变电站 BIM模型数字化移交的研究应用

邓悦

深圳供电规划设计院有限公司 ，广东 省， 深圳 市， 518054

摘要：本文根据某供电局试点变电站工程，采用数字化设计手段，依照数字化设计规范对全站进行三维设计。基于数字化设计平遥,建立了准确的变电站三维信息模型,涵盖电气、建筑、结构、水工、暖通、消防等专业，并完成了数字化移交工作。数字化移交工作为采购、施工、资产管理阶段提供数据支撑，提高工程项目的整体建设效益。

关键词：变电站；BIM模型；数字化移交；三维设计

中图分类号:TM769 文献标识码:A

0引言

随着电力行业对工程数字化、设计精细化等要求的不断提升，以及数字化设计技术和设数字化计平台的进一步发展，数字化设计手段越来越多的运用到实际输变电项目中，为实现工程数字化、信息化奠定了坚实的基础^[1]。数字化设计的优势主要体现在多专业协同设计、优化空间布置、设备碰撞检测、材料表精确统计等方面，并为设计后期的工程建造、运行维护等阶段的管理提供强大的数据支持。

本文基于某供电局110kV户内变电站数字化移交实例，结合数字化设计流程，针对电气、土建、水暖等多专业协同设计的实施，数字化设计成果的移交等相关内容进行探讨和分析。

1项目简介

本文以某供电局110kV变电站工程为试点工程，进行竣工图阶段三维设计、数字化移交等工作的研究。主要完成某110kV变电站多专业的三维信息模型，其中主要包含：电气、建筑、结构、总图、水工、暖通、消防等专业三维设计模型。构建全站全专业三维设计模型（竣工图阶段）并完成数字化移交。变电站竣工图阶段三维模型搭建主要包含工程属性、变电站总布置模型、电气设备模型，配电装置楼建筑、结构模型、水工消防模型、站内道路、电缆沟、围墙模型、空间位置关系等内容。

本项目在数字化设计应用及数字化移交中有以下特点：

（1）满足业主运维管理侧需求，竣工图数字化模型移交到业主方数据平台，作为工程数据源录入基建管理平台，工程竣工后将数字化设计成果移交某局数字化项目管理平台。

（2）实现整体变电站实现精细化建模：包括总图、建筑、结构、水工、暖通、消防、电气设备布置、导线挂接、接地等。

（3）本项目的数字化移交试点工作，对数字化设计流程、数字化协同机制进行了研究，对某供电局今后变电站项目开展数字化设计工作制定了标准工作流程提供了参考依据。

2数字化设计

工程的数字化设计是基于BIM模型的设计，BIM模型作为整个工程数字化成果的载体，是数字化设计的核心部分。

2.1数字化模型库

建立数字化模型库，有助于帮助设计人员快速搭建工程模型，把精力更多的放在设计合理性与科学性上，而不用在建模阶段消耗过多成本，提高设计人员的工作效率。建立BIM模型库，为工程的数字化设计提供模型支持，节省设计人员的建模时间。

本项目建立了两级数据库，分别为公共设备模型库和工程模型数据库。公共设备数据管理功能主要在平台中独立使用，通过权限控制，有权限的用户才可以进行管理操作。主要管理平台中各个专业的各类设备分类及设备详细参数、产品样本信息，所有元件数据统一在该模块下进行维护。

公共族库主要在数字化设计时使用，通过权限制，有权限的用户才可以进行管理操作。按系统分类管理，查询字段不限于主要字段，附属的字段也可以查询；软件平台中的典型族通过该模块来进行管理，在管理时对于族库模型按照专业、功能类型进行划分，所管理的内容涵盖三维模型、标准、标准说明等内容。如图1 所示为电气设备数字化模型库。

图1电气设备数字化模型库

2.2电气数字化设计

采用三维数字化设计平台对某110kV变电站工程进行数字化设计，并建立全专业三维数字模型，实现数字化协同设计，其主要设计内容包括电气设备建模、配电装置设计、主接线设计、计算校核等。其中电气专业三维设计内容包含但不限于于：（1）设备布置：需要布置的设备包括变压器、断路器、避雷器、GIS 组合设备等、10kV开关柜布置（2）母线布置：对各配电装置的母线进行布置，比如母排布置、支撑管母布置、悬吊管母布置等。（3）导线连接：对设备、母线、装置进行导线连接，比如跨线连接、设备接线、引下线、跳线、导线 T 接等。（4）净距校验：主要是对电气设备间、带电体与接地体间、导线间、导线与设备间、不同相带电体间、不同电压等级带电体间等电气安全距离进行校验。（5）编码：编码是 BIM 设计的重要内容，是将 BIM 设计成果应用到施工、运维阶段的重要基础，编码内容包括工艺编码和位置编码。（6）设备材料统计：统计各间隔、配电装置及全站电气设备材料表。

