梅芳 陈安新 史朝晖 李晓庆
山东电力工程咨询院有限公司 山东省济南市 250000
本文着重介绍了三维设计的必要性，探索三维协同设计在风电场设计阶段流程，为今后风电场升压站工程数字化设计和全寿期管理提供技术支撑。
关键词：三维 多专业 协议设计
三维设计软件突破了传统的在二维平面进行图纸设计的概念，将工程设计转化到在一个真正的三维电子空间建立工厂实体模型的实践。随着科技的发展，风电场升压站设计也要经过一个从二维到三维的转变。可以说，三维化、数字化是大势所趋，是设计手段发展的必然结果。
1、多专业协同设计的意义
传统的二维设计，虽然能满足工程建设的要求，但是，其所有的工程数据均为纸质信息，没有统一的数据库支撑，数据之间没有关联，无法实现多专业协同设计，设计数据不能传递。
协同设计是指在一个统一的三维设计平台环境下，按照设计规范的要求，与各专业计算软件、管理软件紧密结合，开展多专业配合、协同设计。
风电场升压站采用三维协同设计系统可实现如下目标：
（1）三维虚拟升压站
采用三维模型的技术，使设计由原来在平面图纸上布置升压站的设备和设施，改为在一个虚拟的三维空间“建造”一个真正的升压站。它全面地将升压站设计的各个专业，有机地结合在一起，允许设计者在三维空间模拟升压站的各个部分，每个设计者，都可以“看到”其他人的工作，进行充分的沟通。它能够在整个设计过程中，为用户提供一套全寿期的电子模拟升压站，并按用户的要求，不断地修改与更新。
（2）升压站设计无碰撞
在传统的设计实践中，由于各专业人员，不能有效地沟通，且受二维设计空间的局限，使设计单位提供的图纸，不可避免地产生这样或那样的碰撞，对工期及投资造成严重的影响。而三维协同设计，则允许用户在一个共同的三维空间，运用模块进行碰撞检查使设计，成为一个真正的“无碰撞”工厂。这对降低成本，缩短施工工期，提高工程的经济效益和社会效益，都有极其重大的意义。
（3）自动生成相关施工文件
在建立模型后，采用三维软件可自动生成平面布置图、设备轴测图、材料报表和设备材料总表等设计文件，大大节省了设计工作量，图纸文件准确、美观。
（4）设计成品统一标准
在开展工程设计之前，工程项目负责人就可以通过定义参考数据库的内容，来限定设计人员在设计中所要用到的元件的规格。通过参考数据库，来统一工程的设计标准，使管理者可以根据市场的变化，有效地控制选用材料的类型和规格，对减轻采购人员的工作，降低采购成本，都具有积极的意义。
（5）优化设计，减少错误
在详细设计中，设计人员可通过数据库控制设计的输入数据， 以减少数据输入和汇总的工作量，极大地降低了人为因素对设计成品质量的影响。此外，由于模块在一个整体系统中运行，也大大降低了设计文件出现矛盾的可能性。不但节省人力物力，还减少施工差错。
2、三维多专业协同设计的管理
三维协同设计涉及到多专业配合，需统一标准及原则，主要有以下几个方面的内容：
2.1统一三维协同设计平台
目前国际通用的三维设计平台有Bentley公司的Substation设计系统，Intergraph公司的SmartPlant3D设计系统，AVEVA公司的PDMS 设计系统，三者都是通过三维工厂设计系统发展起来，构成均由二维设计、三维设计、材料管理，数据仓库四大部分组成；国内的三维设计平台主要有博超，基于AutoCAD平台电气设计软件发展而来。目前Bentley和博超等多家设计平台供应商具备提供协同设计平台的能力。
2.2三维协同设计人员组织形式
三维协同设计以工程项目为单位进行，设总为项目负责人。具体工作人员根据工程需要，从各专业选择优秀人员进入项目组，并进行长期培训。协同设计以各专业为依托，各专业人员在专业内独立进行设计，协同工作在统一平台上完成。目前升压站工程共分为电气一次、电气二次、通信、土建4个专业，其中土建专业中还包括了水工、暖通专业。各专业的工作任务由各专业内主设人负责。
