變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用

黃博勇 潘國(guó)元 蘇敏儀 徐芳琴

（清遠(yuǎn)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東省清遠(yuǎn)市 511500）

數(shù)字化三維設(shè)計(jì)是基于新技術(shù)平臺(tái)的智能工業(yè)設(shè)計(jì)模式，當(dāng)前我國(guó)在研發(fā)和實(shí)際使用領(lǐng)域已經(jīng)形成了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，國(guó)家也通過(guò)相應(yīng)政策帶動(dòng)這一新興領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于能夠有效提升變電站的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，從工作效率以及總體的工作質(zhì)量方面達(dá)到更高的水平，數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用以及維護(hù)等過(guò)程都可以通過(guò)這一智能化平臺(tái)完成，提升不同工作部門(mén)之間的協(xié)同工作效果，因此變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)具有極大的提升價(jià)值。

1 變電工程采用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的原因

當(dāng)前變電工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)研究院，對(duì)于數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的研究正處于快速發(fā)展階段，一方面是因?yàn)檫@種新技術(shù)在國(guó)際領(lǐng)域已經(jīng)被承認(rèn)具有極大的潛在價(jià)值，同時(shí)也因?yàn)樵谏鐣?huì)領(lǐng)域應(yīng)用過(guò)程中，能夠更好的提升應(yīng)用效果，對(duì)后續(xù)的維護(hù)成本以及操作作業(yè)內(nèi)容來(lái)說(shuō)也是一次變革性的提升，所以從各個(gè)角度而言，這都是一種技術(shù)上的創(chuàng)新應(yīng)用，而要有效的將這種設(shè)計(jì)方式應(yīng)用到實(shí)際領(lǐng)域當(dāng)中，需要對(duì)變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)有充分的了解，對(duì)其特點(diǎn)，使用原因進(jìn)行充分解析之后才能夠獲取最充分的資料。

首先數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的重點(diǎn)發(fā)展方面在于通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)使得設(shè)備的部件之間能夠產(chǎn)生相互聯(lián)系性，這一點(diǎn)主要通過(guò)三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)三維布置以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的解析，能夠?qū)⒏鞑糠值牧悴考w積、功用都做到最佳的平衡點(diǎn)，充分有效的提升設(shè)計(jì)效果和實(shí)際使用過(guò)程中的環(huán)境適應(yīng)性[1]。

另外在數(shù)字化系統(tǒng)的建立當(dāng)中，也有效提升了變電工程的網(wǎng)絡(luò)信息化水準(zhǔn)，以往在施工運(yùn)行之后，變電工程的產(chǎn)品基本就成為了獨(dú)立的工作項(xiàng)目，只有在維護(hù)過(guò)程中定期進(jìn)行檢修才會(huì)與遠(yuǎn)端產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，但這樣不方便實(shí)時(shí)信息交互，同時(shí)對(duì)于突發(fā)故障的反應(yīng)也不夠及時(shí)。當(dāng)前采用數(shù)字化設(shè)計(jì)之后，能夠有效的提升這一方面的應(yīng)對(duì)狀況，首先通過(guò)對(duì)于變電工程設(shè)備的大數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)的加入，能夠有效將設(shè)備的狀況以日志的形式進(jìn)行傳輸，保證終端控制系統(tǒng)能夠隨時(shí)掌握電網(wǎng)工程內(nèi)部的變電系統(tǒng)的實(shí)際狀況，這樣能夠有效打破傳統(tǒng)的變電設(shè)備信息孤島狀況，做到遇到問(wèn)題及時(shí)應(yīng)對(duì)，有效加強(qiáng)對(duì)于變電工程的通信聯(lián)絡(luò)體系的建立。

2 變電工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)字化與三維技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于變電站的數(shù)字化與三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，需要充分考慮基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)以及后期的技術(shù)實(shí)現(xiàn)效果和功能模塊的預(yù)設(shè)，這樣才能夠保證變電工程從總體設(shè)計(jì)方案到施工階段再到最終投入使用的環(huán)節(jié)都能夠具有足夠的應(yīng)用價(jià)值。

