摘要：变电站三维设计以三维模型为基本，建立健全各类模型，是开展变电站三维设计的基础工作。通过变电工程三维设计，工程师使用三维设备进行空间立体布置设计，可视化程度大大提高，有效提高设计质量。
关键词：变电站；三维；设计
1、背景
90年代初期，计算机辅助制图曾经引领了设计行业的第一次革命，应用计算机取代手工绘图，将设计效率提高了数倍，这种自动化绘图设计模式一直沿用至今，它在极大提高了设计能力同时，也已沦为制约综合设计能力进一步提高的瓶颈。
在全面进入信息化时代的今天，计算机辅助制图这一落后的生产方式已经根本制约了设计企业的可持续发展能力。数字化三维设计技术提供的全新的生产方式为彻底解决以上问题找到答案，为我们开启通往数字化时代的大门，它正在引导着设计行业的第二次革命。本文主要对220kV变电站三维设计进行探究。
2、变电站建模的总体思路和流程
变电站主体分为建筑和结构两个部分，建筑部分包括墙体、柱、梁、门窗和屋顶等图元，结构部分主要是配置钢筋，其次还有附属建筑物和电气工程族。变电站具体建模流程如图1 所示。
2变电站建模要点
①标高和轴网，模型创建首先从绘制标高和轴网开始，二者是建筑定位的基准，标高、轴网创建准确与否将直接影响整个模型的准确性。在立面视图中绘制标高，软件将自动为各个标高创建平面视图，之后在平面视图中绘制轴网。如果软件没有自动创建平面视图，用户可以在视图选项卡中手动添加平面视图。创建完成标高、轴网后，要确保在东、南、西、北四个立面视图中，轴网均穿过所有的标高，否则在某一平面视图中将无法显示完整的轴网，影响后期工作。在结构样板中，轴网的设定对精确度要求高，可以使用“复制/监视”工具准确复制建筑轴网，方便后期模型链接。②主体建筑，变电站的主体建筑物即为变电楼，它是员工生活和工作的场所。变电楼中包含开关室、接地变室、电容器室、二次设备室、生活间、值守间等房间，其中首层开关室底部需要铺设电缆，所以要在变电楼底部设计电缆沟。电缆沟既是变电站的一大特色，也是建筑设计、工程量统计部分的难点。我们可以使用墙体、楼板来构造电缆沟，绘制过程较为繁琐。在概算定额中，电缆沟的取费子目是复杂地面，取费基础是建筑物轴线尺寸面积，无需扣除电缆沟的洞口面积，工程量统计规则与楼板一致，但是在预算定额中，电缆沟是按照沟体的体积来统计工程量的，但是无论是楼板还是墙体都无法计算出电缆沟的体积，最合适的办法是使用体量来计算体积。体量是一种不具有任何建筑属性的族类型，使用体量建模后可以直接统计出体量的体积和表面积，满足了统计电缆沟体积的需求。另外，主体结构、附属建筑物、族库建设、工程量统计等都是建模的要点。
3三维模型库的建立
建模深度研究是进行三维设计的前提。建模深度不但关系到设计质量和效果，还对设计工作量及工期有重要影响。电气设备是变电站的核心，需对电气设备模型的建模深度、精度等做详细规定，以方便设计及校核人员开展工作。①电气设备建模原则，为了节省存储空间，提高模型的调用速度，模型的几何细节可适当简化，应遵循以下原则：模型的简化应便于识别和绘图，不致引起误解或不会产生理解的多义性。模型的简化不能影响自身功能表达和基本外形结构，也不能影响模型装配或干涉检查。关键尺寸不能简化，专业间接口部分不能简化。各设备模型尽可能实现参数化，包括设备的外形尺寸等。带电部位与接地部位用不同层表示，以便进行安全净距校验。规定选取电气设备最大安装底面的中心作为模型的参考插入点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆模型长度单位统一采用“mm”，角度单位采用“°”。②模型颜色，模型颜色应能尽量反映实际运行设备的真实面貌，颜色种类不宜过多。一期电气设备与远景设备应选用对比度较高的两种不同颜色区分开来。
