關(guān)鍵詞： 三維設(shè)計(jì) 電網(wǎng)工程建設(shè) 設(shè)計(jì)平臺(tái) 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）16-0082-04

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展速度大幅度加快，已經(jīng)逐漸建設(shè)形成一套相對(duì)完善的電力系統(tǒng)，為群眾的生活和工作提供了更多的保障。電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)借助人工智能技術(shù)與信息技術(shù)等建立完善的電力系統(tǒng)，不僅能夠保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)工程的實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐。將三維設(shè)計(jì)應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)中，不僅能較好地改善和解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)存在的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不規(guī)范、數(shù)據(jù)供給不完善的問(wèn)題，還能借助三維設(shè)計(jì)中軟件技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從元件庫(kù)中提取想要的對(duì)象，輸入各專(zhuān)業(yè)的初設(shè)條件、總圖、設(shè)備布置圖、設(shè)備條件圖等進(jìn)行3D 模型的建設(shè)，從而為后續(xù)的工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)與模型支撐[1]。當(dāng)前，三維設(shè)計(jì)在電網(wǎng)工程建設(shè)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，其本身?yè)碛械膹?qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能可滿足電網(wǎng)企業(yè)的實(shí)際發(fā)展需求。因此，針對(duì)三維設(shè)計(jì)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析能夠較好地展現(xiàn)出三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能為相關(guān)的電網(wǎng)工程建設(shè)提供保障，促進(jìn)其健康、穩(wěn)定地發(fā)展。

1 三維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

目前，我國(guó)數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步和創(chuàng)新，電力已經(jīng)成為人們生活及生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的、重要的組成部分。電力需求量在不斷增加的同時(shí)，對(duì)智能化電網(wǎng)工程的建設(shè)也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。傳統(tǒng)的電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)使用二維設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)展的，但二維設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在效率低下、質(zhì)量不高等問(wèn)題，無(wú)論是設(shè)計(jì)方式還是后續(xù)的操控都存在一定的不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)工程建設(shè)的全周期的數(shù)字化傳遞，而三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用是在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新優(yōu)化。三維設(shè)計(jì)主要是使用軟件來(lái)創(chuàng)建三維對(duì)象或形狀的數(shù)學(xué)表示形式的過(guò)程，創(chuàng)建對(duì)象稱為三維模型，這些三維模型用于計(jì)算機(jī)生成（CG）設(shè)計(jì)。以電網(wǎng)工程為例，三維設(shè)計(jì)技術(shù)的使用是基于建筑信息模型（BIM）創(chuàng)建和管理建筑資產(chǎn)信息的整體流程開(kāi)展的，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)化、多領(lǐng)域數(shù)據(jù)整合在一起，以在其整個(gè)生命周期內(nèi)生成資產(chǎn)的數(shù)字表示，為后續(xù)的工程建設(shè)提供一定的數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化了智能三維信息設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)[2]。在電網(wǎng)工程建設(shè)中的變電站的設(shè)計(jì)包含建筑物、結(jié)構(gòu)、電纜保護(hù)管等，借助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)勢(shì)能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)性的計(jì)數(shù)與操控，提升設(shè)計(jì)的精度與準(zhǔn)確性。例如：在變電站的工程建設(shè)中應(yīng)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅能有效地融合電氣、建筑和結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)應(yīng)用，同時(shí)還能借助三維設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建有針對(duì)性的數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的三維模型，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖、鏈接更新、凈距檢查和三維數(shù)字協(xié)作，對(duì)提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率有著重要的意義。

2 三維設(shè)計(jì)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

《中國(guó)制造2025》中要求將數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)工具普及率達(dá)到84%，現(xiàn)階段，我國(guó)應(yīng)把現(xiàn)代的各種信息化、人工智能技術(shù)都應(yīng)用起來(lái)，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處，建設(shè)數(shù)字中國(guó)，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。工程數(shù)字化與信息化的發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。數(shù)字化與信息化在發(fā)展過(guò)程中重視信息技術(shù)的高效利用是一個(gè)非常重要的過(guò)程，而三維設(shè)計(jì)理念與技術(shù)的優(yōu)勢(shì)恰好能夠滿足我國(guó)工程數(shù)字化的實(shí)際發(fā)展需求。將三維設(shè)計(jì)應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)當(dāng)中已經(jīng)有5 年的時(shí)間，2017 年，國(guó)家電網(wǎng)公司首次提出將采用三維設(shè)計(jì)幫助實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)走向一個(gè)新的階段。通過(guò)借助完成設(shè)計(jì)成果全信息仿真，集成技術(shù)并提升工程建設(shè)管理水平。隨著我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，各種信息技術(shù)、云技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷普及，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)不僅能較好地改善和解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中存在的質(zhì)量不高等問(wèn)題，同時(shí)還能使整個(gè)電網(wǎng)工程建設(shè)變得更加高效化、專(zhuān)業(yè)性，能夠滿足現(xiàn)階段電網(wǎng)工程建設(shè)的實(shí)際需要。

