Benley軟件在變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用與

Bentley軟件在變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用與探討三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是未來變電工程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，通過精細(xì)化協(xié)同工作，能夠大幅提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。通過工程應(yīng)用中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了三維精細(xì)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。同時(shí)，Bentley軟件在變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)中具備特有的優(yōu)勢(shì)，隨著三維模型的積累以及軟件的不斷改進(jìn)，將會(huì)引領(lǐng)未來變電工程設(shè)計(jì)、建造和管理等全壽命周期的數(shù)字化革命。關(guān)鍵詞：Bentley軟件；變電工程；三維數(shù)字化；協(xié)同設(shè)計(jì)；應(yīng)用DiscussionontheApplicationofBentleySoftwareinSubstation

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NumericalDesignRANRui-jiang

StateNuclearElectricPowerPlanningDesign&ResearchInstitute，Beijing100095，China）Abstract：HYPERLINK"/print"3D

NumericalDesignisthetrendofthefuturesubstationdesign.Throughelaborateandcoordinatedwork,thequalityandefficiencyofdesignhasbeengreatlyimproved.Withthepracticalengineeringexperience,thecharacteristicsofthe3DNumericalDesignaresummarized.Besides,theBentleysoftwarehasspecialadvantagesinthe3DNumericalDesign.Withtheaccumulationof3DmodelsandimprovementoftheBentleysoftware,itwilldefinitelyguidethe3DNumericalrevolutionofdesign,constructionandmanagementinthesubstationwhole-lifecyclespan.

Keywords：Bentleysoftware;substationengineer;3DNumerical;coordinateddesign;application引言目前，變電工程的設(shè)計(jì)普遍采用的是二維設(shè)計(jì)手段，是依賴設(shè)計(jì)者的空間想象力和制圖技能完成空間設(shè)計(jì)的，對(duì)工程總體空間布置的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較和優(yōu)化缺乏控制，很難適應(yīng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的要求[1]。這種設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量缺乏高效的控制，工作效率較低，難以適應(yīng)精細(xì)化和信息化的需求。而當(dāng)前電網(wǎng)業(yè)主已明確提出三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交的要求。采用三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交有著以下重要的意義。（1）可以做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，方便地進(jìn)行三維空間的安全距離校驗(yàn)和材料統(tǒng)計(jì)，避免碰撞。（2）可適應(yīng)專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)，各專業(yè)通過一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了不同專業(yè)配合的效率，避免接口過程帶來的錯(cuò)誤。（3）數(shù)字化移交，集方案、數(shù)據(jù)于一體的三維變電站模型可以為業(yè)主提供真實(shí)的展示效果，并形成完整的變電站數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站的全壽命周期管理，為工程的后期維護(hù)和改造提供方便，也為設(shè)計(jì)服務(wù)的延伸增值提供可能。１三維數(shù)字化1.1概念三維設(shè)計(jì)是針對(duì)二維設(shè)計(jì)而言的，在三維設(shè)計(jì)中，所有變電站中的設(shè)備都是通過三維模型展現(xiàn)的，可以更直觀、精準(zhǔn)地描述各類設(shè)備的空間關(guān)系。而數(shù)字化設(shè)計(jì)則要形成以數(shù)據(jù)庫為核心的設(shè)計(jì)成品的數(shù)字化體系，實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)備采購(gòu)、工程建設(shè)招投標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)施工管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)管理等各個(gè)階段的高質(zhì)量數(shù)字化連接，并最終形成一個(gè)終生存儲(chǔ)工程信息的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電工程全壽命周期的數(shù)字化。1.2三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)容三維數(shù)字化設(shè)計(jì)首先必須針對(duì)變電設(shè)計(jì)項(xiàng)目整體，涵蓋變電工程設(shè)計(jì)工作的全部專業(yè)內(nèi)容，對(duì)應(yīng)于電氣、土建、結(jié)構(gòu)、水暖、場(chǎng)地等專業(yè)?；趶?qiáng)大的數(shù)據(jù)庫后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的綜合管理。通過設(shè)計(jì)工具分別進(jìn)行二維原理圖、三維設(shè)備布置、場(chǎng)地、建筑等的設(shè)計(jì)，完成電氣、土建等相關(guān)計(jì)算校驗(yàn)和材料統(tǒng)計(jì)，出具施工圖紙。設(shè)計(jì)成果以數(shù)字化型式移交給施工、運(yùn)行、管理等各部門，達(dá)到項(xiàng)目的全壽命周期管理[2-4]。2Bentley軟件的應(yīng)用2.1軟件介紹Bentley公司針對(duì)電力行業(yè)的設(shè)計(jì)工作擁有一套完整的解決方案。首先，其三維設(shè)計(jì)平臺(tái)Microstation是Bentley公司面向全球基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)的旗艦產(chǎn)品，采用基于Parasolid的三維模型技術(shù)和MicrosoftDirectX3D游戲級(jí)的圖形驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具備高質(zhì)量的動(dòng)畫漫游、施工進(jìn)度模擬等仿真功能。BentleySubstation則是專門針對(duì)變電站的設(shè)計(jì)工具，具有專業(yè)的、成熟的智能輔助設(shè)計(jì)功能，能夠保證在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享及繼承，從而真正實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)。并且，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以傳遞到施工、采購(gòu)、運(yùn)維等各階段，是覆蓋工程項(xiàng)目各個(gè)階段的軟件系統(tǒng)[5]。圖1BentleySubstation軟件界面

