[摘 要]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)規(guī)模不斷壯大，對(duì)電力工程設(shè)計(jì)的要求也日益提高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足日益復(fù)雜的電力工程需求，因此迫切需要引入更先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)來(lái)提升設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。文章闡述了數(shù)字化技術(shù)體系的特點(diǎn)，分析了數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，并提出了電力工程設(shè)計(jì)中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化策略，以供參考。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化技術(shù)；電力工程；設(shè)計(jì)；三維模型技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM7 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）06–0117–03

The Application of Digital Technology in Power Engineering Design

LI Zhongzhou

[Abstract]With the continuous development of the social economy， the scale of the power industry continues to grow， and the requirements for power engineering design are also increasing. Traditional design methods are no longer sufficient to meet the increasingly complex demands of power engineering， therefore there is an urgent need to introduce more advanced digital technologies to improve design efficiency and quality. The article elaborates on the characteristics of digital technology system， analyzes the specific application of digital technology in power engineering design， and proposes optimization strategies for the application of digital technology in power engineering design for reference.

[Keywords]digital technology； blectric power engineering； design； 3D modeling technology

1 數(shù)字化技術(shù)概述

當(dāng)下，三維可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等為各行業(yè)提供了有力的技術(shù)支撐。電力系統(tǒng)數(shù)字化工程建設(shè)中，三維數(shù)字化技術(shù)主要依靠信息圖形影像技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)為依托，并通過(guò)各項(xiàng)工作流程中相關(guān)的操作人員和設(shè)計(jì)人員相互配合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力工程設(shè)計(jì)工作的精細(xì)化和精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。在電力工程設(shè)計(jì)中，數(shù)字化技術(shù)體系利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，包括電力設(shè)備、輸電線(xiàn)路、變電站等各個(gè)組成部分。

通過(guò)數(shù)字化仿真，可以評(píng)估系統(tǒng)的性能、預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題，并進(jìn)行方案優(yōu)化和改進(jìn)。同時(shí)，借助云計(jì)算平臺(tái)和信息化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電力工程設(shè)計(jì)過(guò)程的信息共享、協(xié)同辦公和數(shù)據(jù)管理，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率和工作效能?？傊ㄟ^(guò)構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)字化技術(shù)體系，為電力工程設(shè)計(jì)提供全方位的支持和保障，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的智能化、高效化和可持續(xù)發(fā)展。

2 數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 輸電線(xiàn)路路徑規(guī)劃

輸電線(xiàn)路的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是利用衛(wèi)星、GPS等設(shè)備，借助全數(shù)字化攝像手段，生成線(xiàn)路走廊的數(shù)字模型及具有立體效果的三維景觀圖。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、三維可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員能夠更加清晰、直觀地掌握地形地貌，有效降低了工程難度，還減小了相關(guān)人員的工作量。近幾年，隨著人工智能、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的快速發(fā)展，針對(duì)輸電線(xiàn)路數(shù)字化設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。該平臺(tái)有6層結(jié)構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)層、IaaS層、PaaS層、SaaS層和用戶(hù)層?；谠破脚_(tái)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的輸電線(xiàn)路最優(yōu)路徑規(guī)劃方法具體如下。

（1）利用三維GIS技術(shù)對(duì)復(fù)雜路面進(jìn)行數(shù)字化建模。

（2）將模型等效為以架設(shè)成本為權(quán)重的加權(quán)柵格矩陣。

（3）基于成本最低原則，采用Q–learning 方法進(jìn)行路徑優(yōu)化。利用三維 GIS 技術(shù)技術(shù)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)高維度數(shù)據(jù)的生成，提升了模型信息的準(zhǔn)確性；另一方面，還能利用Q–learning 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的線(xiàn)路最優(yōu)路徑規(guī)劃。

2.2 實(shí)體模型設(shè)計(jì)

