三维设计拆除沟通障碍

　　设计单位与业主和施工方的高效沟通已不再是神话。借助三维设计模式，设计单位可以直观地将整个设计展现在业主面前，业主可根据模型方便地提出修改意见。决策者还可以在项目施工前尽早发现设计误差，及时修改。

　　近两年来，中国水电顾问集团中南勘测设计研究院（以下简称中南院）大力开展三维设计工作，确定了Bentley公司作为三维软件的提供商，在拖巴水电站、龙盘水电站等多个电站开展三维设计，取得了比较显著的成果。作为其中一个重要组成部分，电气三维设计也取得了较为明显的成效。

　　告别错、碰、漏

　　作为综合性大型国家甲级勘测设计企业，为了逐步推行抽水蓄能电站的标准化设计，深入贯彻全生命周期设计理念，中南院响应国网新源控股有限公司的要求，在标准化的抽蓄典型电站设计模板——抽水蓄能典型电站地下厂房及开关站设备布置典型设计工作中采用了三维可视化协同设计系统。中南院希望该项目的三维设计能实现精确化建模，模型精度和准确度均能达到施工详图设计标准。

　　在水电站设计中，二维设计工具在表达复杂空间布置时深度和直观性方面的局限日益凸显。二维设计平台无法满足水电站设计中多专业协同设计的要求，避免各专业设计产品之间“错、碰、漏”的协调工作量很大。随着业主要求的不断提高，国内众多水电设计集团公司都大力开展三维设计。

　　2012年3月中旬，中南院近20名设计人员开始封闭开展三维设计工作。截至2012年6月底，中南院全部完成了4台300MW机组方案和6台300MW机组方案的三维设计工作。

　　处理好三个关键流程

　　电气专业的专业性很强，其三维设计流程也很具特色。从中南院的实践来看，电气专业的三维设计要处理好电气设备布置流程、电缆桥架设计流程和照明布置流程。

　　流程1：电气设备布置流程

　　中南院电气设备建模及布置的设计主要通过Bentley三维设计平台Substation进行。具体的流程是：首先，通过Substation进行设备模型绘制；其次，定义设备模型属性，指定厂家型号、尺寸信息；再次，进行设备布置设计；最后，进行导线挂接。

　　设备模型是三维设计的基础数据之一。作为第一个三维标准化项目，中南院在本项目中非常重视设备模型数据的整理，根据厂家提供的资料和照片对所有设备模型进行重新绘制。

　　在进行设备布置设计时，相关人员将绘制的发电机、配电盘、发电机中性点设备、地面出线场设备模型布置到厂房的相应位置上，将离相封闭母线、GIS设备等按电气设计需求和规则组装在一起。设计人员可通过参考其他专业相关设备管路进行合理布置。

　　借助Substation的应用，中南院快速、准确地完成总平面布置图的设备布置设计，还通过数据库信息共享避免遗失错漏。值得一提的是，Substation的数据可以无缝集成工程内容管理系统ProjectWise，从而与厂房、水机、暖通等专业密切配合，进行实时检查调整，有效避免错误设计。

　　本流程要点：三维设备需精细化建模，设备属性要详细、准确，设备布置位置精确，导线挂接符合设计规范。

　　流程2：电缆桥架设计流程

　　此前中南院的三维设计尚未涉及电缆桥架设计。本次中南院抽蓄典型水电站设计在进行电缆桥架设计时选用了Bentley新推出的BRCM（Bentley 电缆系统设计软件）进行设计。该软件可以直观、方便地进行桥架设计。

　　BRCM软件提供了托盘式、梯式和槽式3种类型的桥架，导入了部分主流厂家的桥架尺寸，并且支持桥架自定义定制。该软件提供方便的电缆桥架布置方式，用户可以自动添加弯通、三通和四通，还可以通过线条自动生成桥架并自动连接。

