的體現(xiàn)設(shè)計想法和創(chuàng)新亮點。

2）可行性研究階段

本階段的數(shù)字化設(shè)計側(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、大件運輸方案。

3）初步設(shè)計階段

搭建全專業(yè)全員參加的數(shù)字化設(shè)計平臺，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。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，對各電壓等級配電裝置場地進(jìn)行優(yōu)化，以碰撞校驗和電氣距離校驗確保尺寸優(yōu)化的合理性。

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

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)，以供評審單位、招標(biāo)單位、建設(shè)單位使用。

4）施工圖設(shè)計階段

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，自動提取設(shè)備信息，作設(shè)備標(biāo)注、定位標(biāo)注、材料統(tǒng)計等。通過各專業(yè)的三維模塊工具，三維設(shè)計二維出圖，完成主要施工圖卷冊的出圖工作。

設(shè)計完成后，通過三維渲染，輸出變電站整體渲染效果及三維動畫，展現(xiàn)變電站三維全景，更加準(zhǔn)確的反映工程項目實際情況。實現(xiàn)虛擬交底，讓業(yè)主單位對建設(shè)效果實時掌握，同時也讓施工單位人員對一些特定的工程細(xì)節(jié)有了直觀、準(zhǔn)確的把握，從而如實的反映設(shè)計思想、體現(xiàn)設(shè)計理念。

5）運行維護(hù)階段

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

3 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計的效益分析

3.1 出圖質(zhì)量和效率

采用三維協(xié)同設(shè)計手段后，直觀可視性顯著提升，設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率有效提升，其最大的特點就是實現(xiàn)了“三維設(shè)計、二維出圖”，方便施工和運行人員。三維設(shè)計基于底層數(shù)據(jù)庫驅(qū)動，圖形、數(shù)據(jù)同步實時更新，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)計成品優(yōu)良率100%。

基于三維設(shè)計軟件開展變電站設(shè)計，包含工藝設(shè)計與布置設(shè)計兩大塊。工藝設(shè)計重在原理、流程，而布置設(shè)計則重在相關(guān)位置、幾何尺寸等。由于采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為設(shè)計依據(jù)，因此設(shè)計重點逐步傾向于工藝優(yōu)化方面，同時也實現(xiàn)了從設(shè)計源頭實現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)。

更重要的是，三維設(shè)計強(qiáng)調(diào)專業(yè)間的協(xié)同互動，各專業(yè)使用統(tǒng)一平臺進(jìn)行設(shè)計，各專業(yè)設(shè)計內(nèi)容實時更新，形成高效的設(shè)計互動，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)計效率較傳統(tǒng)工作模式可提高40%~60%。基于三維協(xié)同設(shè)計的變電站設(shè)計流程如圖1。

圖1 基于三維協(xié)同設(shè)計的變電工程設(shè)計流程圖

3.2 效益分析

變電三維數(shù)字化設(shè)計系統(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)確的安全凈距校驗與設(shè)備材料統(tǒng)計等，提高了設(shè)計精細(xì)化水平，并滿足了電力公司對于數(shù)字化移交的要求，對實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)代化管理水平跨上新臺階具有重要意義。

1）提升設(shè)計手段

①三維設(shè)計以數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)來驅(qū)動圖形。實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計的目標(biāo)。

②三維協(xié)同設(shè)計支持專業(yè)內(nèi)以及專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計，所有的項目人員在同一個整體設(shè)計環(huán)境下，即同一個數(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三維模型的全部或部分采用切面功能自動生成，既保證了設(shè)計圖紙的一致性，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)過再符號化的富含工程意義的2D圖面能夠智能聯(lián)動，更改了三維布置，二維圖紙會自動更新；更改了二維圖紙，三維布置也會隨之變動。

④三維平臺具有強(qiáng)大的可視化功能，提供動態(tài)漫游、高級仿真渲染等高級功能。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)計質(zhì)量

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

②三維設(shè)計通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備型號庫來給各種設(shè)備賦予信息、屬性。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備型號庫中，每一個條目均可錄入或修繕相對應(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)備或管理臺帳的完整性、準(zhǔn)確性和惟一性。

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

④工程量統(tǒng)計準(zhǔn)確，變電站主要設(shè)備、設(shè)計數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)的自動匯總統(tǒng)計均取自于底層數(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)計等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持。

3）提高設(shè)計效率

三維設(shè)計采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計模式，各專業(yè)在統(tǒng)一平臺協(xié)同工作。系統(tǒng)自動存放所有結(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)計模式避免了二維模式下專業(yè)之間無法進(jìn)行及時有效的溝通，配合時容易出現(xiàn)的問題。同時改變了常規(guī)設(shè)計的串行設(shè)計模式為并行設(shè)計模式，縮短項目的設(shè)計周期。

4）提高設(shè)計產(chǎn)品附加值

①三維設(shè)計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中實現(xiàn)布置的優(yōu)化設(shè)計，為業(yè)主提供更合理、經(jīng)濟(jì)的布置方案。

②三維設(shè)計平臺具有很強(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)翔實的三維模型設(shè)備臺賬，并與變電站的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行銜接，實現(xiàn)對設(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)計為業(yè)主提供傳統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品的同時，還交付給工程業(yè)主與采購、施工安裝、運行、資產(chǎn)管理相關(guān)的數(shù)字化的設(shè)計成品、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)計的應(yīng)用發(fā)展

變電工程設(shè)計全面應(yīng)用數(shù)字化三維技術(shù)，建立起統(tǒng)一的數(shù)字化設(shè)計平臺，實現(xiàn)設(shè)計、建設(shè)階段的可視化、智能化、實現(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)計成果數(shù)字化、成果應(yīng)用全程化等幾個方面。

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，利用航測、遙感和地理信息技術(shù)，對變電站站址進(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、建造、運行等工作的逐步開展而不斷充實，可以在建設(shè)、生產(chǎn)運維階段賦予更詳細(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)用也能起到推動作用。將通用設(shè)備中的名稱、編號、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中強(qiáng)大的數(shù)據(jù)應(yīng)用及管理功能，對通用屬性數(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，在整個工程建設(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)對通用設(shè)備的執(zhí)行應(yīng)用情況做明確的記錄和管理，實現(xiàn)通用設(shè)備應(yīng)用和管理的完整閉環(huán)。

4.3 設(shè)計成果數(shù)字化

具備設(shè)計過程可視化、集成化和智能化功能。

可視化。利用先進(jìn)的建模技