以往，在傳統(tǒng)的實(shí)體模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，工作量大、任務(wù)重、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。近幾年，隨著電力設(shè)備設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜化，需要收集的數(shù)據(jù)信息也越來(lái)越多，計(jì)算難度也逐漸增大，一旦在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，會(huì)影響整體模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體模型設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件快速創(chuàng)建電力工程的三維模型，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程需求精確繪制電力設(shè)備、輸電線(xiàn)路、變電站等各個(gè)組成部分，并在三維環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽和調(diào)整，不僅更加精確和直觀，而且能夠大幅縮短設(shè)計(jì)周期。另外，通過(guò)虛擬仿真軟件，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)電力工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，模擬不同工況下的運(yùn)行情況，評(píng)估設(shè)備的性能和穩(wěn)定性，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

2.3 軟碰撞、硬碰撞檢測(cè)

在電力工程設(shè)計(jì)中，軟碰撞、硬碰撞檢測(cè)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，這些沖突會(huì)導(dǎo)致工程建設(shè)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至造成嚴(yán)重的安全隱患。通過(guò)軟、影碰撞檢測(cè)，設(shè)計(jì)人員可以及早發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，并在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行調(diào)整，從而避免在實(shí)際施工中出現(xiàn)意外。而利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行軟、硬碰撞檢測(cè)，可及早發(fā)現(xiàn)潛在的構(gòu)件之間的沖突或碰撞。例如，利用激光掃描和三維建模等數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在施工前模擬出各種情況，并識(shí)別出潛在的碰撞點(diǎn)，提高施工安全性，還避免了因?yàn)榕鲎捕鴮?dǎo)致的延誤和額外成本，為電力工程的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。

2.4 帶電距離校驗(yàn)

在輸變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，安全距離是所有設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格要求的內(nèi)容之一。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式下，安全凈距的校驗(yàn)需要經(jīng)過(guò)空間幾何的計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于設(shè)備間最小距離發(fā)生位置無(wú)法準(zhǔn)確判斷、軟導(dǎo)線(xiàn)帶有弧垂對(duì)于最小距離發(fā)生位置無(wú)法準(zhǔn)確判斷，通常需要通過(guò)增加裕度來(lái)保證帶電距離的滿(mǎn)足。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)完整的三維建模來(lái)進(jìn)行實(shí)測(cè)、觀察、模擬和計(jì)算，能夠精準(zhǔn)測(cè)量?jī)蓪?shí)體之間的最小距離，通過(guò)比較最小距離與對(duì)應(yīng)工況下規(guī)范要求的最小距離，將安全距離控制在理想范圍內(nèi)，以判定設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足規(guī)程規(guī)范要求。三維凈距校驗(yàn)如圖1所示。

2.5 生成設(shè)備安裝圖

傳統(tǒng)的設(shè)備安裝圖設(shè)計(jì)通常需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力資源，而且易受到人為因素的影響，存在一定的誤差風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)借助數(shù)字化技術(shù)，提升了工作效率，保證了工作質(zhì)量。通過(guò)自動(dòng)化工具和軟件快速生成設(shè)備安裝圖，再利用數(shù)字化工具可以根據(jù)輸入的參數(shù)和規(guī)范要求，自動(dòng)創(chuàng)建符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備布局圖，并確保各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性和一致性，這樣不僅節(jié)省了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，還減少了人為錯(cuò)誤的可能性。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝圖的實(shí)時(shí)更新和修改，一旦設(shè)計(jì)參數(shù)或要求發(fā)生變化，技術(shù)人員可以直接在數(shù)字化平臺(tái)上進(jìn)行修改，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新圖紙并進(jìn)行校驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，大幅提高了設(shè)計(jì)的靈活性和響應(yīng)速度。另外，數(shù)字化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝圖的遠(yuǎn)程共享，不同團(tuán)隊(duì)之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)時(shí)共享和交流設(shè)計(jì)圖紙，提高了團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作效率和溝通質(zhì)量。