一般在進(jìn)行數(shù)字化和三維設(shè)計(jì)過(guò)程中需要使用的軟件較多，因?yàn)樾枰ＷC電氣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)科學(xué)完整，并且使用壽命也應(yīng)該達(dá)到相應(yīng)的水準(zhǔn)，所以在過(guò)程中需要進(jìn)行數(shù)字建模保證運(yùn)作效果。另外變電工程還涉及到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及暖通工程設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，需要數(shù)字化設(shè)計(jì)以及三維設(shè)計(jì)的結(jié)合才能夠保證實(shí)際效果。通過(guò)對(duì)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用可以完成全流程的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，將計(jì)算機(jī)內(nèi)的模型模板進(jìn)行套用，生產(chǎn)對(duì)對(duì)應(yīng)電路的阻抗圖，幫助計(jì)算短路電流，提升從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到實(shí)物模型的快速轉(zhuǎn)化。同時(shí)依據(jù)模板能夠保證高效率繪制出二維平面上的主接線圖，對(duì)部件設(shè)備選型能夠形成良好的基礎(chǔ)鋪墊。

圖1：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)下的電氣設(shè)備立體模型結(jié)構(gòu)演示

圖2：二次電器設(shè)置的管線排布圖

在使用軟件上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常使用STAAD pro 進(jìn)行，并且結(jié)合AECOsim BD 軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再通過(guò)具體對(duì)接Substation 電氣設(shè)計(jì)軟件的方式將內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)以及外部的建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行結(jié)合，如圖1 所示形成立體模型并可通過(guò)預(yù)演提升設(shè)備對(duì)接成功率，避免故障發(fā)生。這樣形成的協(xié)同管理系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生最佳的應(yīng)用效果，同時(shí)也才能夠保證變電工程投入使用之后能夠滿足多樣化的需求和功能預(yù)設(shè)，避免因?yàn)榍捌谠O(shè)計(jì)問(wèn)題影響實(shí)際投入使用后的效果。

部分設(shè)計(jì)軟件并非國(guó)內(nèi)直接研發(fā)，而是需要從國(guó)外進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，對(duì)于操作方式以及設(shè)計(jì)技能，也需要通過(guò)專業(yè)人員才能夠完成，所以變電工程設(shè)計(jì)要結(jié)合數(shù)字化和三維技術(shù)，需要的是專業(yè)化的團(tuán)隊(duì)和人員，各地方的設(shè)計(jì)研究院需要通過(guò)專業(yè)人才的整備和協(xié)調(diào)配合，才能夠快速高效地完成相應(yīng)的作業(yè)內(nèi)容[2]。

在模塊使用當(dāng)中，電氣設(shè)計(jì)一般需要通過(guò)一次、二次的專業(yè)設(shè)計(jì)才能夠完成相應(yīng)的工作內(nèi)容，一次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)基礎(chǔ)繪圖以及線路連接，同時(shí)對(duì)接三維設(shè)備的空間布置，對(duì)設(shè)備零部件進(jìn)行編碼和建模配置，從模擬角度進(jìn)行性能的檢驗(yàn)檢測(cè)，提升安全屬性以及應(yīng)用效果。并且需要結(jié)合數(shù)字化技術(shù)和三維技術(shù)進(jìn)行剖面解析，提升內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理運(yùn)用，保證散熱性能之間的平衡。另外在電氣設(shè)備的電纜線路對(duì)接上，也需要通過(guò)一次設(shè)計(jì)完成，保證帶電體的安全監(jiān)測(cè)效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于建筑安全以及內(nèi)部的照明、防雷等實(shí)際工作功能需求得到滿足。并且基礎(chǔ)的計(jì)算模塊也需要在一次設(shè)計(jì)當(dāng)中同步完成。

而二次設(shè)計(jì)所需要的內(nèi)容則更加細(xì)致，主要通過(guò)軟件編排將內(nèi)容文件以及功能實(shí)現(xiàn)所需要的編碼信息輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)行軟件架構(gòu)的建立工作，尤其對(duì)于智能設(shè)備的配置文件以及邏輯連接關(guān)系，都需要在二次設(shè)計(jì)當(dāng)中完成，如圖2 所示，這一過(guò)程主要是通過(guò)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案對(duì)模型邏輯以及纜線布置進(jìn)行進(jìn)一步的鋪設(shè)，保證管線對(duì)接到位。對(duì)此一般采用信息流圖的方式理清順序和設(shè)備線路之間的關(guān)系，提升工作效率。