當(dāng)前，我國(guó)二維設(shè)計(jì)技術(shù)的使用已經(jīng)變得更加的完善和成熟，但二維設(shè)計(jì)中的AutoCAD 技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)階段工程全生命周期設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的實(shí)際需求。將三維技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)建設(shè)當(dāng)中能夠使用自動(dòng)化的流程替代手動(dòng)制圖，可在計(jì)算機(jī)上以三維方式使用一組點(diǎn)精確表示和可視化展示對(duì)象，達(dá)到精細(xì)化、智能化以及可視化的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。當(dāng)前，三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)的建筑、鐵路以及其他的市政工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是在電網(wǎng)工程建設(shè)中由于深入性研究的范圍較窄，還處于初步的研究當(dāng)中。例如：將三維技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)的專(zhuān)業(yè)化協(xié)同發(fā)展與設(shè)計(jì)交互等領(lǐng)域還很難滿足現(xiàn)階段的實(shí)際發(fā)展需求。將三維設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)當(dāng)中使用的軟件類(lèi)型主要為Bently 公司的Substation 和Autodesk 公司的Revit Structural、MEP、Autodesk Navisworks、AutodeskBIM 360 Glue 等，這些技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效化處理；ProjectWise 協(xié)同處理平臺(tái)通過(guò)建立以數(shù)據(jù)為中心的處理技術(shù)，堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)圖形理念的設(shè)計(jì)平臺(tái)，可達(dá)到高效化設(shè)計(jì)和處理的目的。

3 三維設(shè)計(jì)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電網(wǎng)工程建設(shè)設(shè)計(jì)平臺(tái)

當(dāng)前，我國(guó)絕大部分電網(wǎng)企業(yè)所使用的三維設(shè)計(jì)的平臺(tái)功能和設(shè)計(jì)主要包含有基礎(chǔ)功能、拓展功能、變電設(shè)計(jì)以及線路設(shè)計(jì)這4 個(gè)板塊，其設(shè)計(jì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)具體見(jiàn)表1。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的功能進(jìn)行互通的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于協(xié)同管理優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)也存在一定的限制。很多電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)的過(guò)程中無(wú)法達(dá)到全過(guò)程的管理，不僅增加了設(shè)計(jì)的成本，對(duì)后續(xù)的管理也存在較大的影響。三維設(shè)計(jì)以ProjectWise 平臺(tái)為例，該平臺(tái)作為協(xié)同管理平臺(tái)的一個(gè)重要組成部分，能夠把貫穿項(xiàng)目全生命周期中所有的信息進(jìn)行集中有效的管理。整合BIM 全生命周期中各專(zhuān)業(yè)軟件產(chǎn)生的圖形與數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)工程中的施工進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理以及物資管理等場(chǎng)景中都能得到較好的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)BIM 整個(gè)生命周期的協(xié)同工作，達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)[4]，其本身具有集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、完整化、實(shí)時(shí)性、安全性以及多樣性查詢的優(yōu)勢(shì)。

3.2 數(shù)據(jù)模型采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

電網(wǎng)工程建設(shè)當(dāng)中包含的內(nèi)容、專(zhuān)業(yè)較為復(fù)雜，不同的單位需要在協(xié)同工作背景下開(kāi)展對(duì)應(yīng)的建設(shè)，以滿足工程建設(shè)的實(shí)際需要。但是就現(xiàn)階段我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)在應(yīng)用設(shè)計(jì)平臺(tái)和專(zhuān)業(yè)軟件過(guò)程中呈現(xiàn)出來(lái)的模式顯示，軟件的使用還存在一定的交互困難的情況。為更好地解決這一難題，國(guó)際協(xié)同聯(lián)盟建立了IFC 等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)將三維設(shè)計(jì)作為電網(wǎng)工程建設(shè)的平臺(tái)，針對(duì)設(shè)計(jì)、勘探、造價(jià)、制造、施工、運(yùn)維等專(zhuān)業(yè)的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算、地理信息、工程量清單、設(shè)備模型、施工模型、數(shù)字化移交等工作進(jìn)行整合，達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的[5]。

