中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司、國網江蘇省電力公司經濟技術研究院的研究人員李思浩、孫建龍、周洪偉等，在2018年第3期《電氣技術》雜志上撰文指出，隨著現代技術的發展，設計業務與信息化手段的融和程度日益增加，以三維設計為核心的數字化設計，將成為貫穿工程全過程、全生命周期的主軸線。

文章對變電工程數字化三維設計中的各類應用模塊及應用范圍進行深入研究，對隨之產生的效益進行了分析，并對后續的發展進行了展望，為全面推廣應用提供參考。

數字化三維設計是新一代智能設計平臺的基礎，目前我國各行各業均廣泛、深入的應用三維設計技術，數字化三維技術在電力行業的普及化也是未來發展的必然趨勢[1]。

2010年國家電網公司相關部門出臺了電網工程信息數字化移交規范，2013年國網經研院發布了輸變電工程數字化設計應用導則，2017年初至今正在編制和發布的“輸變電工程三維設計系列標準”，對電網工程設計單位的設計成果提出了標準規范要求。

近期國網組織的若干項變電站工程三維設計專題競賽，強力推動了三維設計的進步與發展。

通過變電工程數字化設計，將能夠極大的提高變電站的設計質量、設計效率[2]。可視化程度大大提高，檢索難度大大降低。工程信息將由設計部門數字化移交給其他生產或管理部門。數據信息將貫穿設計、建設、運行、維護直到退役，多階段、多環節、多部門共同維護和使用，支撐變電站全壽命周期的管理理念。

變電站數字化設計的深入應用研究，是目前各設計院研究的重點[3] [4]。

1 變電工程數字化三維設計主要特點

1）開展多專業三維協同設計[5]，搭建全站三維模型，進行智能主接線設計、三維智能布置、斷面剖切提取、三維防雷接地、碰撞檢查和電氣距離校驗、二次邏輯原理設計、智能建筑設計、全站漫游及施工進度模擬等，實現全站可視化、信息化、數字化。

2）建立數字化交付系統，集設計、施工、運行、維護為一體，具備向數字化系統移交數據和文檔的條件，推動數字信息在項目全壽命周期中的順暢流動，打破信息孤島，并協助業主建立交付平臺[6]。

2 變電工程數字化三維設計應用`

2.1 變電工程數字化三維設計平臺建設

構建變電站三維數字設計平臺，以包含基礎模型和標準化方案的大型網絡數據庫為支撐，借助三維手段和數據智能關聯機制，實現同一變電站工程中的電氣、結構、建筑、水工、暖通、總圖等多專業的協同設計。

變電站三維數字設計平臺系統包含兩大子系統。

一是涵蓋電氣一次設計、電氣二次設計、建筑設計、結構設計、暖通水工設計、總圖設計等各設計專業，如基于BentleyMicrostation平臺，集成Bentley公司的Substation電氣設計軟件、AECOsim BD建筑設計軟件、STAAD pro結構設計軟件、GEOPAK場地設計軟件等。并通過開發軟件接口，對接如中國建筑科學研究院的PKPM建筑結構計算軟件、上海同磊土木工程技術公司的3D3S鋼結構軟件和3DPTower構架集成軟件、南京博力斯信息技術公司的SmartDesigner智能二次設計軟件、北京科翼順馳公司的AutoLay電纜敷設軟件等；

二是為工程項目的全壽命周期管理提供集成的工程管理協同設計系統，如Bentley公司的ProjectWise系統。

在引進軟件公司提供的三維設計軟件的基礎上，一方面進行消化吸收，最大程度利用軟件本身的數字化方面的優勢，另一方面依據設計圖紙施工圖深度的要求，進行深入的分專業模塊化開發。

由于目前不少專業程序是基于國際開發平臺，如Bentley Substation電氣設計軟件，操作習慣和方法等與國內大多數設計院并不一致，因此往往需進行本地化的軟件定制開發工作。

2.2 變電工程數字化三維設計應用模塊

三維設計以數據庫作為基礎，由數據驅動圖形，達到可視化、數字化、信息化的設計目標，下面根據我院的變電三維設計開發平臺建設，按主要專業的功能模塊對數字化三維設計進行應用研究。

1）電氣一次專業設計

使用集成多個功能設計模塊的Bentley Substaion系統，對電氣一次專業進行全流程的設計。可通過計算模型模板自動生成阻抗圖進行短路電流計算；依據典型模板圖庫，快速繪制二維主接線圖；設定過濾參數，進行智能設備選型；通過間隔參數設置，進行三維設備批量布置；進行設備編碼，關聯接線圖和布置圖，保證設備的惟一性；