2.3三维协同设计标准化
三维协同设计由多专业共同参与，需要制定企业级的标准化规范，以推动协同设计开展及保证设计质量。
1）统一制图环境
这方面工作主要靠配置三维设计软件的种子文件实现。主要包括制图单位、制图比例、字体设置、图标图框等设置。
2）统一坐标系统和坐标原点
为保证各专业间最终模型总装及专业内部二、三级分解模型能准确方便的组装在一起，及时查看相互间的位置关系以及保证碰撞检查结果的正确性，所有专业的各级模型的创建，必须严格遵循同一个坐标原点位置及轴网文件，坐标原点及轴网文件一经确定，不得随意改动。轴网的位置亦不可随意旋转、移动或缩放。
3）统一模型制作
主要包括三维设计图形库的统一管理，以及对三维模型制作时种子文件、建模深度、模型校核、模型命名方式、模型制作层次划分的统一。
三维设计中电气专业统一使用专用的图形库，其中包含二维符号及三维模型。各种符号、模型采用分层、分专业存储，以便于查找和使用。
4）统一材料报表模板
在三维设计中，自动统计材料量并根据模板生成材料报表是一项非常重要和实用的功能，为保证软件所生成的报表清晰、完整
出报表时包括如下属性：名称、型号及规格、单位、数量、厂家、备注等。
提供标准报表格式，创建标准模板库，包括材料表、图纸目录、电缆清册等。
2.4三维协同设计专业间流程
（1）升压站项目工作流程
开展三维协同设计，首先由设总确定项目组人员，各专业主设人进行本专业工作分工。然后各专业进行三维建模工作，完成后在统一图纸中进行三维协同设计，总装完成后进行后期工作，最后进行数字化移交。
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三维协同设计流程示意图
（2）电气专业工作流程
新能源电控室分为电气一次、二次、通信三个专业，电气专业协同设计流程如下图，通信专业与电气二次流程基本一致。
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（3）土建专业工作流程
新能源土建室分为土建、暖通、水工三个专业，其协同设计流程如下图：
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2.5协同设计文件管理规定
这部分内容主要包括三维设计文档、资料在同一服务器中的存储结构以及相应操作权限的设置规定。
1）文档存放的层次结构
三维设计中的所有的项目文件放在同一服务器上，服务器数据库命名称：“xxx协同平台”。总目录下根据工程电压等级、专业划分、文件内容等共划分了五层子目录，目的是为了使各个环节的相关设计人员都可以高效地进行文件的查找、存贮和交流。
2）文件夹/文档权限设置
为保证协同设计过程中文件的安全性及准确性，需根据设计人员的工作范围及工程需要设置文件及文件夹的操作权限。
协同设计的公共参数及模板设置由服务器管理员负责，工程组人员由设总通知管理员增加。项目组织由各工程为单位，设总为最高权限，其权限由服务器管理员赋予。工程下各专业内文件夹最高权限为各专业主设人，由设总赋予权限。
3、主要成果及展望
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在三维设计过程中，各专业在同一的平台上工作，各专业设计内容相互参考并保持同步，实现了设计并行化，通过直观的三维视图核对各专业接口关系，解决了传统设计中各专业相互提资带来的信息传递迟缓、不准确的问题，减少了专业交流过程中的不必要错误，可缩短设计周期，提高工程质量。
如今，三维数字化设计正在帮助设计师和施工单位实现冲突检查和工程量估算等工作的自动化。如果与项目管理软件结合使用，则变成了四维和五维模型，它可以让项目单位对整个施工过程建模，由此实现可视化工程管理。