数字化三维技术在输变电工程设计中的应用

王成明

（上海国孚电力设计工程股份有限公司济南分公司，山东 济南 250000）

0 引言

随着数字仿真技术、模拟三维建模软件和高效能计算机硬件平台的不断创新和发展，数字化三维技术已经开始在各个领域中应用起来，并且发挥出了非常重要的作用和价值。我国国家电网公司也开始在各项电力工程中应用数字化三维技术，并进行电网数字化的研究工作，这一研究在全球数字化变电站以及智能电网试点建设中取得了非常不错的成绩，并且这一研究已经开始进行全面的推广。电力系统数字化程度在不断提升，数字化三维设计技术在未来的发展中将成为输变电工程设计的主流。

1 数字化三维设计技术在输变电工程设计中的发展

1.1 三维数字设计技术

随着计算机技术在各行业中的应用和普及，各行各业发展都有了新的活力，在产业生产和行业进步过程中，计算机网络技术逐渐影响了各个行业的技术发展，数据库、大数据分析等成为现代社会发展的主流。在各个工程项目的设计、施工等过程中，载体正在向着信息模型转变，而这一转变的核心就是信息数据技术，当架构统一之后，搭建平台就需要依靠工作流、资金流以及物资流等，以此来实现信息资源共享的目标，并在此基础上达到设计、采购、施工以及科学管理的目的，并促进设计工程的顺利开展，最终实现设计施工项目一体化的发展[1]。

在数字化工程建设中最为基本和重要的技术就是三维数字化技术，该技术主要是依靠信息图形影响技术、数据库技术以及网络技术等多种现代化计算机应用技术为依托，并通过各项工作流程中相关的操作人员和设计人员相互配合工作来实现工程项目精细化和精准化的设计目标，从而实现输变电工程设计的数字三维可视化和信息技术一体化的发展，数字三维设计技术如图1所示。

数字化三维设计技术和传统的设计有着明显的区别，主要表现在传统的设计需要将很多的信息数据等内容在图纸上罗列出来，并且还需要对这些数据和信息进行说明标注，这样不仅耗费时间和精力，还会造成信息数据的分散。在输变电工程设计的不同阶段，都需要大量的数据信息进行分析，而传统的设计这些工作就需要人工来进行，这种人工数据分析比较容易出现问题。而通过数字化三维设计技术，不仅可以节省大量的人力投入和时间还可以弥补传统设计中缺陷，在进行数据处理的过程中通过信息模型来进行统一的管理和设计来进行数据管理，实现工程设计阶段所有信息数据的有效性和完整性。

图1 数字化三维设计技术

1.2 数字化三维设计技术在输变电工程设计中的发展情况

数字化三维设计技术在电力行业中已经引起了多方的重视，2016年数字化三维设计技术开始在电力行业中得到应用和推广，并被应用在了工程数据中心的建设中，2017年国家电网又在全国范围内进行了数字化三维设计技术的调研，对当前电力行业中数字化三维设计技术的应用和需求进行了分析[2]。为了提高数字化三维设计技术在电力行业的应用，很多数字化三维技术企业开始转型，对设计资源、建造资源以及运维过程中的资源进行整合，这样不仅可以满足设计单位的需求，同时还使数字化三维设计技术得到了创新发展。

2 数字化三维设计在变电站工程设计中的应用

以某220 kV变电站设计工作为例，在实际的工程设计中对数字化三维设计进行了分析。

2.1 全站三维设计模型

通过相关的设计软件提供的设备参数化功能，把电气设备及土建构架进行参数化建模，这样可以更加方便、快捷地进行各种尺寸和类型的三维设计。在设计时通过三维导线连接功能将自动捕捉到的设备接线端子进行连接，并对弧垂和线夹的角度进行核定，这样可以使绘制的图面更加规范和详细。设备及构架等都是按照实际尺寸进行绘制的，并且所有的设备中都附带相应的参数信息，设计人员可以随时进行数据的审核，并让业主和施工人员进行全方位的了解。

2.2 三维安全距离校验

在三维数据中还对变电站工程设计中所有的内容进行了校对和核算，如在三维模型中对所有项目的参数信息进行了定义，这样就可以随时选择需要核算的项目，还可以校验相关的范围。通过对不同项目以及参数信息的核算和校对来找出其中不合理的地方，并进行标注修正。

