中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 陕西西安 710054
摘要：目前，我国电力行业主要设计单位已广泛引进了三维设计系统，三维设计已逐步进入高压变电站设计领域，并已经引起各大设计院的重视。三维设计是一种新一代的数字化、虚拟化、智能化的设计平台，它以三维空间技术为标志、数字化技术为纽带，将各专业的设计信息融会贯通。和二维设计相比，三维设计的特点在于“空间”和“数字化”。采用三维设计手段，在变电专业内的全过程流通和对高压变电站总平面布置进行优化设计是非常必要的，这对于工程设计行业来说既是机遇，也是挑战。基于此，本文对三维设计在高压变电站工程设计中的应用做了简单的分析，以供相关人员的参考。
关键词：三维设计；空间；数字化；优化设计
1、三维设计技术发展背景与基础
随着全球计算机软件高效化、智能化的推进方向，电力勘察设计行业的信息化也在持续发展，基于信息化智能三维设计平台的作业模式，极大优化了设计作业流程，使得设计重点从布置设计前移到系统方案设计，繁琐的数据建模工作在系统方案设计前已经完成，借助不断积累完善的标准化数据模型库和强大的自动计算分析设计功能，使得设计方式变得更加简洁，这将会对传统电力设计生产的设计校审制度和人力资源结构带来变革，以数字化三维设计平台引领设计行业第二次革命，以实现知识管理体系标准化，以数字化移交为手段，建立工程全生命周期服务盈利模式，拓展设计服务链和范围，促进设计企业转型升级。
2、高压变电站三维设计主要平台介绍
2.1、Bentley软件
Bentley公司针对电力行业的设计工作拥有一套完整的解决方案。
首先，其三维设计平台Microstation是Bentley公司面向全球基础设施设计、建造和运营的旗舰产品，采用基于Parasolid的三维模型技术和Microsoft DirectX 3D游戏级的图形驱动技术，具备高质量的动画漫游、施工进度模拟等仿真功能。
Bentley Substation则是专门针对变电站的设计工具，具有专业的、成熟的智能辅助设计功能，能够保证在整个项目设计过程中设计数据的共享及继承，从而真正实现三维数字化协同设计。并且，设计数据可以传递到施工、采购、运维等各阶段，是覆盖工程项目各个阶段的软件系统。
使用Bentley变电站设计软件Substation，可以快速完成二维原理图设计，智能地进行三维设备布置，较为准确地在三维模型中表达带有弧垂的导线、连接线，并进行导线受力分析，生成导线施工报表等设计工作。三维模型通过动态剖切可以自动生成二维平断面图纸，满足施工要求。在三维设计中，二维原理图、三维模型的布置和二维平断面均可以实时、动态、高效地关联，当发生设计修改时，只需要在三维布置中进行调整，所有二维图纸都会自动刷新，而不再需要在平、断面图上进行手动调整，既避免了人为错误的发生，又大幅度地提高了设计效率。
2.2、博超软件
北京博超时代STD-R系列电力电气设计软件产品，适用范围为：1000kV～380/220V供配电系统接线图、控制原理图、平面布置图设计等。强大的专业背景 软件涵盖了电气设计的所有内容，并通过了中国电力规划设计协会、照明学会等权威机构鉴定。做为设计手册的配套软件，所有专业计算与设计手册完全一致。其中防雷三维算法、导线拉力计算超厚覆冰、短路电流计算模块填补了国内空白。系统到平面、从平面到剖面、从计算到校核、从二维到三维，博超软件的数据流技术能够将整个设计流程中需要的数据整合起来，从一个环节自动流向下一个环节，并在各个环节中处理完善，大大简化了软件的数据输入，避免了人为失误，提高绘图速度的同时提升了设计质量。习惯于二维设计的电气工程师惊喜地看到博超软件带来的三维设计崭新天地。在平面上布置变配电设备，即可采用剖切实体方式生成任意位置的断面图，连桥架、沟道、电气辅件也分毫毕现。随手布置避雷针，自动进行计算，不但能够同步看到其平面保护范围、保护断面图，而且可以直接观察三维保护效果。
3、三维设计在高压变电站工程设计中的应用
3.1、采用标准数据库为核心的数字化设计