Fig.1InterfaceofBentleySubstation使用Bentley變電站設(shè)計(jì)軟件Substation，可以快速完成二維原理圖設(shè)計(jì)，智能地進(jìn)行三維設(shè)備布置，較為準(zhǔn)確地在三維模型中表達(dá)帶有弧垂的導(dǎo)線、連接線，并進(jìn)行導(dǎo)線受力分析，生成導(dǎo)線施工報(bào)表等設(shè)計(jì)工作。三維模型通過動(dòng)態(tài)剖切可以自動(dòng)生成二維平斷面圖紙，滿足施工要求。在三維設(shè)計(jì)中，二維原理圖、三維模型的布置和二維平斷面均可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高效地關(guān)聯(lián)，當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)修改時(shí)，只需要在三維布置中進(jìn)行調(diào)整，所有二維圖紙都會(huì)自動(dòng)刷新，而不再需要在平、斷面圖上進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，既避免了人為錯(cuò)誤的發(fā)生，又大幅度地提高了設(shè)計(jì)效率。此外，Substation軟件還可以完成防雷、接地、照明、電纜敷設(shè)、端子接線圖等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)人員高質(zhì)高效地完成變電站有關(guān)電氣設(shè)計(jì)的部分。圖2三維防雷計(jì)算示意圖

Fig.2Sketchof3Dlightningprotection圖3三維接地設(shè)計(jì)示意圖

Fig.3Sketchof3DgroundingdesignBentley建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件Architecture，Structural和BBMS，可以快速完成主控樓及相關(guān)土木工程、建筑和水暖等專業(yè)的設(shè)計(jì)；借助STAAD軟件則可以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算和設(shè)計(jì)。Bentley場(chǎng)地設(shè)計(jì)軟件GEOPAK可以幫助完成場(chǎng)地設(shè)計(jì)，并進(jìn)行土方量的計(jì)算和坡度設(shè)計(jì)。ProjectWise是一款Bentley的協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，貫穿設(shè)計(jì)始終，全面管理工程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，提資過程，權(quán)限分配以及版本控制等設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)。AssetWise是一款全面對(duì)所有通過特定方式相關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理的整體信息管理解決方案。通過這個(gè)平臺(tái)可以將全部設(shè)計(jì)圖紙及信息轉(zhuǎn)化為具有邏輯關(guān)聯(lián)的變電站數(shù)據(jù)模型，網(wǎng)狀關(guān)聯(lián)業(yè)主方的應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交?；谌S協(xié)同設(shè)計(jì)，在精細(xì)化的三維模型中，就能夠精準(zhǔn)地計(jì)算帶電體之間的空間距離，有效地避免由于帶電距離無法滿足要求而造成的設(shè)計(jì)失誤。圖4電氣安全距離校驗(yàn)示意圖

