三维设计

介绍了输变电工程数字化设计的发展趋势、中国电力科学研究院有限公司架空输电线路三维设计协同设计包所包含的四个设计阶段六个设计专业设计功能。

为提高当前输变电工程三维设计数字化移交的质量和效率,顺应数字化转型技术趋势,文章设计与实现了一种多数据贯通的输变电三维数字化移交系统。首先阐述所提出的多数据贯通的移交系统层次化设计模型及其分层功能;其次从工程应用角度阐述了多数据贯通的输变电三维数字化移交系统设计的架构、数据贯通融合、GIM轻量化解析和GIS可视化等功能模块及其关键技术;最后阐述多数据贯通的数字化移交系统的开发实现。工程应用实例表明,多数据贯通的三维数字化移交系统可以有效完成输变电工程中数字化移交工作,提高输变电工程数字化成果的移交效率和移交质量。

埋铁提资一直是工艺管道专业花费工天较多的提资项目。对平面设计出图的项目，采用平面图提资形式，所有埋铁均手工绘制，费时费力。对PDMS三维设计项目情况更为严重，出现了三维设计---二维提资，“两张皮”的工作模式。一边维护三维模型，一边把提资抄到平面CAD图纸上去，一边有修改，则需同步修改另一边，重复工作，而且人为差错增多。PDMS三维智能埋铁提资工具彻底改变了这个现状，不仅实现了三维设计、三维提资，而且实现绝大部分垂直荷载管道支吊架埋铁自动计算，自动生成，并可自动生成简易支吊架模型，垂直荷载的支吊架埋铁自动计算和自动提资比例达到85%。另外，还实现提资的网上校审和会签功能，已经在多个施工图项目中使 用，效率提高明显。此工具填补国内空白，可在全行业推广使用。

该项目属水电数字仿真技术领域，是电力行业和虚拟现实的跨界技术创新融合与集成。项目针对水电行业大型设备复杂隐蔽性对设计制造、生产管理、运行检修维护和教育科研带来的痛难点问题，在水电设备数字化精确建模及处理、沉浸式虚拟仿真软硬件集成及应用、水电数字孪生等方面开展了研究，自主研发了基于沉浸式虚拟现实技术的智慧水电数字孪生仿真平台，建成了首套五面LED-CAVE沉浸式虚拟现实检修仿真平台。 项目成果形成电力行业检修仿真技术标准规范，填补了国内外技术空白，在水电行业生产，制造，高校，设计和科研等单位进行推广，应用于设备数字三维可视化、现场辅助检修及决策、运行维护自主检修、安全应急演练、员工培训评价、三维设计及人机功效分析等业务，具有非常高的经济社会效益，在电力行业智慧化数字化转型升级发展中具有广泛的应用前景和推广价值。

电力电缆及附件项目组通过研究对电气模型的建立、小软件的研究和开发等，将三维建模与现场的实际使用和生产顺利的串联起来，将三维建模切实运用到电站的建设中来，保证了三维桥架电缆自动敷设的顺利实施，同时方便了后续的电缆的运行维护。减少了前期设计失误、提高了工作效率、提升了设计质量，避免了安装的返工、切割等，具有非常积极的意义。三维桥架及电缆款设在清蓄电站的成功运用，得益于项目组积极创新，通过开发不同的软件和模型建立，成功搭建了三维设计同传统设计图纸、清册之间的桥梁，使三维项目简便化、易落地。获得了南方电网公司职工技术创新金奖，受到南方电网公司高度推荐。该项目技术成果在电力行业具有普遍的推广价值，效果特别显著，经济效益、社会效益十分突出，技术难度较大，随着三维技术的发展，在后续的电站建设过程中，包括常规的水电站，均可以引用该模式，在电站设计前期将三维桥架电缆敷设进行全流程自动化，提高工作效率和质量，节约成本。不仅如此，该项目也可以用于其他行业中，对涉及到大批量电缆布置或管线复杂的其他工业式厂房中，都可以引用，以确保厂房中各系统的合理布置。