4变电站图形化三维模型实现方法及变电站三维设计布置
利用电气设备三维模型，通过三维软件在模型上加入设备属性创建电气设备的模型库。设备属性中可加入额定电压、额定电流、动热稳定电流等电气设备的重要参数；也可根据国网物资部编码原则，在模型中加入设备的物料编码，以便在后期移交时与项目单位的ERP系统对接。以下说明主要设备的建模要求：①主变压器。主变压器可采用长方体及其组合来表示。各电压等级套管可采用圆柱体或圆台体表示。一次接线端子板采用长方体（或圆柱体）表示。②GIS。GIS的建模应以间隔为单位，不同间隔可采用相同的部件拼接。本体可采用圆柱体（母线部分）与长方体（设备部分）的组合来模拟。进出线套管可采用圆柱体或圆台体来表示。一次接线端子板采用球体表示。智能汇控柜一般采用长方体表示。③软导线。软导线采用单线或多线模型模拟，间隔棒采用线段表示。跨线、设备间连线及引下线可采用样条曲线表。
三维模型总装，建筑、结构、电气、线路等各专业各自建立三维模型，完成专业内部校对审核后，各专业在同一设计平台协同合作，模拟电网工程施工建设流程，完成变电站总装工作，呈现变电站真实风貌，为安全设计测试工作奠定基础。
5安全设计测试及平、断面图提取测试
变电站中的安全设计测试包括软碰撞测试及硬碰撞测试。硬碰撞测试是指检查设备与墙体、楼板、梁、柱、门、窗等是否存在直接接触。软碰撞测试是指两元素没有直接接触，但需校核两元素最短距离是否大于规范规定的最小安全净距要求。通过已创建的三维模型，可自动进行软、硬碰撞检查及电气安全净距验证。包括导线、带电电气设备之间及其与地面、墙柱、围栏等接地部分安全距离的检查。因此，在二维平面设计中常见且难以发现的碰撞问题通过三维设计可有效解决，有效提高了设计精准度。①软碰撞测试，带电距离校验是变电设计的重要环节，也是从源头保障变电站安全运行，运维检修人员生命安全的重要设计措施。很多安全距离在二维设计过程中无法测量得到，需要设计师凭借一定的空间想象能力和数学运算能力获得。在三维总装图中，灵活运用软碰撞测试功能，可精确获得站内任意两点的安全距离，有助于设计人员将精力投入到整体设计构想中。②硬碰撞测试，220KV GIS套管与配电装置室柱子发生了硬碰撞。应用这项实用功能，电气与土建专业设计人员可实时掌握对方专业的设计布局，充分节约了设计师反复校核专业间碰撞情况所需付出的时间成本。
在电气专业三维布置完成的基础上，通过对三维布置图的简单剖切，可获得任意视角的平断面布置图。与传统的二维出图方式相比，三维剖切图的精确性和准确性有了极大提升。若设备模型发生更改，无需重新对三维图纸进行平断面提取，存储在系统内的二维视图可自动根据模型更新。
6结语
总之，变电站三维设计的前景无疑是光明的，但在大规模推广应用之前，仍然有一些设计方法问题需要解决和完善。随着三维设计应用的不断增多，模型标准化工作的深入开展，相信变电站三维设计会取得更大更多的成果。
参考文献：
[1]郑海涛.变电站数字化设计研究[J].电工文摘, 2016(4).
[2]郄鑫,齐立忠,胡君慧.三维数字化设计技术在输变电工程中的应用[J]. 电网与清洁能源,2012,28(11)
[3]沈华麟．基于BIM 技术的变电站建模及工程量统计［D］．北京: 华北电力大学，2014．
论文作者:高亚栋,周盈,俞成颖,何凯军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/23
标签：变电站论文; 模型论文; 建模论文; 电缆沟论文; 标高论文; 设备论文; 视图论文; 《电力设备》2017年第26期论文;