Fig.4Sketchofsafetyclearancechecking同時(shí)，電氣設(shè)備與土建基礎(chǔ)等設(shè)施的硬碰撞也能夠自動(dòng)校核。2.2設(shè)計(jì)過程首先需建立變電工程的接線圖或原理圖，因?yàn)樵赟ubstation的軟件系統(tǒng)下，三維圖紙是以電氣主接線為原則設(shè)計(jì)的，同一個(gè)電氣設(shè)備在不同圖紙中都使用同一個(gè)設(shè)備編碼，具備同一個(gè)數(shù)據(jù)庫的源，這是基于數(shù)據(jù)庫管理三維模型的基礎(chǔ)，同時(shí)也是全壽命周期管理的關(guān)鍵點(diǎn)。電氣主接線的設(shè)計(jì)可以通過軟件提供的短路電流計(jì)算模塊輔助設(shè)計(jì)。然后，建立所有電氣及土建設(shè)備的三維模型，建模精度按照出圖的要求確定，一般在滿足精度要求的前提下避免過于復(fù)雜的模型。三維模型創(chuàng)建之后，要根據(jù)工程情況給每一個(gè)設(shè)備賦予特定的屬性值，這些屬性一般應(yīng)涵蓋電氣設(shè)備的工程編碼及基本參數(shù)。其中，電氣主接線里同一個(gè)設(shè)備符號(hào)所對(duì)應(yīng)的三維模型具有相同的工程編碼；而設(shè)備參數(shù)則應(yīng)至少包括設(shè)備型號(hào)、額定電壓、額定容量、額定電流、頻率、生產(chǎn)廠家等信息。為了便于標(biāo)準(zhǔn)化以及其他工程的調(diào)用，擴(kuò)充設(shè)備屬性庫和設(shè)備模型庫是非常必要的。接著就是需要在三維空間布置所有電氣設(shè)備、場(chǎng)地、架構(gòu)、設(shè)備基礎(chǔ)、建筑物、電纜溝等實(shí)體，不同配電裝置的設(shè)備應(yīng)分區(qū)域布置，這樣不僅符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，也能夠避免單個(gè)文件容量過大的問題。所有區(qū)域的文件通過參考方式進(jìn)行拼接。設(shè)備布置完畢后，可以使用自動(dòng)掛導(dǎo)線工具進(jìn)行三維導(dǎo)線掛接。電氣專業(yè)對(duì)全站進(jìn)行防雷計(jì)算、接地計(jì)算、安全凈距校驗(yàn)，與土建專業(yè)進(jìn)行碰撞校驗(yàn)等。３工程應(yīng)用情況3.1項(xiàng)目背景第一個(gè)應(yīng)用的項(xiàng)目是±660kV膠東換流站。寧東－山東±660kV直流輸電示范工程是國(guó)家實(shí)施西電東送的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，于2010年12月單極建成投運(yùn)，2011年6月雙極建成投運(yùn)。本工程作為我國(guó)±660kV直流電壓等級(jí)序列的第一回直流工程，在世界上尚無建設(shè)運(yùn)行先例，工程的建設(shè)對(duì)于提升我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展水平和設(shè)備裝備能力意義重大。設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的“靈魂”，是工程建設(shè)的“龍頭”，為了保質(zhì)保量全面完成該項(xiàng)目勘測(cè)設(shè)計(jì)任務(wù)，創(chuàng)建精品工程，并配合業(yè)主數(shù)字化移交的要求，進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是必不可少的。通過三家電力設(shè)計(jì)院的通力合作，±660kV膠東換流站工程最終圓滿完成了數(shù)字化移交工作，取得了顯著的成果。圖5±660kV膠東換流站三維效果圖

Fig.53Drenderingsofthe±660kVJiaodongconverterstation第二個(gè)應(yīng)用的項(xiàng)目是甘肅天水750kV變電站的投標(biāo)及初步設(shè)計(jì)工作。該項(xiàng)目是處于西北高海拔地區(qū)的超高壓變電站，通過三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，可以更直觀精準(zhǔn)地進(jìn)行高海拔空氣間隙的校驗(yàn)，三維渲染效果圖以及漫游動(dòng)畫均能為投標(biāo)成果提供更高水準(zhǔn)的展示，豐富了設(shè)計(jì)手段。圖6天水750kV變電站三維效果圖

