的體現(xiàn)設(shè)計(jì)想法和創(chuàng)新亮點(diǎn)。

2）可行性研究階段

本階段的數(shù)字化設(shè)計(jì)側(cè)重于地學(xué)信息應(yīng)用[8]，利用地理信息系統(tǒng)、勘察數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及水文信息數(shù)據(jù)指導(dǎo)變電站站址選擇、大件運(yùn)輸方案。

3）初步設(shè)計(jì)階段

搭建全專業(yè)全員參加的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，開展電氣、結(jié)構(gòu)、建筑、水工、暖通、總圖等各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。通過三維布置，在數(shù)據(jù)庫里的標(biāo)準(zhǔn)化三維方案基礎(chǔ)上，對(duì)各電壓等級(jí)配電裝置場(chǎng)地進(jìn)行優(yōu)化，以碰撞校驗(yàn)和電氣距離校驗(yàn)確保尺寸優(yōu)化的合理性。

實(shí)現(xiàn)多專業(yè)并行設(shè)計(jì)模式的協(xié)同設(shè)計(jì)。優(yōu)化總平面布置時(shí)，配電裝置與建筑物優(yōu)化同時(shí)展開，電纜溝布置與設(shè)備支架布置同時(shí)展開，基礎(chǔ)與排水設(shè)施同時(shí)布置。避免工作質(zhì)量通病，提高設(shè)計(jì)效率。

該階段需要提交滿足初設(shè)深度要求的數(shù)字化變電站模型數(shù)據(jù)，以供評(píng)審單位、招標(biāo)單位、建設(shè)單位使用。

4）施工圖設(shè)計(jì)階段

在施工圖階段，根據(jù)中標(biāo)的廠家資料，繪制三維模型并錄入模型庫；在前階段三維成品基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際施工圖內(nèi)容進(jìn)行智能替換布置。在二維接線圖中，更新設(shè)備參數(shù)，并與新更換的三維設(shè)備作智能關(guān)聯(lián)。剖取各配電裝置型式的斷面圖，并按圖紙深度要求，自動(dòng)提取設(shè)備信息，作設(shè)備標(biāo)注、定位標(biāo)注、材料統(tǒng)計(jì)等。通過各專業(yè)的三維模塊工具，三維設(shè)計(jì)二維出圖，完成主要施工圖卷冊(cè)的出圖工作。

設(shè)計(jì)完成后，通過三維渲染，輸出變電站整體渲染效果及三維動(dòng)畫，展現(xiàn)變電站三維全景，更加準(zhǔn)確的反映工程項(xiàng)目實(shí)際情況。實(shí)現(xiàn)虛擬交底，讓業(yè)主單位對(duì)建設(shè)效果實(shí)時(shí)掌握，同時(shí)也讓施工單位人員對(duì)一些特定的工程細(xì)節(jié)有了直觀、準(zhǔn)確的把握，從而如實(shí)的反映設(shè)計(jì)思想、體現(xiàn)設(shè)計(jì)理念。

5）運(yùn)行維護(hù)階段

三維設(shè)計(jì)為業(yè)主提供傳統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)，還交付給業(yè)主與采購、施工安裝、運(yùn)行、資產(chǎn)管理相關(guān)的數(shù)字化設(shè)計(jì)成品，協(xié)助業(yè)主建立交付平臺(tái)。工程數(shù)據(jù)流可用于變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)各個(gè)階段，增加設(shè)計(jì)成品的附加值。

3 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的效益分析

3.1 出圖質(zhì)量和效率

采用三維協(xié)同設(shè)計(jì)手段后，直觀可視性顯著提升，設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率有效提升，其最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了“三維設(shè)計(jì)、二維出圖”，方便施工和運(yùn)行人員。三維設(shè)計(jì)基于底層數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，圖形、數(shù)據(jù)同步實(shí)時(shí)更新，具有關(guān)聯(lián)性，可確保同一元素在不同圖紙中的惟一性，從而使得設(shè)計(jì)成品優(yōu)良率100%。

基于三維設(shè)計(jì)軟件開展變電站設(shè)計(jì)，包含工藝設(shè)計(jì)與布置設(shè)計(jì)兩大塊。工藝設(shè)計(jì)重在原理、流程，而布置設(shè)計(jì)則重在相關(guān)位置、幾何尺寸等。由于采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為設(shè)計(jì)依據(jù)，因此設(shè)計(jì)重點(diǎn)逐步傾向于工藝優(yōu)化方面，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)源頭實(shí)現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)。