從三維布置圖中剖切提取斷面圖，達到斷面圖與布置圖相關聯，自動進行設備標注和材料統計；參數化繪制導線，并進行導線受力分析，生成施工報表；開展全站碰撞校驗，完成電纜溝與基礎、地下管線等硬碰撞校驗；

開展全站電氣距離校驗，完成帶電體與帶電體、帶電體與建構筑物等安全凈距控制校驗；以可視化模型完成防雷、接地、照明等輔助系統的設計；嵌入計算模塊，通過軟件自動信息化流程完成計算的輸入與輸出。

2）電氣二次專業設計

使用SmartDesigner 智能變電站設計大師軟件，進行電氣二次智能邏輯原理設計，自動導入智能設備的ICD配置文件，建立模型，通過編輯邏輯和連接關系，自動生成SV/GOOSE信息流圖、過程層/站控層組網示意圖、光纜/電纜聯系圖、光纜/電纜清冊等施工圖紙；

使用AutoLay電纜敷設軟件進行設備建模及布置，設計電纜通道，包括通道建模、布置和定位，電纜/光纜溝（支、吊）架、豎井支架、光纜槽盒、埋管等布置。根據布置結果，導出埋管、電纜溝支架等材料表及相關敷設圖紙。自動統計電纜/光纜長度，導出含長度信息的清冊。

3）土建專業設計

Bentley AECOsim Building Designer程序是一套綜合性的建筑設計軟件，包含了建筑、結構、暖通、給排水、建筑電氣等模塊。通過本程序可以快速完成站內主控樓等建筑設計，采用參數化創建三維建筑全信息模型，以切片方式提取平立剖施工圖；并通過噪音聲環境計算，作噪音分析；進行照度計算，布置照明設備；通過設備部件建模，開展暖通設計和給排水設計。

STAAD pro軟件可進行結構計算及分析，對鋼、木、鋁、砼等各種材料構成的框架、塔架、桁架、網架(殼)、懸索等各類結構進行線性、非線性靜力、反應譜及時程反應分析。STAAD pro軟件具有強大的三維建模系統及豐富的結構模板，可方便快捷地建立各種復雜三維模型。

通過Bentley GEOPAK完成場地設計，基于3D地形進行場平及土方平衡計算，自動切片繪制地形斷面圖。

通過開發軟件接口，將PKPM建筑結構計算軟件生成的數據文件，導入AECOsim BD軟件后直接生成建構筑物三維模型；將3D3S鋼結構軟件和3DPTower構架集成軟件生成的IFC文件，導入AECOsim BD程序中的Structural BD軟件后生成構架、塔等三維模型。其中，3DPTower變電構架集成設計軟件，集成建模、分析、桿件驗算、節點設計、施工圖繪制五大功能，實現施工材料精細化控制。

4）協同管理設計

使用Bentley Projectwise工程管理系統，此系統有集成化、標準化、實時性、安全性和易用性等特點。其中，集成化是將各專業設計成果集中存放；標準化是指所有資料圖紙按照統一的標準模式管理；實時性是能保證本工程的項目參與人員獲取的信息永遠是最新且同步的；安全性由工程參與人員多級權限控制來實現；易用性是指本工程管理系統界面因類似windows資源管理器，實用易上手。

協同管理的流程分文檔管理、協同管理、設計配合、設計校審和成品出版六個部分。基于協同工作模式，在工程項目的規劃、設計、建設過程中實現對工程圖紙和資料的有效管理與控制，確保分散的工程內容的惟一性、安全性和可控制性，使分散的項目團隊成員及時溝通與協作，并且能夠迅速、準確地獲取所需的工程信息。

通過協同設計管理平臺，確保了本工程的可控制性和安全性，加強了各專業之間的配合和溝通，使整個設計過程完整、流暢。

5）成品發布應用

Bentley Navigator平臺，是模型瀏覽審查工具，方便快速查看數字化三維設計的成果模型。針對復雜工序以及施工管理，開展施工進度模擬、設備吊裝模擬、動/靜態碰撞檢查等，對施工進行數字化指導。發布的成果即可以查看各種數字化信息，也可以在ipad等移動應用終端上展示，實現可視化虛擬交底。

2.3 變電工程數字化三維設計應用范圍及深度

工程的全壽命周期管理的關鍵是實現工程信息在工程各階段的流動與共享。全壽命周期的源頭是設計，在信息化設計時代，設計階段不僅僅是完成常規的設計工作，也是整個工程信息的建立過程，沒有設計的信息化，就沒有數字化移交，也就無法實現工程的全壽命周期管理[7]。

因此變電工程數字化三維設計，應在工程各階段均進行深入應用。

1）方案設計階段

數字化三維設計在本階段提供可視化效果，直觀的展現出變電站方案，介紹變電站三維設計應用及數字化交付方面的目標，更好