程模型的协同设计体系缩短了专业之间的提资接收周期，并减少了专业间提资的工作量。最大限度共享专业间设计成果，避免重复工作。变电一次、变电二次及变电土建专业人员在同一平台开展工作，在线完成专业间提资及校审，图纸的更新、修改一目了然，相关图纸数据自动更改。相比常规CAD 制图设计，采用线下提资确认的方式，不仅提高了设计工作的效率，同时降低了专业间多次提资引发出错的风险，有效提升了设计工作质量。

2.4 精细化设计

（1）基于三维模型的精细化设计，具有管线综合碰撞检查、安全净距校核等能力，从根本上避免设计错误，避免返工，有效节约现场解决问题的时间。三维设计软件自带碰撞检查功能，可自动检验变电站设备基础之间、基础与电缆沟、基础与预埋管间的碰撞检查，并通过三维设计展示立体空间，可视化效果好。相比二维设计平台，空间上的交叉碰撞，只能依靠设计人员的空间想象分析判断，在错综复杂的设备基础及设备间的布置方式下，很难直观的发现问题。（2）安全净距校核功能可根据设计人员需求，自动校验不同电压设备间、设备与地之间的安全距离是否满足要求。在变电站出线回路较多或接线型式复杂的情况下，带电设备与导线存在空间上的交叉，仅依靠二维图形界面进行设计，安全距离校验费时费力且错误率高。三维设计不仅提供了全方位360度旋转观察，且通过自动净距校验功能，有效降低了设计周期，提升了设计工作效率。

2.5 设计成果共享

变电站工程设计一般分为可行性研究设计、初步设计、施工图设计及竣工图设计四個阶段。三维设计在四个阶段中共用一个设计模型，在设备招标阶段建立变电站模型，通过设计信息的不断细化在各阶段进行流转，最大限度实现了设计成果在整个设计周期的共享，有效缩短了设计周期。

3 三维设计在变电站工程的应用

（1）以下依据某220 kV 新建模块化智能变电站工程为例，讲述三维设计在工程应用过程中的具体工作，结合变电一次、二次及土建三个专业的协同设计，论述现阶段三维设计的优点及不足之处。（2）在工程设计阶段，变电一次、二次及土建专业可通过在设计平台固定基准点的方式，在变电站总平面基础上协同开展设计工作。根据工程实际情况，土建专业结合国家电网模块化建设要求，分别开展装配式围墙、大门、建筑物及构筑物模块的设计工作；对变电站建筑物墙板、围墙大砌块石、墙体装饰板、门窗型式等尺寸和材质进行赋值；对站内墙体开洞、电缆埋管布置以及站内事故油池等进行三维设计与展示。电气专业依据国网公司通用设备模型，开展电气设计工作，并对采用的各设备参数进行赋值。三维设计平台具备常规短路电流计算、导线拉力校验、蓄电池容量计算等功能，可通过软件计算并自动导出计算书，无需再单独进行计算赋值，这在一定程度上缩短了设计周期。各专业设计人员需严格执行国网公司“三通一标”的要求，后期设备厂家也需按照国网公司通用设备生产；以此，才能保证各专业设计工作无缝对接。同时，三维设计平台提供二维视图界面及CAD 图纸导出功能，设计人员可根据需要进行自行选择。（3）变电站总平图设计完成后，各建筑物的正面图、立面图、俯视图可根据工程需求进行自动生成。电气专业的配电装置图及间隔断面图无需再次进行绘制，可在总平面图上进行“切割”即可，设备参数自动生成。如总平面图进行调整，各配电装置图及断面图自动进行调整，无需人工操作，大大降低了设计出错的概率。

4 结语

三维设计工作目前虽然还处在试点阶段，但推广应用已势在必行。下一步将依托“三通一标”要求，进一步细化通用设备模型库，完善公用设备模型。同时，在模型创建技术要求、设计深度要求、成果移交要求等方面需进一步细化梳理，出台相应文件，真正达到工程三维设计、三维评审及三维移交的目标。

参考文献：

[1] 杨志远.论三维设计技术在变电站设计中的运用[J].科技展望，2015（26）.

[2] 张典波.三维设计软件在变电站设计中的应用[J].机电信息，2015（12）：126-127.

（作者单位：1.国网浙江省电力有限公司经济技术研究院；

2.杭州市电力设计院有限公司）