项目于2015年1月启动，开发成果随机组建设需要及时投入运营；整个基建部份与#1机组投入生产运行后证明，不但提高了机组基建阶段质量和运行可靠性，为运维期提供了三维、直观、完整的设计与施工资料，也为运行人员通过在线数据趋势的直观有效分析，摸索并建立设备劣化判据，及早发现设备故障先兆提供了基础条件。 本项目在工程建设中，打破以往基建MIS为基建而基建的理念，进行三维数字化在燃煤火力发电厂设备全寿命周期管理中的应用研究，开发了新型数字化发电厂的精细化三维设计平台和可视化基建、运行可靠性监控与管理软件。开发了基建生产一体化ERP技术，对基建期物资主数据收集方法进行创新，建立贯穿电厂生命周期的数据仓库，实现对基建期物资、设备和资产的精细化管控，基建向生产数据的平滑过渡和辅助转资，全寿命周期管理，形成以生产期需求为核心驱动的基建生产一体化管理系统。

5月22日，浙江杭州供电公司所属杭州市电力设计院员工在交互式自主智能三维设计平台上选择关键参数，点击预览后，平台一键生成了6个变电站设计方案。该设计平台还可以导出二维图纸、方案说明书和工程造价等。

本项目整体研究成果打通了三维数字化技术在工程建设全流程中的应用通道，使得三维技术不仅仅提高工程的设计质量和设计效率，更在设计阶段即建立起一套服务于工程建设全流程的数据信息库，数据信息贯穿设计、建设、运行、维护直到退役，整个过程的三维模型数据不断扩充，涵盖了各阶段各单位在工程建设过程中产生的各种资料和数据内容，所有的数据信息多阶段、多环节、多部门共同维护和使用，最终实现工程建设原始数据、过程数据、管理数据等的全属性、全寿命工程数据数字化移交。本项目针对项目各阶段的应用，实现三维技术的创新与实现，利用多项自主知识产权的软件工具，实现三维设计平台中的构架集成设计、三维电气布置设计、主接线设计、防雷接地设计、材料自动统计、短路电流计算；针对施工阶段的应用，在依托工程中实现设计施工一体化应用，并提出利用三维技术进行施工进度、质量、造价管理的应用方法；针对运维阶段的应用，开展三维实时在线监测技术创新与实现，研发三维实时在线监测系统展示平台，实现虚拟现实的环境中，集中展示变电站设备的各种静态数据信息和动态运行信息。 三维信息化技术可提高设计效率和质量，优化设计方案，减少土地占有率，减少施工工期及现场设计变更。经综合测算，可降低工程投资约1%。我院在引进软件公司的三维平台基础上，不断进行本地化全面研究和深度定制研发，形成多种实用有效的三维应用工具，已基本实现数字化三维360°全方位应用。

通过技术手段的革新，进一步提升输变电工程的建管水平，保证建设质量、提升效率、降低成本，已成为电网建设发展的主要方向。“ 智能电网”的建设需要基础数据的支撑，电网数字化建设是构建智能电网的重要基础，这就要求电网建设各阶段必须能够提供满足全寿命周期管理需求的数字化成果。 建筑信息模型(Building Information Modeling) ,简称BIM。BIM技术是以建筑工程项目的各项信息数据作为模型的基础，进行模型库的建立，通过数字信息仿真技术来模拟建筑物所具有的真实信息。BIM 不是简单进行数字信息的集成，而是通过数据模型对电网工程项目建设从规划开始，设计、建设、运行，维护直至进行的全周期管理。 基于BIM的输变电工程建设管理，充分利用BIM的直观性、可分析性、可共享性及可管理性等特性，引入大数据、移动互联等先进技术，应用智能安全预警系统，规范施工现场工作行为，监控工程实体质量，控制工程工期与造价，全面推进输变电工程规划落地，保障后续运维实施，提升电网数字化水平。 随着工程三维设计工作的深入开展，以及基建管理信息系统集中部署、现场视频监控系统与人员车辆管理系统安装等工作的全面完成，公司基建信息化基础管理不断完善，尤其是国家电网公司关于大力推广三维设计的要求，基于三维设计的工程信息模型建设已成为现实,无论从技术基础，还是管理基础，开展BIM建设的基本条件已经具备。