以成果激励进步——中南院换流站控制楼三维设计实践

　　三维数字化设计势在必行。然而在变电站设计领域，受各种因素的影响，三维数字化设计的推广情况却不尽如人意。中南电力设计院(简称中南院)此前就三维数字化设计进行了一些探索，并取得了初步的成果。

　　三维设计势在必行

　　近年来，三维数字化在我国发电厂设计中已经逐步推广使用，并取得了很好的效果，在材料统计、电缆桥架设计、管道碰撞等方面均凸显了准确、直观、高效的优势。而在变电设计领域，由于变电设计的特殊性，在三维数字化设计软件的运用上存在一些较难解决的困难，故变电方面的三维数字化设计一直推进得比较缓慢，目前国内变电三维数字化设计还没有得到广泛应用。

　　随着变电站设计行业的不断发展，传统的二维设计手段越来越不能满足工程建设需求。采用二维设计手段，需要依靠工程师的空间想象力、制图技能和实践经验来实现空间设计，具有较大的局限性，设计、施工效率也比较低，特别是在工期紧张的情况下，精确度相对较差的设计布局会导致工程建设总体成本居高不下。

　　在Bentley系列软件平台上应用数字化协同设计可最大程度地降低或避免软、硬碰撞的发生，确保工程的质量和建设工期，提升设计管理能力。

　　三维设计的五大优势

　　以换流站控制楼设计为例，采用三维数字化设计具有以下优势：

　　其一，实现数字化协同设计。采用Bentley系列软件对换流站控制楼土建工程进行数字化协同设计，可为所有相关设计人员提供一个全信息、立体、可视、可多方位浏览的三维模型，设计人员可以方便地发现问题，借助碰撞检查工具检查出不同专业之间是否存在碰撞问题，将设计中差、错、碰、漏问题降至最低。

　　而采用传统的二维设计，不同专业的设计人员不能真正实现实时沟通和协同工作，常常会出现一些差、错、碰、漏问题。这些问题常会等到施工阶段才能发现，要通过变更设计来解决。设计变更过多，会造成返工，严重影响施工工期，并增加工程投资。

　　数字化协同设计具有并行设计的特点，相比传统的串行设计模式，设计人员无需等到上游专业完全设计完一个区域后才能开展自己的工作，而是可以通过“参考”、“刷新参考”的方式及时获得上游专业的工作内容，进行同步设计，缩短设计周期。

　　例如，在同一工程设计项目中，水工、暖通专业设计人员向土建专业设计人员提出需求(包括设备基础、水管、风管预留孔等)后，相关的设计人员即可分别完成三维空间设计。接下来，设计人员将各自的设计文件放到一个统一的坐标系内进行校核，很容易发现多专业布置不匹配的情况，进行及时修改，高效地实现多专业的协同设计。

　　其二，实现精细化设计。采用三维数字化设计，可以对控制楼内给排水管道和风管进行优化布局，从而压缩层高，减小建筑占用面积，节省工程投资，从而达到精细化设计的目的。

　　其三，采用符合三维数字化设计的出图方式。相关人员可以根据工程需要基于三维数字化模型任意抽取轴测图，或者平、断面图。这样抽取的图纸可以真实地反映出三维空间对应的平断面，避免人为因素造成的错误。等幅面的三维数字化图纸比二维图纸可以反映出更多信息。数字化设计出图从数量和信息量上都较二维出图有很大的提高，可以更清晰、更精确地指导施工，提高工作效率，缩短施工时间。比如，水工、暖通专业施工图大部分为设备、给排水管道、风管的平断面图纸，这些图纸中的“平面—断面”、“断面—断面”间有着严格的逻辑关系。

　　采用二维设计，如果需设计有变更，可能出现部分平断面图纸漏改的情况，给后续的施工带来困难。而采用三维设计，设计人员只需要专注于三维模型布置，如果设备布局发生变更，所有平断面图纸可以同步更新，不会发生遗漏或者矛盾的情况。

　　对于施工单位而言，二维设计形成的大量断面图之间缺乏整体感，很难形成整体的概念，需要较长时间去熟悉图纸。三维出图则可以将较复杂的区域拆分为若干简单的区域，并给出各区域相关的断面图和轴视图，使得施工人员可以更方便、全面地了解图纸，从而提高了施工效率，保证了施工质量。

　　其四，实现设计成果的高效沟通。采用Bentley软件，可以直接将数字化协同设计成果用于三维仿真动画、施工进度模拟和效果图的制作，以展现整个工程的全貌。数字化设计所建立的模型是设计人员创建的准确设计模型，以它为蓝本制作的动画或效果图，能够准确地反映工程项目的实际情况。而且，对于一些简单的展示效果或工程特定的细节，可以由设计人员自己利用三维数字化解决方案的内置功能来减少数据转换，能够原汁原味的体现设计思想。

　　三维仿真动画的制作过程为：首先，在三维数字化模型中下选择相关的构件，并用软件自带的渲染引擎通过相机、灯光、环境的设置生成效果图；然后，通过相机、路径、目标、制式的设置生成一连串连续的画面，形成一段漫游视频。

　　施工进度模拟的过程为：完成各阶段三维模型设计；确定工程实体的施工安装时间，即按照业主对于工程的施工进度要求，制定工程不同阶段的时间表；将上述时间表与三维模型关联，形成四维模型，即按照时间表中的不同时间链接相应的三维模型，达到显示的模型与现场进度相一致。

　　其五，精确统计设备材料和工程量。在数字化设计中，数字化模型不仅提供设备的外形信息，还提供设备名称、产品型号和生产厂家等详细信息。设备布局完成后，可以通过Bentley软件自动统计功能对设备材料进行精确统计，并自动生成设备材料清册。设计人员在数字化模型空间中增加或者减少设备，设备材料表也会相应修改，做到设备材料清册始终与数字化模型一致，保证了设备材料表的准确性和实时性。

　　需要解决三个难题

　　三维数字化设计的核心是数据，而常规二维设计的目标却是图纸，将三维数字化设计视为将常规二维设计过程简单在三维数字化平台上再现显然是不合适的。

　　第一，各专业软件与三维数字化设计平台的集成。上一阶段中南电力设计院所做的的工作更多是探索，尝试如何在三维数字化平台上实现常规设计。随着应用的深入，我们应该研究更适合数字化设计的设计过程和设计成果，让数据贯通于工程全过程，将设计、采购、施工通过数据有机地串成整体，从而实现数据的大流转。与此同时，还要逐个实现各专业间的数据贯通，平台与专业软件之间数据贯通，另外也要研究建立一整套合适的数字化设计管理体系及如何以全新的方式提交或移交设计成果。

　　第二，进行系统定制。中南电力设计院希望把Bentley三维数字化设计平台进一步打造成为变电设计解决方案的一个集成系统，结合文档管理功能，为企业定制一个协同工作空间环境，这样，项目相关人员无论在何时何地，工作环境都是一样的。

　　第三，实现应用标准化。要深化三维数字化设计应用，应该建立一套完整的解决方案，针对系统安装、协同环境配置、专业软件的基本使用规则等进行规范，形成一个全面的安装、操作说明书。此外，还应该建立统一的标准图框、字体、字形、图层定义、线性线宽和出图基本规则等，使出图更加规范。

　　文/中南电力设计院 王磊