CN104835079B - 一种基于bim和gis的变电站模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法，包括以下步骤：1)确定待构建模型的变电站的电气设计范围；2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；3)根据B/S网络架构建立基于BIM和GIS的三维线路设计平台；4)在基于BIM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BIM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置；5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。与现有技术相比，本发明具有方法先进、覆盖全面、提高效率等优点。

Description

一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法。

背景技术

建筑信息模型(BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，并可利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。它具有可视化、协调性、优化性、模拟性和信息综合性等特点。它正在引发建筑行业一次史无前例的彻底变革，实现了从传统二维绘图向三维绘图的转变，使建筑信息能更加全面、智能、直观地展现出来。

BIM技术最初源于三维建筑设计的需要，其应用最初主要面向民用建筑领域，缺乏针对基础市政工程，特别是电力设施等专业工程领域的全面应用。然而对电力系统设施的设计建设而言，构建全生命周期的信息化模型，科学管理电网系统设计建设流程是构建智能电网的重要前提。近些年来，BIM技术已经在一些重要的电力工程项目中成功应用，在我国的应用日趋成熟，目前已经在很多重要的大型电力工程项目中获得了成功应用，包括2010年上海世博会的国家电网企业馆项目、国家电网公司上海容灾中心项目、天津永定河220kV变电站设计项目等，均取得了良好的经济效益和社会效益。同时，国内电网三维模型的标准建设工作已经逐步开展，国家电网公司已经开始进行电网三维可视化模型相应行业、公司规范的组织编写工作。因此，BIM技术必将在未来的电力工程建设过程中得到快速的推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法先进、覆盖全面、提高效率的基于BIM和GIS的变电站模型构建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法，包括以下步骤：

1)确定待构建模型的变电站的电气设计范围；

2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；

3)根据B/S网络架构建立基于BIM和GIS的三维线路设计平台；

4)在基于BIM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BIM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置；

5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。

所述的确定需要构建的变电站的电气设计范围的方法为以进线电缆头为起点至以出线电缆头为终点的范围。

所述的BIM模型数据库包括多个标准构件族，所述的标准构件族均由实际中的变电站组件参数建立。

所述的标准构件族包括变电站地下电缆线路模型库和地上变压器模型库，所述的变电站地下电缆线路库包括工作井模型、电缆沟模型、排管模型、电缆模型和附属结构模型，所述的地上变压器库包括集线器模型和变压器模型。

所述的步骤3)中的基于BIM和GIS的三维线路设计平台包括GIS服务器、Web服务器、数据库服务器和多个Ie客户端，所述的GIS服务器通过VPN网络与多个Ie客户端连接，所述的Web服务器和数据库服务器通过局域网相互连接，所述的局域网与VPN网络连接。

所述的GIS服务器与VPN网络，以及局域网与VPN网络之间均设有防火墙。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、方法先进：本发明将GIS技术和BIM技术结合起来，并且应用到了电力工程中，具有可视化、优化性、协同性等优点，不仅可以为后续的运行维护工作向更智能化的方向发展打下基础，也会对整个行业BIM技术的可持续发展产生积极影响。

二、覆盖全面：本方法建立了BIM标准构件族，包括了大部分的变电站实物模块信息，能够更好的在BIM中将变电站模型构建完整，并且配以GIS的空间布局配置，更加直观、真实。

三、提高效率：本发明采用GIS+BIM信息融合和技术集成这一国际前沿技术，将BIM模型扩展至地下管线部分，并构建基于GIS平台的BIM数据表达模型，将建筑BIM模型和三维GIS技术进行深度融合，使设计人员能够在三维现场环境中进行相关设计数据的多维度分析、多视角空间校验，提高工作效率和设计质量。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为电缆线路工程系统划分图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法，包括以下步骤：

1)确定待构建模型的变电站的电气设计范围；

2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；

3)根据B/S网络架构建立基于BIM和GIS的三维线路设计平台；

4)在基于BIM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BIM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置；

5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。

为实现输变电工程的BIM应用标准化，输变电工程中的构件形式必须统一，因此需要建立标准构件族库，工程构件应根据相应的系统划分建立族模型，所有构件族的集合称为该工程的构件族库，如图2所示，输电工程中地下电缆线路工程的族库构成。

在一个工程项目中，族库中的所有族模型都可以在该工程中直接进行引用，项目通过引用族库中的标准模型完成建模，不同构件的引用规则不完全相同：工井、排管等构件可被直接引用到工程项目中，电缆和预埋件等金具附件需嵌入工井、排管族中进行引用，形成标准族。

当前，数字化技术逐步融入电网设计行业，交互协同设计、三维设计推动电网勘测设计信息化技术不断发展，三维数字化技术应用于输电线路设计工作是当前研究热点，使设计人员能够在三维现场环境中进行相关设计数据的多维度分析、多视角空间校验，提高工作效率和设计质量，国内部分电力设计机构研发了基于GIS技术的三维线路设计平台，但在数据管理、业务协同、设计模型库建立和BIM应用领域等方面还存在不足，实现基于GIS的BIM设计和管理应用则还未有先例。

本发明采用3DGIS+BIM信息融合和技术集成这一国际前沿技术，将BIM模型扩展至地下管线部分，并构建基于GIS平台的BIM数据表达模型，将建筑BIM模型和三维GIS技术进行深度融合，以此形成一体化信息集成平台，该平台架构以面向服务的设计为理念，基于IFC标准和三维地理空间信息平台的集成应用思想和技术方法进行数字化平台架构设计，构建基于B/S网络架构的电力设施BIM应用网络环境，整合空间地理信息资源、电力基础设施BIM模型与属性数据资源，实现电力设施的展示，查询，检索，定位，安全管理等功能，形成一套完善的电力基础设施三维可视化综合应用系统。