4 三維設(shè)計(jì)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 線路最優(yōu)路徑選擇中的應(yīng)用

將三維設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)中的路徑選擇，可以直接利用三維技術(shù)對(duì)整個(gè)被建設(shè)場(chǎng)所的地形、地貌等進(jìn)行分析，通過(guò)利用地形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及遙感、航拍構(gòu)建更加精細(xì)的地形三維模型，在構(gòu)建模型的過(guò)程中還能綜合地貌的實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的水文、公路、房屋以及基建等因素在內(nèi)，直觀地體現(xiàn)出最佳的路線方案，為后續(xù)建設(shè)施工的開(kāi)展提供便捷。

4.2 變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國(guó)在電網(wǎng)工程中將三維設(shè)計(jì)應(yīng)用于變電站的技術(shù)主要是以建模技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為主的一種方式，這種設(shè)計(jì)方式能夠在整個(gè)設(shè)計(jì)和產(chǎn)生中進(jìn)行使用，對(duì)電網(wǎng)工程的生命周期應(yīng)用具有較好的使用效果。

首先，變電站在進(jìn)行三維建模的過(guò)程中需要綜合變電站的實(shí)際情況來(lái)制定工程建模的基點(diǎn)，各專(zhuān)業(yè)、各區(qū)域的基點(diǎn)要唯一。建立統(tǒng)一的基點(diǎn)之后采用參照或鏈接的方式集成模型，設(shè)計(jì)人員再按照統(tǒng)一的項(xiàng)目基點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的方式可較好地改善模型為主不準(zhǔn)確的問(wèn)題。例如：基于AnyCAD 的AnyCAD DesignerSuite（ADS）套件為三維設(shè)計(jì)者提供了從模型設(shè)計(jì)、模型組裝、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、場(chǎng)景漫游以及二次開(kāi)發(fā)接口完整的解決方案。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以直接通過(guò)AnyCAD 模型腳本設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可以設(shè)計(jì)出精確的三維模型；結(jié)合AnyCAD 自定義屬性機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模型。此外，還可以直接通過(guò)AnyCAD 腳本設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)模擬。圖1 為AnyCAD 模型腳本設(shè)計(jì)的模型圖。

其次，三維設(shè)計(jì)應(yīng)用于變電站的工程建設(shè)當(dāng)中，還可以借助三維設(shè)計(jì)中的三維模型的全景監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)三維模型融合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使變電站抽象的運(yùn)行與設(shè)備數(shù)據(jù)易于工作人員進(jìn)行直觀監(jiān)控，同時(shí)也能較好地幫助變電站降低人工投入成本，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

最后，借助三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)的精細(xì)化管理模式，將其運(yùn)用到變電站工程項(xiàng)目施工成本管理中，幫助電力企業(yè)處理成本控制等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間信息的傳遞與共享，為施工成本精細(xì)化管理提供新的方法和思路[6]。通過(guò)利用三維設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建模流程和規(guī)則局部補(bǔ)充與完善，形成正向設(shè)計(jì)圖模體系。此外，還能直接利用三維設(shè)計(jì)中的BIM 技術(shù)構(gòu)建出信息模型，將BIM 技術(shù)、VR 技術(shù)、AI 人工智能技術(shù)等有效利用在模型構(gòu)建中，對(duì)項(xiàng)目模型和信息進(jìn)行增添和刪減，促進(jìn)工程管理的精細(xì)化與合理化，對(duì)于高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)施工管理有著重要的作用。

4.3 在輸電線路交叉跨越中的應(yīng)用

三維設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)工程建設(shè)中跨越架、桿塔、導(dǎo)地線等的建設(shè)具有較好的幫助，能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工模擬等提供一定的數(shù)據(jù)支撐。電力施工人員在進(jìn)行交叉跨越施工模擬時(shí)可以直接綜合輸電線路的規(guī)范與要求等設(shè)計(jì)出導(dǎo)引繩、牽引繩、導(dǎo)地線、防護(hù)網(wǎng)的張力、弧垂關(guān)系、風(fēng)偏距離、承載力關(guān)系等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)為后續(xù)的搭建工作提供位置、尺寸以及規(guī)格等保障[7]。施工人員也可以綜合數(shù)據(jù)選擇對(duì)應(yīng)的施工方案，從而提升輸電線路工程施工的整體質(zhì)量。