3 數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)化策略

3.1 重視模型標(biāo)準(zhǔn)化整合工作

數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中具有一定優(yōu)勢(shì)，但受不同地區(qū)技術(shù)水平的限制，三維立體模型并沒(méi)有在全國(guó)范圍內(nèi)的電力工程設(shè)計(jì)中普及。隨著電力工程日益復(fù)雜化，設(shè)計(jì)任務(wù)量、計(jì)算量都在不斷加大，僅憑借二維模型，難以滿(mǎn)足工程要求，因此，在今后的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)重視模型的標(biāo)準(zhǔn)化工作，主要包括對(duì)各種數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行整合和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以確保設(shè)計(jì)過(guò)程的高效性和一致性。通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和模型標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)、不同項(xiàng)目之間的協(xié)作和信息共享，同時(shí)為數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)，推動(dòng)電力工程設(shè)計(jì)向更高效、更智能的方向發(fā)展。

3.2 重視對(duì)數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)的研究

數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)是指將電力工程設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)、文檔及信息以數(shù)字化形式進(jìn)行整理、歸檔和交付的一系列規(guī)范和要求。一方面，對(duì)數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)的研究能夠幫助規(guī)范電力工程設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)的格式、存儲(chǔ)方式和交付要求，從而提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性。另一方面，通過(guò)制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可以有效降低因數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一而導(dǎo)致的信息交流障礙和誤解風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。另外，通過(guò)明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以更好地支持各種數(shù)字化工具和技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的集成和應(yīng)用，包括信息建模、虛擬仿真、數(shù)據(jù)分析等方面，有利于提升設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化程度和智能化水平，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3.3 強(qiáng)化數(shù)字化管控平臺(tái)集成開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

數(shù)字化管控平臺(tái)的集成開(kāi)發(fā)要求整合各類(lèi)軟硬件系統(tǒng)，如CAD軟件、仿真軟件、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)信息共享。通過(guò)將設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)據(jù)管理等環(huán)節(jié)納入統(tǒng)一平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的無(wú)縫連接，減少信息孤島的產(chǎn)生，提高設(shè)計(jì)效率。通過(guò)建立規(guī)范的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理流程，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵信息以直觀方式展現(xiàn)出來(lái)，幫助技術(shù)人員及時(shí)了解項(xiàng)目進(jìn)展情況和潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。此外，數(shù)字化管控平臺(tái)還應(yīng)結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化決策支持。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題并提出優(yōu)化建議，幫助技術(shù)人員迅速解決問(wèn)題，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證工程安全性。

3.4 強(qiáng)化數(shù)字化管控技術(shù)方法創(chuàng)新與應(yīng)用

通過(guò)不斷創(chuàng)新和應(yīng)用數(shù)字化管控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更精確、更高效的電力工程設(shè)計(jì)與管理。例如，基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)電力設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取預(yù)防性措施，從而減少因設(shè)備故障而造成的停工損失。同時(shí)，數(shù)字化管控技術(shù)的應(yīng)用需要與實(shí)際的電力工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全流程的數(shù)字化管理。這包括從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程數(shù)字化管理，通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)和信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的無(wú)縫連接和信息共享，提高整個(gè)電力工程生命周期的管理效率和質(zhì)量。此外，數(shù)字化管控技術(shù)的應(yīng)用還需要注重人才培養(yǎng)，積極引進(jìn)數(shù)字化專(zhuān)業(yè)人才，加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)及實(shí)踐技能的培養(yǎng)，提升人員的綜合水平，才能更好地發(fā)揮數(shù)字化管控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)電力工程設(shè)計(jì)工作的創(chuàng)新發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，并體現(xiàn)出了重要的實(shí)際價(jià)值。通過(guò)引入先進(jìn)的建模和仿真工具及數(shù)據(jù)分析技術(shù)，電力工程設(shè)計(jì)的效率、計(jì)算精度顯著提升。數(shù)字化技術(shù)使得設(shè)計(jì)過(guò)程更加高效，建模工具可以快速創(chuàng)建和修改設(shè)計(jì)方案，減少了傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和人力成本。數(shù)字化技術(shù)還改善了設(shè)計(jì)的精度和可靠性，利用仿真工具可以模擬不同工況下的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可靠性，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，降低了設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)，需要對(duì)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化，為電力工程的發(fā)展開(kāi)辟新的方向，讓數(shù)字化技術(shù)能夠更好地為電力行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

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