2.3 三维防雷保护设计

在变电站工程设计中防雷保护设计是非常重要的，而通过数字化三维设计技术可以在全站三维模型中进行防雷模块设计，数字化三维技术程序可以自动识别构架上的避雷设备，如避雷针等。另外还可以通过三维技术来实现避雷针自动联合保护范围计算[3]。通过数字化三维技术可以更加直观地看到变电站建设完成后的防雷效果，在很大程度上提高了变电站的设计质量和设计效率。

2.4 精细化三维智能设计

一般来说，使用传统的设计方式来对变电站进行设计需要绘制很多图纸，而数字化三维设计技术只需要三维设计人员通过专门的设计软件来绘制一张三维图就可以体现变电站的全部内容，设计人员只需要对平面图进行剖切就可以很直观地看到变电站中各个方面的结构和内容，保证了平面图和断面图的一致性。此外，在变电站三维设计中所有的间隔断面都是自动对设备间距进行标注的，这样就大大的减少了设计人员的设计时间，提高变电站工程设计的效率[4]。另外三维软件还可以从三维模型中直接对所需要的数据进行提取，生成可以供施工用的施工图纸和相关材料表，并且还可以通过三维模型来向二维总平面图进行转换，保障施工图纸的准确性。

2.5 生成设备安装图

在间隔断面形成后，数字化三维技术还可以生成安装图，并存入到相应的图册中，图纸的编号也是按照相应的顺序自动生成的，这样就可以更加方便地把每个设备安装图纸自动调出来供人们使用。

3 数字化三维设计在输电线路工程设计中的应用

3.1 数字化三维设计线路选线

一般情况下，在输电线路设计的过程中，选择线路路径主要是根据工作人员主观经验来进行的，通过数字化三维技术可以采取动态化的规划思路将比较复杂的问题简单处理，从而实现过程的优化设计。如在线路比较长的工程中，线路经过的地形也会相对比较复杂，这就需要选线的精确性，而三维技术可以模拟多样的复杂路线，实现选线的快速性和准确性，并对线路的设计进行优化排序。

首先进行起始点和终止点的选择，然后通过数字化三维技术建立适量的地理信息，并对路障的缓冲半径进行设置，数字化三维技术可以通过自动化技术对工程中所有线路的路径进行优选，并对可能会影响的输电线路的村镇、厂房和农田等进行分析，尽可能避开一些有障碍的地段。此外在线路设计中如果出现问题，系统会自动在短时间内发出警告，重新选择路径。另外设计人员通过数字三维技术进行设计可以大大降低工作的时间，提高工作效率和工作的精确度，在进行变电站站点选择的时候还可以自动计算出所有选择的范围内最近的缓冲区距离[5]。

3.2 数字化三维设计的实际应用

数字化三维技术在输变电工程设计中的应用包括了STD数字化三维变电站设计平台和TLD数字化三维送电设计平台；其中，STD数字化三维变电设计平台主要依托的是AutoCAD技术，其核心是对工程数据的分析，通过把变电站设计中的数据和基本元素进行综合利用来逐渐实现全面的三维数字化协同设计平台。STD数字化三维变电设计平台通过对数据参数等驱动的设计和共享来实现设计的自动化、精细化，并促使全专业模型的协同设计。

TLD数字化三维送电设计平台依托的是开放的平台构架，其核心是工程数据和参数，一般会在工程项目的调研、初设和施工图阶段使用，还可以进行集选线、设计、数字化移交于一体的完整方案的设计。

4 结语

在输变电工程设计的各个环节中，数字化三维技术的应用已经开始普及，并且朝着不断深化和完善的方向发展。在输变电工程设计中数字化三维技术的应用已经实现了各个节点成果的融合，并降低了输变电工程设计中各种问题的发生概率，减小了设计人员的工作压力，提高了设计工作的效率，实现了资源整合能力的提升。数字化三维技术在输变电工程设计中的应用在未来的发展过程中会越来越好，并且还会有更为广阔的空间，会成为电力行业实现高效发展的新动力和新希望。