论变电站设计中三维设计技术的应用

论变电站设计中三维设计技术的应用

陈攀张帆陈炳许秀珍李林

(杭州市电力设计院有限公司)

摘要：在变电站设计的过程中，二维设计的过程中有可能会出现交叉设计和施工的现象，同时在设计方案的审核方面也需要非常久的时间，如果在设计的过程中应用三维设计技术，这些问题就可以迎刃而解。本文主要分析了三维设计技术在变电站设计中的运用，以供参考和借鉴。

关键词：变电站三维设计应用

1三维软件设计特征分析

三维软件具有可视性强、可操作性强的特点，在设计中应用三维软件能够有效的提升设计的质量、提高设计的效率。在具体的设计应用中，三维软件设计具有以下特点：①实现了空间距离的直接测量，在三维变电站模型空间中，不需要来回切换平面图和断面图就可以验证图中点的带电安全距离，无论是否在同一平面内的带电距离都可直接测量得到，节约了传统设计方法的人工计算步骤，避免人为差错；②避免了可能存在设计误差，二维设计模式下常常难以察觉的电气设备与梁、柱、墙、楼板、门窗、水工暖通管道之间的硬性碰撞问题，可在三维模式下迎刃而解，通过对三维模型进行合理的剖切，可自动生成站内任意角度的二维视图，真实展现设备与导线、建筑之间的相对关系；③提高了设计方案实用性，通过使用标准设备型号库等方式，明确设备的信息和属性，每一条信息的新增或修改，模型更新后，平面图纸也随之更新，这样既有利于设备移交后的台账管理，也便于将工程信息共享给设计、施工、建设管理、运维、检修等各方面技术人员。在传统设计模式下，变电站建筑物、设备只能体现在平面图纸上，但是在三维设计技术下，建筑物和设备等能够在计算机提供的三维空间中建造取来。它将变电站涉及到的各个专业结合到一起。在相同的功能模块中，各个专业设计人员可以对其负责的部分进行模拟。在协同设计工作下，各个专业工作人员在进行设计的同时也能够看见其他专业设计人员的设计成果，在相互沟通下修改、完善设计方案。

2变电站三维设计应用前景

2.1软件平台选用与整合

从国内已发表文献看，变电站应用三维设计主要是3Dmax、PDMS和Substation这三个平台，其中3Dmax主要用于后期渲染，PDMS从发电厂设计移植过来，都不是变电站专业设计平台，相比较而言Substation更适合变电站设计。

2.2三维设计软件本地化

市场上的主流三维设计几乎都来自国外，在设计标准、产品模型等方面与国内情况还有一定差距，所以国外软件的本地化是必须解决的问题。

2.3模型标准化与接口统一

变电站三维设计的主要问题是产品模型的建立，需要花费大量时间，而且不同的软件平台之间存在对接问题，只有这些问题获得圆满解决，才利于三维设计的推广应用。

3某±660kV换流站工程三维设计的应用

3.1工程概况

某高压直流输电工程是±660kV直流工程，双极输送4000MW，是国网公司当前的重点建设项目，某设计公司承担了此工程的受端换流站的部分三维设计工作，进行了以下主要工作。

3.2平台比选

首先，进行了三维软件平台的比选。在发电应用较广的PDMS平台，主要针对发电厂的管道设计，对变电工程中数量庞大的导线的创建，没有专门的工具，仅能采用弯曲的钢管来代替，弧垂等不能满足工程实际的拟合曲线。Bentley公司的SUBSTATION三维设计平台在变电站三维设计方面具有突出的优点，有专用的软件进行具有弧度的导线设计，可拟合实际的弧度曲线，并且有专门的软件对带电距离进行设计校验，有专门的防雷接地、电缆敷设等专业软件，更加适合变电站设计，最终确定Bentley为此工程的三维设计及移交软件平台。

3.3三维建模

平台确定后，各专业首先进行三维建模工作，为实现专业间模型标准统一，制定了以下规定：①各专业模型应采用统一的模型单位。推荐采用毫米（mm）作为长度单位，度（°）作为角度单位。②各专业子模型都应采用统一的坐标系，Z轴正向朝上。③各专业设备、材料模型在生成时应赋予合乎模型总体设计所规定的层次和颜色。④建模宜使用基本体如立方体、圆柱体等，尽量减少使用复杂形体如旋转体、拉伸体。并避免在建模过程中使用“开孔”或“切割”的操作。单个设备建模时应尽量减少三维实体的数量。

3.4模型组装

①三维模型可分为整体组装模型、区域组装模型（包含所有专业）、区域专业组装模型（单一专业）、设备模型。三维模型宜按“专业组装——区域组装——总装”的顺序依次组装。②总装模型是将各区域组装模型按照各区域按统一座标原点的位置进行布置，并连接各区域间接口。

3.5碰撞检查

三维模型总装完成后，需要进行硬碰撞及软碰撞检查。①硬碰撞：需要检查电气设备是否与其他专业三维模型发生位置冲突。包括电气设备与土建结构的碰撞、电缆沟与设备基础、水工等管道的碰撞等。②软碰撞：即带电距离校验，宜采用直接三维空间测量和软碰撞相结合的办法，分区域进行三维空间带电距离校验。

3.6创建及利用数据库信息

①将三维电气模型赋予一定属性，主要包括设备详细参数、生产厂家、安装位置编码和设备物料编码等。②结合工程完善补充了门窗库、中国材料的型钢和混凝土截面库。③初步定制了有关电气设备及土建工程量的统计功能，设备材料可由三维模型自动统计，当三维模型发生变化时，设备材料表可同步更新。

3.7实现了二维、三维的贯通

①通过PartDatabase数据库建立二维符号和三维模型的关联，实现二维智能主接线与三维模型之间的数据贯通。②实现由三维剖切二维平、断面图。

3.8三维数字化移交

整理工程全设计过程的审查批复文件、设计文件、二维图纸、设备技术规范书、施工中形成的文件等以PDF格式，三维文件以i-model格式实现三维数字化移交，业主通过ProjectNavigator软件平台实现对数字化变电工程模型和数据的访问。用户通过数字化工程模型的访问，实现对工程技术数据、相关设计文件和设计资料的浏览、查询，并可通过链接直接打开设计文件和设计资料。

3.9主要设计成果

场地数字化采用GEOPEK进行站内场地和道路设计，最后将所有设计面进行整合，自动统计土方量；道路及围墙数字化设计；二维符号库与三维模型库；主要土建模型；三维抽取二维图纸；自动生成材料清册；碰撞检查；实现三维漫游。首先进行漫游路径的创建，通过设定摄像高度、视角、灯光、路径，模拟摄像机在空中和电站内部移动时所拍摄到的空间景象，使观看漫游的人身临其境地了解到变电站建成后的外观效果。漫游路径设定好后，可以在直接观看漫游效果，并实时修改；也可以将漫游效果保存成avi格式的短片，使用通用的播放器播放。

4结语：

总之，三维设计具有立体的展现手段，强大的数据库功能，具备二维、三维之间的数据贯通，可有效地按需求提出设备材料清册，自动进行工程量统计，并进行碰撞检查，是今后变电站设计方式的发展趋势。

参考文献：

[1]郄鑫,齐立忠,胡君慧.三维数字化设计技术在输变电工程中的应用[J].电网与清洁能源,2012(11).

[2]宋平,杨涛.基于虚拟现实技术的变电站系统设计[J].湖北农业科学,2012(01).