Fig.63DrenderingsoftheTianshui750kVsubstation3.2項(xiàng)目總結(jié)通過以上項(xiàng)目的應(yīng)用，我們獲得了一些經(jīng)驗(yàn)：

(1)獲取詳盡的技術(shù)資料是三維精細(xì)化設(shè)計(jì)的前提，只有輸入資料的絕對(duì)準(zhǔn)確，才能保證三維設(shè)計(jì)的正確性。同時(shí)，這也是保證電氣距離校驗(yàn)及碰撞校驗(yàn)準(zhǔn)確的依據(jù)。

(2)在Bentley的三維平臺(tái)下，所有專業(yè)人員可以共同高效工作，不再有繁瑣的提資和校核過程，提高了設(shè)計(jì)效率。

(3)三維模型宜按“專業(yè)組裝—區(qū)域組裝—總裝”的順序依次按照參考的方式組裝。

(4)設(shè)備屬性庫和設(shè)備模型庫的建立是三維設(shè)計(jì)最復(fù)雜繁瑣的工作過程。經(jīng)過工程的不斷積累，新建工程的工作可以更方便地進(jìn)行典型化調(diào)用。

(5)設(shè)備模型需要按一定的規(guī)則來編碼，這不僅可以適應(yīng)Substation數(shù)據(jù)庫檢索的需要，同時(shí)也是進(jìn)行數(shù)字化移交以及后期業(yè)主維護(hù)管理的關(guān)鍵。

(6)檢查電氣設(shè)備的安全凈距以及與其他專業(yè)三維模型是否發(fā)生位置沖突（硬碰撞）需要一定的經(jīng)驗(yàn)。分區(qū)域進(jìn)行帶電距離校驗(yàn)是保證檢查沒有遺漏的有效手段。而硬碰撞檢查應(yīng)包括土建結(jié)構(gòu)或者建筑位置是否沖突；電纜橋架是否與鋼結(jié)構(gòu)、暖通管道沖突等。在檢查的過程中，可將設(shè)備的操作或者檢修空間實(shí)體化，并通過硬碰撞檢查確認(rèn)其布置，如接地開關(guān)的動(dòng)觸頭開合空間等。

(7)在項(xiàng)目使用過程中，各個(gè)設(shè)計(jì)終端的顏色和材質(zhì)庫需要統(tǒng)一，這會(huì)給三維彩色渲染效果圖的出具帶來極大便利。同時(shí)，BentleySubstation軟件還有一些需要適應(yīng)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行完善改進(jìn)的方面：

(1)多分裂導(dǎo)線的問題，目前Substation軟件還無法解決四分裂及以上導(dǎo)線的掛接。另外，掛點(diǎn)具有不同高差及水平偏移的導(dǎo)線，軟件也無法完美解決。

(2)不具備全站自動(dòng)帶電距離校驗(yàn)功能，而只能通過關(guān)鍵點(diǎn)校驗(yàn)。

(3)部分金具的建模及連接存在不完善的地方。4結(jié)論三維數(shù)字化設(shè)計(jì)具備高效、直觀、智能的特點(diǎn)，在適應(yīng)變電工程日益復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期短暫以及數(shù)字化移交等要求的同時(shí)，完善了設(shè)計(jì)師充分表達(dá)設(shè)計(jì)思想的手段，是促進(jìn)項(xiàng)目更高質(zhì)量、更快速度完成的助推器，也是實(shí)現(xiàn)變電工程全壽命周期管理的有效工具。通過使用Bentley系列軟件進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的嘗試，總結(jié)出該軟件在應(yīng)用上的一些優(yōu)勢(shì)與不足，在變電設(shè)計(jì)數(shù)字化革命的浪潮中，設(shè)計(jì)師的水平與軟件本身都需要不斷的發(fā)展與提高，共同推動(dòng)變電設(shè)計(jì)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。參考文獻(xiàn)：

[1]孫國(guó)凱，王亮，王劍委.變電工程的