更重要的是，三維設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)專業(yè)間的協(xié)同互動(dòng)，各專業(yè)使用統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，各專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)時(shí)更新，形成高效的設(shè)計(jì)互動(dòng)，成果共享，避免了由于傳統(tǒng)互提文件資料方式帶來的信息不一致的問題。三維協(xié)同設(shè)計(jì)效率較傳統(tǒng)工作模式可提高40%~60%?；谌S協(xié)同設(shè)計(jì)的變電站設(shè)計(jì)流程如圖1。

圖1 基于三維協(xié)同設(shè)計(jì)的變電工程設(shè)計(jì)流程圖

3.2 效益分析

變電三維數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)以兼容性很強(qiáng)的大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫為支撐，以三維為手段，將變電設(shè)計(jì)當(dāng)中涉及到的電氣、結(jié)構(gòu)、建筑、水工、暖通、總圖等各專業(yè)的設(shè)計(jì)工作集成到統(tǒng)一的系統(tǒng)上。

在三維下進(jìn)行準(zhǔn)確的安全凈距校驗(yàn)與設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)等，提高了設(shè)計(jì)精細(xì)化水平，并滿足了電力公司對(duì)于數(shù)字化移交的要求，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)代化管理水平跨上新臺(tái)階具有重要意義。

1）提升設(shè)計(jì)手段

①三維設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)圖形。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

②三維協(xié)同設(shè)計(jì)支持專業(yè)內(nèi)以及專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，所有的項(xiàng)目人員在同一個(gè)整體設(shè)計(jì)環(huán)境下，即同一個(gè)數(shù)據(jù)庫支撐，一次輸入多次利用。

③自由靈活的2D/3D混合工作流，使得所有的布置圖紙都是對(duì)三維模型的全部或部分采用切面功能自動(dòng)生成，既保證了設(shè)計(jì)圖紙的一致性，又保留了原先施工圖采用二維圖紙的習(xí)慣。3D模型和經(jīng)過再符號(hào)化的富含工程意義的2D圖面能夠智能聯(lián)動(dòng)，更改了三維布置，二維圖紙會(huì)自動(dòng)更新；更改了二維圖紙，三維布置也會(huì)隨之變動(dòng)。

④三維平臺(tái)具有強(qiáng)大的可視化功能，提供動(dòng)態(tài)漫游、高級(jí)仿真渲染等高級(jí)功能。預(yù)覽建成后的變電站全貌，增強(qiáng)變電站可預(yù)期性，指導(dǎo)工程的施工。

2）保證設(shè)計(jì)質(zhì)量

①三維軟、碰撞檢查和安全距離校驗(yàn)功能，能夠讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行碰撞檢查和帶電距離等校驗(yàn)工作，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，在工程初期設(shè)計(jì)階段就能夠避免一些錯(cuò)漏，為工程的施工、管理帶來很大幫助。

②三維設(shè)計(jì)通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備型號(hào)庫來給各種設(shè)備賦予信息、屬性。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備型號(hào)庫中，每一個(gè)條目均可錄入或修繕相對(duì)應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。在工程的不同階段、不同人員可以共享這些數(shù)據(jù)信息，這一功能保證了各種設(shè)備或管理臺(tái)帳的完整性、準(zhǔn)確性和惟一性。

③基于數(shù)據(jù)型號(hào)庫中的設(shè)備代碼信息，可實(shí)現(xiàn)接線原理圖中二維符號(hào)和布置圖中三維模型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，從原理圖中的符號(hào)直接導(dǎo)航到布置圖中對(duì)應(yīng)設(shè)備的模型，反之亦可。并且導(dǎo)航到的設(shè)備會(huì)高亮顯示，方便設(shè)計(jì)或管理人員的查詢。

④工程量統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確，變電站主要設(shè)備、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)均取自于底層數(shù)據(jù)庫，既準(zhǔn)確又方便，避免人為的疏漏。并為材料采購、技經(jīng)統(tǒng)計(jì)等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持。

3）提高設(shè)計(jì)效率

三維設(shè)計(jì)采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)模式，各專業(yè)在統(tǒng)一平臺(tái)協(xié)同工作。系統(tǒng)自動(dòng)存放所有結(jié)構(gòu)化的工程信息；非結(jié)構(gòu)化信息則通過交互形式提交給系統(tǒng)；管理平臺(tái)與專業(yè)應(yīng)用軟件集成，直接獲得軟件輸入和輸出信息，而形成包含數(shù)據(jù)、三維模型、圖紙和文檔的完整的工程信息。