變電工程設(shè)備需要在相應(yīng)的建筑空間內(nèi)進(jìn)行布置和安放，所以變電工程的設(shè)計(jì)工作也需要結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容予以提升，通過(guò)多種類的軟件建設(shè)平面圖以及立體剖面圖，能夠更好的對(duì)于建筑內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能區(qū)分，保證設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)樯峄蛘咝阅苁芟薜葐?wèn)題造成故障[3]。

在基礎(chǔ)架構(gòu)完成之后，還需要關(guān)注對(duì)于平臺(tái)協(xié)同性的運(yùn)作效果，這也是變電工程在智能化提升以及通過(guò)數(shù)字化三維設(shè)計(jì)之后具有最大變革性的內(nèi)容，通過(guò)協(xié)同管理的方式可以在遠(yuǎn)端對(duì)變電工程的部件進(jìn)行參數(shù)調(diào)整操作，這一點(diǎn)極大的提升了后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的效果，能夠通過(guò)設(shè)備智能自檢找到對(duì)應(yīng)的故障位置及時(shí)匯報(bào)，維護(hù)人員則能夠精確定位對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行檢修，減少排查故障的時(shí)間成本。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，智能化的表現(xiàn)決定了變電工程數(shù)字化和三維設(shè)計(jì)的未來(lái)前景十分廣闊，并且在功能提升上可以通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用效果，拓展更多的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)變電工程在社會(huì)領(lǐng)域的更大功能拓展效果，保障社會(huì)生活供電體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用與效益探究

對(duì)于工程壽命以及使用效果是變電工程建設(shè)當(dāng)中最為關(guān)心的問(wèn)題，通過(guò)數(shù)字化和三維設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)較之以往最大的突破主要在于可視化運(yùn)營(yíng)和操作，能夠更加直觀地將設(shè)備狀況以及運(yùn)營(yíng)結(jié)果展現(xiàn)在操作人員面前，也是當(dāng)前數(shù)字時(shí)代對(duì)智能化運(yùn)轉(zhuǎn)的必然需求，當(dāng)然這一功能需要結(jié)合可行性以及設(shè)計(jì)施工階段的多方協(xié)調(diào)，最終才能夠在實(shí)現(xiàn)效果上達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，保證三維布置方案能夠預(yù)留足夠的空間提升工作效果。另外在項(xiàng)目驗(yàn)收以及評(píng)審過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)于質(zhì)量效果和工作狀態(tài)進(jìn)行深入的研究，保證其功能達(dá)到預(yù)期效果[4]。

變電工程的內(nèi)部使用設(shè)備以及外部的建筑設(shè)計(jì)是密不可分的，二者相互結(jié)合才能夠產(chǎn)生最佳的空間利用效果，保證在三維設(shè)計(jì)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)當(dāng)中真正實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)效果。

另外在應(yīng)用當(dāng)中對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該進(jìn)行細(xì)致的研究，保證變電站整體在投入建設(shè)之前有相應(yīng)的數(shù)字建模圖紙，通過(guò)實(shí)際模擬運(yùn)營(yíng)狀態(tài)尋找空間設(shè)計(jì)方案以及結(jié)構(gòu)搭配是否存在不合理或者需要調(diào)整的內(nèi)容，再不斷進(jìn)行提升設(shè)計(jì)方案的合理性，這樣才能夠在最終的使用當(dāng)中達(dá)到最佳效果。三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)的功能也在這一方面體現(xiàn)的最為明顯。除了基礎(chǔ)的功能維護(hù)之外，后續(xù)運(yùn)營(yíng)當(dāng)中也需要將這些內(nèi)容進(jìn)行充分的探究，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中能夠穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。