图2 某110kV变电站电气专业数字化模型

2.3

土建数字化设计

基于数字化设计平台进行变电站土建模型设计，数字化设计平台支持直接输入参数进行轴网、梁柱、板墙、门窗、吊顶、屋顶、房间、电缆竖井以及楼梯、电梯、阳台、台阶坡道和散水等辅助设施的三维模型创建和编辑，也可调用标准库。自由截取建筑物各方向的任意截面来生成完整的平、立、剖面图、大样图、门窗表等，进行面积统计、体积统计、建筑物各部件的统计（如装饰面积、门窗数量、梁柱体积等）。

通过数字化设计平台快速构建全站室内外给排水模型，包括管道、阀门阀件设备、站区消防管道及主变消防管道、水喷雾喷头阀门阀件、水泵结合器、消火栓、泵房水管、水泵、阀门阀件。

图3某110kV变电站土建专业数字化模型

数字化设计平台的核心是数据库，完备的数据库可以极大的提高数字化设计的效率和精确度。数据库分为模型库和属性库，其中模型库主要存储各类三维设备模型和符号，属性库主要存储和不同设备对应的各种属性信息，例如厂家、电气参数等。基于数字化设计平台，可将三维设计成果与工程数据和设备数据进行关联。本工程基本信息界面和用户权限管理界面如下图所示。

图5 数字设计平台浏览属性数据

3数字化移交

数字化技术基于数据库的格式化信息，将标准化的数据和三维变电站设计模型进行关联，数据关系明晰，可溯源强。而传统设计中的数据分散，设计输入数据，过程数据以及成品数据之间通过人工处理产生关联，效率低下且容易出错。

数字化设计的文件和信息通过数据库集中存储，设计输入数据、过程数据以及成品数据有天然的关联，确保整个设计流程中的一致性。通过信息化、数据化为项目的全寿命周期管理和控制提供量化的支撑。

数字化移交是数据化、智能化的移交方式，通过建立统一的信息平台、统一的数据约束规范、统一的数据接口规范，形成数据、成果向运行阶段的整体移交。竣工阶段的数字化模型移交资产管理部门，可基于数字化设计模型，为后期运维管理提供数据基础。

图4 某供电局数字化工程管理系统构架

4总结

本文通过完成某110kV变电站工程的数字化移交工作，对数字化建模、数字化移交工作的流程进行了研究和探讨，同时也通过实际案例的操作，总结了数字化移交过程中存在的一些问题：

1. 电气三维设备的复用问题

电气设备等三维建模工作复杂，同类型设备复用程度不高。建议可以联合多家设计院或者整合外部资源，对电气设备模型进行建库和共享，逐步建立输变工程电气设备元件级模型。通过对模型库的不断完善和升级，实现设备三维模型的通用和复用。同时，针对输变电工程的信息需求、根据不同模型的应用场地、所处阶段等多方面进行考量设计研究，不断完善设备模型的的精度和质量。

（2）变电站三维的模型的轻量化处理

通过三维设计平台创建的变电站三维设计模型数据量较大，同时只能在设计平台上进行查看和浏览。通过三维模型轻量化对应的工具，对变电站数字化模型进行处理，再将模型集成到项目级三维应用平台上，通过虚拟建造和现场可视化管控结合，实现精细化管理，最终再对所有项目进行整体把控，实现输变电设备的信息化管理。

数字化三维模型及轻量化后可重复利用，并可应用于基建和运维等多个阶段。协同设计、指导模拟施工、并将工程大楼的空间、设备、使用者三方面数据信息汇聚到智慧运行维护平台，利用大数据对数据进行实时运算，提高运维反应能力。

5. 结语

本文通过本项目的数字化移交工作，针对输变电工程三维模型定制统一的建模技术标准进行了探索和研究。为后期开展数字化工程的标准化工作奠定了数据基础和工程案例。通过本项目在实施过程中的经验总结，在电气设备建模，各专业模型组装，模型轻量化等方面提供了实际操作经验，同时也为全阶段数字化三维设计工作的开展提供了数据基础。

参考文献

[1]李志海《数字化三维变电站设计技术研究》[J].电气技术,2015,16(11):83-86.

[2]万鹏,周峰,胡浩亮,等.面向智能变电站的数字化计量标准进展与分析[J]. 供用电,2021,38(07):34-39.

[3]王炜,宋树宏,王伟恒,等.浅谈数字化变电站信号传输整周期延时检测方法研究[J].中国设备工程,2021(13):182-183.

[4]冯跃,吴跃康,任杰,等.基于无线同步技术的数字化变电站二次系统新型测试方法[J].中国测试,2020,46(01):117-123.

[5]方鹏,高亚栋,吴祖咸,等.基于Revit平台的变电站三维数字化设计的关键因素研究[J].微型电脑应用,2020,36(05):92-95.

作者简介：

邓悦，硕士研究生，工程师，三维数字化技术，变电站设计。