的體現設計想法和創新亮點。

2）可行性研究階段

本階段的數字化設計側重于地學信息應用[8]，利用地理信息系統、勘察數據系統以及水文信息數據指導變電站站址選擇、大件運輸方案。

3）初步設計階段

搭建全專業全員參加的數字化設計平臺，開展電氣、結構、建筑、水工、暖通、總圖等各專業的協同設計。通過三維布置，在數據庫里的標準化三維方案基礎上，對各電壓等級配電裝置場地進行優化，以碰撞校驗和電氣距離校驗確保尺寸優化的合理性。

實現多專業并行設計模式的協同設計。優化總平面布置時，配電裝置與建筑物優化同時展開，電纜溝布置與設備支架布置同時展開，基礎與排水設施同時布置。避免工作質量通病，提高設計效率。

該階段需要提交滿足初設深度要求的數字化變電站模型數據，以供評審單位、招標單位、建設單位使用。

4）施工圖設計階段

在施工圖階段，根據中標的廠家資料，繪制三維模型并錄入模型庫；在前階段三維成品基礎上，根據實際施工圖內容進行智能替換布置。在二維接線圖中，更新設備參數，并與新更換的三維設備作智能關聯。剖取各配電裝置型式的斷面圖，并按圖紙深度要求，自動提取設備信息，作設備標注、定位標注、材料統計等。通過各專業的三維模塊工具，三維設計二維出圖，完成主要施工圖卷冊的出圖工作。

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

5）運行維護階段

三維設計為業主提供傳統設計產品的同時，還交付給業主與采購、施工安裝、運行、資產管理相關的數字化設計成品，協助業主建立交付平臺。工程數據流可用于變電站設計、建設、運行維護各個階段，增加設計成品的附加值。

3 變電工程數字化三維設計的效益分析

3.1 出圖質量和效率

采用三維協同設計手段后，直觀可視性顯著提升，設計質量、設計效率有效提升，其最大的特點就是實現了“三維設計、二維出圖”，方便施工和運行人員。三維設計基于底層數據庫驅動，圖形、數據同步實時更新，具有關聯性，可確保同一元素在不同圖紙中的惟一性，從而使得設計成品優良率100%。

基于三維設計軟件開展變電站設計，包含工藝設計與布置設計兩大塊。工藝設計重在原理、流程，而布置設計則重在相關位置、幾何尺寸等。由于采用基礎數據庫為設計依據，因此設計重點逐步傾向于工藝優化方面，同時也實現了從設計源頭實現工藝標準化目標。

更重要的是，三維設計強調專業間的協同互動，各專業使用統一平臺進行設計，各專業設計內容實時更新，形成高效的設計互動，成果共享，避免了由于傳統互提文件資料方式帶來的信息不一致的問題。三維協同設計效率較傳統工作模式可提高40%~60%。基于三維協同設計的變電站設計流程如圖1。

圖1 基于三維協同設計的變電工程設計流程圖

3.2 效益分析

變電三維數字化設計系統以兼容性很強的大型網絡數據庫為支撐，以三維為手段，將變電設計當中涉及到的電氣、結構、建筑、水工、暖通、總圖等各專業的設計工作集成到統一的系統上。

在三維下進行準確的安全凈距校驗與設備材料統計等，提高了設計精細化水平，并滿足了電力公司對于數字化移交的要求，對實現電網企業現代化管理水平跨上新臺階具有重要意義。

1）提升設計手段

①三維設計以數據庫作為基礎，由數據來驅動圖形。實現數字化設計的目標。

②三維協同設計支持專業內以及專業間的協同設計，所有的項目人員在同一個整體設計環境下，即同一個數據庫支撐，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，既保證了設計圖紙的一致性，又保留了原先施工圖采用二維圖紙的習慣。3D模型和經過再符號化的富含工程意義的2D圖面能夠智能聯動，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。

④三維平臺具有強大的可視化功能，提供動態漫游、高級仿真渲染等高級功能。預覽建成后的變電站全貌，增強變電站可預期性，指導工程的施工。

2）保證設計質量

①三維軟、碰撞檢查和安全距離校驗功能，能夠讓設計人員根據需要隨時進行碰撞檢查和帶電距離等校驗工作，大大提高了設計質量，在工程初期設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。