變電工程在完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工階段最終投入使用之后，需要考慮到其經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，保證在供電體系當(dāng)中能夠持續(xù)輸出并且做好穩(wěn)壓工作，三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)的工程內(nèi)容才能夠完成從理論階段到實(shí)踐工程效益的轉(zhuǎn)化，這也是當(dāng)前在工程工業(yè)領(lǐng)域最為看重的，實(shí)際效益的產(chǎn)生和預(yù)期效果之間的協(xié)調(diào)性。在這一點(diǎn)上必須看到的問(wèn)題在于，變電站的工程設(shè)計(jì)結(jié)合了暖通水電、建筑空間、電路設(shè)計(jì)鋪設(shè)等多方面的內(nèi)容，所以在前期投入資金方面肯定有較高的消耗，要實(shí)現(xiàn)從成本投入到效益營(yíng)收的轉(zhuǎn)化，需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間才能夠完成，這一點(diǎn)在技術(shù)推廣的初期屬于必須面對(duì)的問(wèn)題，也是提升變電工程整體行業(yè)資質(zhì)的必經(jīng)階段。

4 變電工程數(shù)字化三維設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

在變電工程領(lǐng)域拓展數(shù)字化設(shè)計(jì)以及三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用空間，當(dāng)前已經(jīng)是一個(gè)必要的舉措，因?yàn)榭梢暬椭悄芑男畔⒔换?duì)于當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)說(shuō)是在各個(gè)行業(yè)都具有深遠(yuǎn)影響的內(nèi)容。只有在變電工程建設(shè)上實(shí)現(xiàn)對(duì)于這一潮流的跟隨，才能夠更好的保證變電站在電力產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的功能效用。同時(shí)提升設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及建設(shè)效果，對(duì)于行業(yè)交流以及交易過(guò)程也會(huì)帶來(lái)更好的促進(jìn)作用，數(shù)字化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在當(dāng)前的時(shí)代已經(jīng)被充分證實(shí)，對(duì)于其應(yīng)用必然也會(huì)在近些年持續(xù)開(kāi)展。

從發(fā)展的角度來(lái)看，信息集成和實(shí)時(shí)傳輸功能還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，提升變電工程在使用過(guò)程中的交互效果，通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的融入，這一功能能夠得到很好的保障，尤其對(duì)于多元化信息交互和遠(yuǎn)端操控的需求也在不斷提升，更需要將信息集成的效果達(dá)到更高的水平。

在數(shù)字模型的建設(shè)以及設(shè)計(jì)成果的轉(zhuǎn)化上，實(shí)體模型已經(jīng)不再是主流，未來(lái)對(duì)于設(shè)計(jì)成果的研究應(yīng)用都會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的方式，這也是在設(shè)計(jì)階段交付成品最佳的形態(tài)，變電工程本身內(nèi)部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)的模型提交設(shè)計(jì)方案不僅需要大量的圖紙輔助說(shuō)明，同時(shí)對(duì)于剖面分析也難以做到真正符合需求的講解。而當(dāng)前如果能夠有效應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)以及三維設(shè)計(jì)的理念，那么就能夠通過(guò)多元化的設(shè)計(jì)軟件構(gòu)成一個(gè)綜合的數(shù)字模型，對(duì)于其操作都可以以可視化的演示過(guò)程完成，不僅提升了演示效果，同時(shí)對(duì)于功能設(shè)計(jì)的表現(xiàn)力也有了很大的提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站的數(shù)字化以及三維設(shè)計(jì)是在變電工程方面的巨大變革，電力產(chǎn)業(yè)之所以需要提升這一技術(shù)的應(yīng)對(duì)效果，主要是因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)質(zhì)量的充分提升，以及在工作效率上的極大進(jìn)步，能夠滿足快節(jié)奏的社會(huì)高速發(fā)展需求，而且對(duì)于當(dāng)前社會(huì)領(lǐng)域的供電需求也需要這樣的智能化設(shè)備提供更加人性化的服務(wù)模式。同時(shí)在維護(hù)角度和后續(xù)遠(yuǎn)程使用操作而言，數(shù)字化三維設(shè)計(jì)比起以往的變電工程，具備可視化和遠(yuǎn)端操作的功能，同時(shí)對(duì)于設(shè)備內(nèi)部的輕微故障問(wèn)題可以自我排查，極大的提升了設(shè)備的工作效率，并且充分降低了維護(hù)成本。這也是為什么變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)以及三維設(shè)計(jì)能夠成為當(dāng)前行業(yè)主流發(fā)展趨勢(shì)的重要原因。