（国核电力规划设计研究院）
摘要：随着现代信息技术的发展，面向对象的数字化技术给工程设计带来根本性的变革。三维数字化设计顺应这一趋势，实现了变电站工程设计的数字化、精细化和直观可视化，为后续的信息化系统特别是数字化移交系统提供了数据基础。
关键词：变电站；三维数字化设计
一、三维数字化设计概念简析
三维数字化设计以数据库为核心，通过调用智能化、参数化的三维模型，在三维环境下实现多专业间精准、直观和高效的协同设计，在此基础上，可以作进一步的碰撞分析，是对变电站设计全过程的有效辅助。
认知心理学的研究成果指出：与设计思维密切相关的是工作记忆，工作记忆空间非常有限，仅为7个单位量。传统二维设计在有限的工作记忆空间，既要承担构建虚拟图像的任务，又要完成设计思考，其工作负荷可想而知。三维数字化设计则有完整的设计数据库技术，工程师在设计时需要记忆和分析的问题相对较少，减轻了大脑存储三维模型的负担，有规则可循的事情由软件处理，更多的思维空间和时间可用作其他创新性的设计思考。
二、变电站三维数字化设计
2.1创建三维模型库
2.1.1元件建模
变电站三维模型包括设备模型和土建支架模型，统称元件模型。元件建模是三维数字化设计的最初步骤，受计算机软硬件水平限制，在保证三维布置校验有效性的基础上，必须对元件信息进行简化。合理的元件模型及附加属性不仅可满足后期的设计需求，而且可以保证三维设计的流畅性，提高三维设计效率。部分元件简化模型见图1。
变电站元件建模的重点与难点是设备建模。理想的设备建模过程应该是设备厂家根据工程设计方的需求提供指定文件格式和要求的三维模型，模型严格按照1∶1绘制，且设备厂家对其模型的准确性负责。考虑现阶段各设备厂家无法做到上述要求，设备的三维建模工作由设计方完成，设备建模流程见图2。
2.1.2设备模型命名
在设备模型的创建中，应采用规范的命名方式。三维数字模型命名应具有唯一性、准确性和合理性，便于识别、管理、存储、发布和更改，同时应具有可扩充性，便于追溯和版本（版次）的有效控制，可使用字母、数字和下划线表示。本文推荐模型命名按“电压等级_设备属性_设备型号_模型顺序号”四级进行编码。其中，设备属性为设备名称代码；模型顺序号为前三级编码一致的建模物体流水号。
例如，GW4A—40.5型35kV隔离开关，三维数字模型可命名为：35_DS_GW4A—40.5_001
2.2三维设计
2.2.1实时协同设计
三维数字化技术将传统在二维平面上设计变电站设备和设施，改为在虚拟三维空间“建造”真正的变电站。它全面地将变电站设计的各个专业有机结合，涉及到电气、结构、建筑、总图、水工和暖通等专业。各专业在相同的基础功能模块和各自的专业模块上模拟变电站的各个部分，采用协同设计工作模式，每个设计者都可以“看到”他人的工作，充分沟通，相互配合，不断地修改与更新。设计人员在三维环境中，利用软件工具输入相关数据后，即可在三维环境中实时看到设计决策的结果，从而迅速掌握有效的空间位置，合理完成布置设计。
2.2.2“无碰撞”设计
碰撞检查功能是三维设计最重要的功能之一。三维数字化设计中，各个专业设计人员在协同环境下建立三维模型，该模型是全信息、立体且可多方位查看的，通过碰撞检查，可将设计碰撞问题基本消灭在施工之前，大大减少工地修改返工费用，提高设计质量。
利用三维协同设计即时性特点，可通过简单的模型浏览查找错、漏、碰和缺，也可通过三维空间测距的方法进行带电距离校验，见图3。该方法是传统二维设计带电距离校验的延伸。设计人员根据经验，结合模型直观感受，选择“关键点”，利用三维设计平台自动测量两实体空间最小距离，以确定设计是否满足相关规程规范要求。与传统二维设计相比，取消了二维到三维距离的折算，减小了判断最小距离发生点错误而造成的偏差，测量结果准确。可有效保证配电装置布置的合理性，从而优化布置方案，节约占地，降低工程成本。对于布置相对复杂的区域，三维数字化设计“无碰撞”检查的优势更加明显。
2.3变电站漫游
利用Microstation软件的三维渲染功能，在设计完成时输出变电站整体渲染效果图及三维动画，展现变电站三维全景。与传统工作模式相比，通过三维软件建立的模型是由设计人员创建的准确设计模型，以它为蓝本制作的动画或效果图，能够更加准确地反映工程项目实际情况。对于一些简单的展示效果或工程特定细节，可由设计人员自己利用Microstation软件的内置功能来实现，从而减少模型转换，避免数据丢失，切合实际的反映设计思想，体现设计理念。
2.4数据对接
传统的工程建设期（设计、施工、采购和调试阶段）信息大多以纸介质为载体，以图样和文档的形式向运行单位移交。各类信息分散在不同的图档中，信息之间没有关联，无法相互校验。同一信息在不同数据源中重复出现，相互矛盾的情况时有发生。运行阶段故障处理也常因费时寻找正确文件和准确信息而延迟。
Microstation以工程设施为对象，各种设备模型分配唯一标识码（ID）。三维模型以标识码为线索，与数字化网络平台自动相互关联，形成模型与工程数据的统一。三维数字化模型包含工程的所有主要元素，不仅模型尺寸及定位是真实的，而且可通过数字化平台进行资产管理，为信息查询和检索提供极大的便利，是一个全信息模型。
结语
变电站工程涉及电气、结构、建筑、总图、水工和暖通等多个专业，目前各专业都是通过相对独立的软件平台计算、分析，加上二维绘图软件完成工程设计。三维数字化设计是各专业在可共享的数据平台上实施设计，平台内的每个子系统既可以独立运行完成专业设计，又可完成多专业的协同设计和资源共享，三维效果及动漫是其展示方式，核心内容则是各专业间形成数据共享的设计流程。
参考文献：
[1]朱晓峰.基于3D-CAD技术的智能变电站三维数字化设计探索[J].电气自动化.2014
[2]白璐.变电站三维数字化设计的研究及实现[D].天津大学2013
作者简介：
任重（1984.11-），男，山东济南人，北京化工大学工商管理硕士，单位：国核电力规划设计研究院，研究方向：变电站三维数字化设计、数字化移交