4.4 在特大型輸電線路跨越工程中的應(yīng)用

以特變電工新能源公司電力設(shè)計(jì)院參與前期設(shè)計(jì)的烏魯木齊—尉犁高速公路勝利隧道口施工用電項(xiàng)目為例，作為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)工程，該項(xiàng)目是烏魯木齊市作為自治區(qū)首府連接南疆最核心、最便捷和最具有輻射帶動(dòng)效應(yīng)的主通道。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)前期對(duì)整個(gè)工程的山體縱切、橫切、鐵塔搭建、影像選圖等方面都非常困難。在工程開(kāi)始前，技術(shù)人員通過(guò)借助三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)對(duì)整個(gè)施工場(chǎng)所進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，并模擬了最優(yōu)的施工方案，與現(xiàn)場(chǎng)搭建和施工的要求一致?，F(xiàn)階段，該項(xiàng)目運(yùn)行的時(shí)間已經(jīng)超過(guò)2 年，能夠?yàn)榈貐^(qū)供電站點(diǎn)提供高質(zhì)量、高效率的設(shè)計(jì)服務(wù)。圖2 為該項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)模擬圖。

4.5 集成技術(shù)的應(yīng)用

三維設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中相較于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)其本身具有較多的優(yōu)勢(shì)，能夠提升設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率，但也存在與工程實(shí)際不相符的問(wèn)題，很難真正達(dá)到解決電網(wǎng)工程建設(shè)實(shí)際問(wèn)題的需求。三維設(shè)計(jì)模型與GIS 技術(shù)在水利水電以及各類(lèi)市政工程中的應(yīng)用范圍較廣，但針對(duì)電網(wǎng)工程的建設(shè)的應(yīng)用還存在一定的不足。因此，為更好地解決這一問(wèn)題，有學(xué)者將三維設(shè)計(jì)與AR 技術(shù)結(jié)合，將三維模型與AR 技術(shù)以手機(jī)、平板等智能設(shè)備進(jìn)行結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)工程1∶1 的模型構(gòu)建，這樣的技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高效化處理，同時(shí)對(duì)于傳統(tǒng)三維設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)處理不當(dāng)?shù)葐?wèn)題也能得到較好的解決[8]。技術(shù)人員在利用三維設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)工程的區(qū)域信息以及施工信息等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于提升三維技術(shù)的高效利用有著重要的意義。

4.6 三維設(shè)計(jì)評(píng)審要點(diǎn)應(yīng)用

電網(wǎng)工程項(xiàng)目評(píng)審是評(píng)估整個(gè)工程質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前我國(guó)針對(duì)電網(wǎng)工程建設(shè)的評(píng)價(jià)體系已經(jīng)逐漸成熟，具體的內(nèi)容包含以下3 個(gè)方面：第一，結(jié)合三維設(shè)計(jì)評(píng)審的深度要求等對(duì)三維設(shè)計(jì)的模型范圍、幾何精度、屬性特性等進(jìn)行審核核實(shí)，確保其精度等能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；第二，綜合分析工程的精細(xì)化要求是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)利用三維設(shè)計(jì)模型精細(xì)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以減少因人工核算造成的偏差問(wèn)題，提升工程的整體質(zhì)量；第三，綜合三維設(shè)計(jì)的協(xié)同性等進(jìn)行評(píng)審，同時(shí)針對(duì)審核單位質(zhì)量管理體系建設(shè)、人員配備等進(jìn)行評(píng)審，以確保其質(zhì)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

三維設(shè)計(jì)是我國(guó)電網(wǎng)工程建設(shè)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分，對(duì)提升電網(wǎng)工程質(zhì)量與效率有著重要的作用?，F(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)工程建設(shè)中應(yīng)用三維設(shè)計(jì)主要集中在模型建模與后續(xù)的施工碰撞等階段，但還有部分地區(qū)針對(duì)三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)使用頻率較低。在未來(lái)的發(fā)展當(dāng)中應(yīng)當(dāng)重視三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合工程的實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的三維技術(shù)，確保其能夠在滿足設(shè)計(jì)施工要求的基礎(chǔ)上提升工程的整體質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)工程的穩(wěn)定發(fā)展。