②三維設計通過標準設備型號庫來給各種設備賦予信息、屬性。在標準設備型號庫中，每一個條目均可錄入或修繕相對應設備的數據。在工程的不同階段、不同人員可以共享這些數據信息，這一功能保證了各種設備或管理臺帳的完整性、準確性和惟一性。

③基于數據型號庫中的設備代碼信息，可實現接線原理圖中二維符號和布置圖中三維模型的設計數據關聯，從原理圖中的符號直接導航到布置圖中對應設備的模型，反之亦可。并且導航到的設備會高亮顯示，方便設計或管理人員的查詢。

④工程量統計準確，變電站主要設備、設計數據、材料數據的自動匯總統計均取自于底層數據庫，既準確又方便，避免人為的疏漏。并為材料采購、技經統計等環節提供數據支持。

3）提高設計效率

三維設計采用多專業協同設計模式，各專業在統一平臺協同工作。系統自動存放所有結構化的工程信息；非結構化信息則通過交互形式提交給系統；管理平臺與專業應用軟件集成，直接獲得軟件輸入和輸出信息，而形成包含數據、三維模型、圖紙和文檔的完整的工程信息。

多專業協同設計模式避免了二維模式下專業之間無法進行及時有效的溝通，配合時容易出現的問題。同時改變了常規設計的串行設計模式為并行設計模式，縮短項目的設計周期。

4）提高設計產品附加值

①三維設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布置的優化設計，為業主提供更合理、經濟的布置方案。

②三維設計平臺具有很強的數據庫功能，可以將估算的數據精確化，分散的數據集中化，為業主提供數據翔實的三維模型設備臺賬，并與變電站的狀態檢修數據進行銜接，實現對設備全壽命周期管理，為變電站后期維護改造提供方便。

③三維設計為業主提供傳統設計產品的同時，還交付給工程業主與采購、施工安裝、運行、資產管理相關的數字化的設計成品、設備數據、材料數據及其技經數據。

4 變電工程數字化三維設計的應用發展

變電工程設計全面應用數字化三維技術，建立起統一的數字化設計平臺，實現設計、建設階段的可視化、智能化、實現信息在全壽命周期的共享，最終向業主移交數字化變電站模型，這將是變電工程數字化三維設計的發展方向，集中體現在基礎信息集成化、數據模型一體化、設計成果數字化、成果應用全程化等幾個方面。

4.1 基礎信息集成化

擁有一體化的多元地理信息系統，該系統包括地理空間數據、電網空間數據、電網專題數據、污區專題數據、水文信息數據等，通過三維可視化和信息化技術，支持變電站站址選擇、站區規劃及大件運輸方案確定等工作。

如結合數字高程模型、數字正射影像、地球地理信息系統[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，對變電站站址進行優選。

4.2 數據模型一體化

具備方便、快捷構建多維信息模型的能力，擴展性強。多維信息模型是數字化三維設計及變電站全壽命管理的核心和基礎，它是在三維模型的基礎上，加載了設備、材料的基本信息，如數量、參數及技術規范、模型間相互關聯關系、與外部環境的關系、時序關系等內容，它的擴展性體現在其數字化成果——多維信息模型可隨設計、建造、運行等工作的逐步開展而不斷充實，可以在建設、生產運維階段賦予更詳細的數據信息。

“數據模型一體化”在近幾年國家電網公司推進的通用設備應用也能起到推動作用。將通用設備中的名稱、編號、技術參數、電氣接口、二次接口、土建接口等相關要求均集成到模型屬性中，充分利用三維軟件平臺中強大的數據應用及管理功能，對通用屬性數據做固化處理，充分貫徹執行全流程應用通用設備的理念。同時，在整個工程建設過程中包括最后的閉環收口環節，均可通過模型屬性數據對通用設備的執行應用情況做明確的記錄和管理，實現通用設備應用和管理的完整閉環。

4.3 設計成果數字化

具備設計過程可視化、集成化和智能化功能。

可視化。利用先進的建模技