　　通过BRCM设计全厂桥架的流程如下：首先，根据厂房设计规划桥架走向，选定软件自带的桥架进行设计布置；其次，添加托臂、工字钢等，按照设计要求，放置在适当的高度。

　　本流程要点：桥架走向规划合理，桥架模型布置符合工程实际，托臂等固定装置位置准确。

　　流程3：照明布置流程

　　电气设计中的照明设计涉及大量的灯具、开关插座等设备，中南院已经在BBES（Bentley建筑电气系统）中绘制了一部分灯具、插座、开关模型。在本次抽蓄水电站三维设计中，中南院主要用到了厂房照明灯具布置模块。

　　在实际应用中，BBES软件提供照度计算（对光源照亮部分的物体被照亮的程度进行计算）的功能。BBES集成了RELUX专业照度计算软件。BBES可以大大减少因为人工计算房间面积造成的错误；数据的导入、导出都是自动的，可减少人为干预错误；Relux数据库完备，可以方便查阅照明灯具的负载或外形尺寸；计算完灯具数量后，BBES绘图自动完成，不需要重新画图。计算布置完毕以后，BBES可以生成照度计算表。

　　本流程要点：规划好厂房的照度，灯具选择符合工程实际，根据软件计算的照度数据对灯具进行调整。

　　在完成三维设计后，Substation可以通过动态切图方式切出二维图，然后通过软件自带的标注功能，按照中南院统一的出图模式出图。具体流程是，先利用已经建好的图框建立图纸文件，将需要出图的视图进行尺寸标注，对视图属性进行设置，再将视图设置成合适的出图比例添加到图纸文件中，然后在图纸文件中对视图进行文字注释。设计人员可以在图纸中添加不同比例的视图，以及明细表、设备表等，还可以直接将CAD文件导入图纸中。

　　有效改进各个设计环节

　　在本项目中，中南院电气一次专业第一次全面应用三维软件的各个模块，并将三维设计成果部分应用到施工图纸上，初步解决了以往三维设计结果只用于效果展示，而难于用于出图的问题。相比传统的二维设计，三维设计的意义不仅在于画图手段的改进，还在于对整个设计各个环节的显著改进。

　　首先，有效提高设计质量。Bentley软件提供了碰撞检查功能，能够帮助工程师快速、准确地定位项目中各专业的碰撞情况，并将碰撞检查结果直观地反映出来，方便排查。这无疑可以有效提高设计质量，减少后续现场施工时更正设计所带来的工作量。设计师还可根据模型对整个设计的合理性进行分析，快速完善设计方案，减少重复改动的工作量。

　　其次，三维设计的直观性能促进设计方与业主和施工方进行良好沟通。工程师在搭建三维模型后，可以直观地将整个设计系统地展现在业主面前，而不仅仅是提供单调的二维图纸。业主可以生动形象地根据模型提出修改意见，对整个电站前景形成较为清晰的展望。

　　最后，三维设计成果可以帮助设计人员和决策人员在项目动工之前全面、准确地掌握技术要点，尽早发现设计错误和缺陷，及时提出可行的修改意见，减少甚至避免工程建设中出现的问题和可能造成的巨大损失。

　　在后续的项目中，中南院将不断深化三维设计的应用，逐步将应用扩展到电气设计的各个领域和阶段。

　　链接 电气三维设计应用水平亟待提高

　　三维设计的前瞻设计理念是未来设计方向，但目前三维软件在应用中还存在一些不足。虽然中南院的三维设计已取得了一系列成果，但是在从三维设计中导出二维图方面还存在一些问题。中南院已经摸索了一些出图方法，但由于软件本身的局限性，在出二维图时对机器性能依赖性较高。其中一个原因是软件公司开放的端口有限，用户在对软件进行二次开发时有一定困难，无法很好地满足行业化、本地化和个性化需求。

　　电气专业的专业特殊性显著，在出具原理图方面，三维软件目前尚不能满足其智能化需求。中南院正在着力于与软件提供商Bentley合作，研究基于Bentley平台的用电模块。这个模块的开发，将有效解决电气原理图不能自动出具的问题。

　　中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 刘军