（1）高压变电站三维设计以工程数据库为核心，相关联的图纸能自动生成。数据库设备模型采用国网公司通用模型库（2018 年版），模型文件统一采用GIM 格式，这就从源头上对设备型式进行了统一。（2）在工程设计过程中，各专业在协同平台同步开展，本专业图纸的调整修改相关专业设计人员均能看到。通过数据共享实现工程一处设计修改，多张相关图纸自动更新，并及时对相关设计人员进行提醒，避免了专业间多次提资带来的信息传递错误，有效降低了专业间接口出错的概率。
3.2、标准化设计体系
三维设计平台作为设计单位专业知识和设计基础数据的载体和应用工具，通过提供标准化工程库和设备数据库等资源，帮助设计人员实现“海量检索”、“精确定位”和“全盘复用”的作业模式。设计人员在工程设计阶段，可根据工程具体需求选用不同的设备型式。数据库设备选型可根据“型号”、“厂家”、“电压等级”等信息进行快速检索，便于设计人员进行选择。
3.3、高压变电站三维协同设计
基于同一工程模型的协同设计体系缩短了专业之间的提资接收周期，并减少了专业间提资的工作量。最大限度共享专业间设计成果，避免重复工作。变电一次、变电二次及变电土建专业人员在同一平台开展工作，在线完成专业间提资及校审，图纸的更新、修改一目了然，相关图纸数据自动更改。相比常规CAD 制图设计，采用线下提资确认的方式，不仅提高了设计工作的效率，同时降低了专业间多次提资引发出错的风险，有效提升了设计工作质量。
3.4、精细化设计
（1）基于三维模型的精细化设计，具有管线综合碰撞检查、安全净距校核等能力，从根本上避免设计错误，避免返工，有效节约现场解决问题的时间。三维设计软件自带碰撞检查功能，可自动检验高压变电站设备基础之间、基础与电缆沟、基础与预埋管间的碰撞检查，并通过三维设计展示立体空间，可视化效果好。相比二维设计平台，空间上的交叉碰撞，只能依靠设计人员的空间想象分析判断，在错综复杂的设备基础及设备间的布置方式下，很难直观的发现问题。（2）安全净距校核功能可根据设计人员需求，自动校验不同电压设备间、设备与地之间的安全距离是否满足要求。在高压变电站出线回路较多或接线型式复杂的情况下，带电设备与导线存在空间上的交叉，仅依靠二维图形界面进行设计，安全距离校验费时费力且错误率高。
3.5、三维设计在高压变电站工程的应用案例探讨
（1）以下依据某330kV全户内变电站数字化设计为例，讲述三维设计在工程应用过程中的具体工作，结合变电一次、二次及土建三个专业的协同设计，论述现阶段三维设计的优点及不足之处。（2）在工程设计阶段，变电一次、二次及土建专业可通过在设计平台固定基准点的方式，在高压变电站总平面基础上协同开展设计工作。根据工程实际情况，土建专业结合国家电网模块化建设要求，分别开展装配式围墙、大门、建筑物及构筑物模块的设计工作；对高压变电站建筑物墙板、围墙大砌块石、墙体装饰板、门窗型式等尺寸和材质进行赋值；对站内墙体开洞、电缆埋管布置以及站内事故油池等进行三维设计与展示。电气专业依据国网公司通用设备模型，开展电气设计工作，并对采用的各设备参数进行赋值。三维设计平台具备常规短路电流计算、导线拉力校验、蓄电池容量计算等功能，可通过软件计算并自动导出计算书，无需再单独进行计算赋值，这在一定程度上缩短了设计周期。各专业设计人员需严格执行国网公司“三通一标”的要求，后期设备厂家也需按照国网公司通用设备生产；以此，才能保证各专业设计工作无缝对接。同时，三维设计平台提供二维视图界面及CAD 图纸导出功能，设计人员可根据需要进行自行选择。
总之，三维设计技术凭借其自身的强大优势，在未来的发展过程当中必然会具有良好的发展空间。随着三维设计技术不断的深入发展，并在社会各个生产领域广泛应用，已经取得了显著性的应用成效。但是在高压变电站设计方面的应用，却仍然存在一定的缺陷与不足，导致其无法在高压变电站设计中发挥其应用优势。基于此情况下，我国要结合三维设计技术存在的不足进行深入研究，不断加强对其科研力度，解决三维设计技术在高压变电站应用中存在的问题，不断提升三维设计技术的科技含量，进而促进我国电力设计技术的快速发展。
参考文献：
[1]戢建仁.三维设计在高压变电站工程设计中的应用与分析[D].南昌大学，2019.