多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)模式避免了二維模式下專業(yè)之間無法進(jìn)行及時(shí)有效的溝通，配合時(shí)容易出現(xiàn)的問題。同時(shí)改變了常規(guī)設(shè)計(jì)的串行設(shè)計(jì)模式為并行設(shè)計(jì)模式，縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。

4）提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品附加值

①三維設(shè)計(jì)方案依靠直觀的界面和便捷的操作，能夠更容易在三維平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為業(yè)主提供更合理、經(jīng)濟(jì)的布置方案。

②三維設(shè)計(jì)平臺(tái)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫功能，可以將估算的數(shù)據(jù)精確化，分散的數(shù)據(jù)集中化，為業(yè)主提供數(shù)據(jù)翔實(shí)的三維模型設(shè)備臺(tái)賬，并與變電站的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備全壽命周期管理，為變電站后期維護(hù)改造提供方便。

③三維設(shè)計(jì)為業(yè)主提供傳統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)，還交付給工程業(yè)主與采購、施工安裝、運(yùn)行、資產(chǎn)管理相關(guān)的數(shù)字化的設(shè)計(jì)成品、設(shè)備數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)及其技經(jīng)數(shù)據(jù)。

4 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用發(fā)展

變電工程設(shè)計(jì)全面應(yīng)用數(shù)字化三維技術(shù)，建立起統(tǒng)一的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建設(shè)階段的可視化、智能化、實(shí)現(xiàn)信息在全壽命周期的共享，最終向業(yè)主移交數(shù)字化變電站模型，這將是變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，集中體現(xiàn)在基礎(chǔ)信息集成化、數(shù)據(jù)模型一體化、設(shè)計(jì)成果數(shù)字化、成果應(yīng)用全程化等幾個(gè)方面。

4.1 基礎(chǔ)信息集成化

擁有一體化的多元地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地理空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)、污區(qū)專題數(shù)據(jù)、水文信息數(shù)據(jù)等，通過三維可視化和信息化技術(shù)，支持變電站站址選擇、站區(qū)規(guī)劃及大件運(yùn)輸方案確定等工作。

如結(jié)合數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像、地球地理信息系統(tǒng)[8]等，建立變電站三維選址平臺(tái)，利用航測(cè)、遙感和地理信息技術(shù)，對(duì)變電站站址進(jìn)行優(yōu)選。

4.2 數(shù)據(jù)模型一體化

具備方便、快捷構(gòu)建多維信息模型的能力，擴(kuò)展性強(qiáng)。多維信息模型是數(shù)字化三維設(shè)計(jì)及變電站全壽命管理的核心和基礎(chǔ)，它是在三維模型的基礎(chǔ)上，加載了設(shè)備、材料的基本信息，如數(shù)量、參數(shù)及技術(shù)規(guī)范、模型間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系、與外部環(huán)境的關(guān)系、時(shí)序關(guān)系等內(nèi)容，它的擴(kuò)展性體現(xiàn)在其數(shù)字化成果——多維信息模型可隨設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行等工作的逐步開展而不斷充實(shí)，可以在建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)維階段賦予更詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。

“數(shù)據(jù)模型一體化”在近幾年國家電網(wǎng)公司推進(jìn)的通用設(shè)備應(yīng)用也能起到推動(dòng)作用。將通用設(shè)備中的名稱、編號(hào)、技術(shù)參數(shù)、電氣接口、二次接口、土建接口等相關(guān)要求均集成到模型屬性中，充分利用三維軟件平臺(tái)中強(qiáng)大的數(shù)據(jù)應(yīng)用及管理功能，對(duì)通用屬性數(shù)據(jù)做固化處理，充分貫徹執(zhí)行全流程應(yīng)用通用設(shè)備的理念。同時(shí)，在整個(gè)工程建設(shè)過程中包括最后的閉環(huán)收口環(huán)節(jié)，均可通過模型屬性數(shù)據(jù)對(duì)通用設(shè)備的執(zhí)行應(yīng)用情況做明確的記錄和管理，實(shí)現(xiàn)通用設(shè)備應(yīng)用和管理的完整閉環(huán)。

4.3 設(shè)計(jì)成果數(shù)字化

具備設(shè)計(jì)過程可視化、集成化和智能化功能。

可視化。利用先進(jìn)的建模技