本平台建立了完整的多源异构后台数据库，其中包含有多个表，不同类型的数据由不同的数据表进行存储和管理，在数据入库时将基本数据的每个表都定义唯一的主键，将该主健值存储在参考表中，通过参考表来定义各表之间的数据约束，并对模型的属性数据进行管理和分析，在数据建库中，最大限度减少数据迁移、整理，以降低数据集成工作量，在数据管理中，采用数据总线集成模式对多元数据进行轻量化、高耦合度的数据存储、在线发布、集成管理，保证数据完整性，提高数据集成性，基于空间四叉树原理，对空间数据进行金字塔构建，并对各类空间数据建立快速索引机制。

该平台的构建将为智慧电网的信息表达以及各子系统间的数据共享和信息交换提供基础性的支撑，为建立未来一体化、集成化、系统化的智慧电网模型提供参考，以智慧、互联、协同的建筑、交通和市政设施来满足整个城市电力基础设施的科学发展和智慧运行。

在本研究开展过程中，为验证输变电工程三维数字化管理平台的有效性，国网上海电力公司以220kV即墨站作为了BIM技术应用研究对象，进行了即墨站BIM三维数字化应用研究分析。

220kV即墨变电站和110kV船舶变电站布置在同一地块，在结构上为一体，为全地下布置(地下二层至四层)，由于受到站区占地面积的限制，两站作为一个整体，统一考虑各专业设计(包括电气、通讯、自动化、土建、照明、动力、环保、消防和卫生以及变电站用地和进站道路等)，两座变电站综合自动化监控系统合并，配置一套系统，根据规划220kV即墨变电站为受控站。

本工程设计范围包括变电站接入系统及变电站内电气一、二次、通信、自动化、土建、综合消防、给排水及环境保护等，220kV即墨站及110kV船舶站220kV进线以进线电缆头为界，110kV、35kV、10kV出线以电缆头为界，220kV罗山开关站内即墨间隔的电气二次、通信、自动化等，运行管理中心用房的全部设计。

本工程中220kV即墨变电站为全地下变电站，设计中采用了《国家电网公司220kV变电站典型设计》推荐的B-3全户内方案的模块，具体模块化应用如下：220kV配电装置采用220-B-3-220模块，110kV配电装置采用了220-B-3-110模块，布置做了相应调整，主变压器采用了220-B-3-ZB模块，变压器容量调整为240MVA，冷却方式采用水冷式，布置做了相应调整，35kV无功补偿采用了220-B-3-35K模块，电抗器容量调整为20Mvar，并增加了35kV电容器无功补偿220-A-1-35C模块，电容器容量调整为20Mvar，布置做了相应调整。

通过该三维平台，设计及管理部门建立了全站三维BIM模型，并构建了其配套建设的全地下输电工程BIM模型(如工井、排管、隧道、非开挖顶管等)，实现了整个输变电系统土建结构、暖通水电和电气设备等各系统信息的综合监管，包括系统、设备基本信息、属性等的查看，运行状态查询、历史运行数据的查看等等，该平台兼容所有遵循IFC标准数据格式的三维模型的数字化展示平台，实现基于IFC格式的三维BIM模型在3DGIS平台的导入和浏览，实现基于局域网络的三维地理信息和BIM模型数据传输，实现本地三维数字化模型的浏览、漫游、巡视和旋转等，以实现对电气设备信息的综合查看和监管。

BIM技术在电力工程中的应用，将大大提高工程项目的集成化、信息化水平，在控制项目成本、缩短施工工期、提高建筑质量的同时，将为工程项目带来了更安全、更低碳的管理手段，并将为国家电网公司未来的建设和管理工程中，利用先进的信息化技术、科学的管理手段提供全新的解决方案和管理思路。

本文基于3DGIS+BIM信息融合和技术集成这一国际前沿技术，构建了国网输变电工程三维数字化BIM应用平台，该平台具有良好的可视化效果、便捷的可操作性和强大的数据管理能力，能够为国网电力工程的设计、施工、运营的数字化建设提供坚实的系统平台支撑，对今后智能电网建设具有指导借鉴作用，以提高电网建设投资效益和效率。

通过试点工程应用实践表明，本平台的研究成果为智能电网建设领域提供了新的理论和应用平台，真正实现了3D GIS+BIM的无缝与信息无损集成，以及“从全球到局部、从地面到地下、从三维地形到三维建筑、从室外到室内、从静态目标到动态目标、从单项目管理到多项目管理、从单系统应用到多系统综合集成应用，具有广泛的应用价值，将会取得良好的社会和经济效益。

输变电工程BIM于GIS融合技术的应用提高了工程的设计建造效率和管理水平，实现了工程的信息化和三维现实化，但BIM技术的推广应用，需要一个长期、循序渐进的过程，它不仅仅是一种工具和手段，更是一种工作方法和思维模式，对电力工程行业的发展将起到良好的推动作用，下一步将继续深化其应用功能开发，并与其他业务和分析系统连通，实现数据分析、实时监测、运营管理、故障诊断一体化平台。

Claims (1)

1.一种基于BIM和GIS的变电站模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定待构建模型的变电站的电气设计范围，确定需要构建的变电站的电气设计范围的方法为以进线电缆头为起点至以出线电缆头为终点的范围；

2)获取待构建模型的变电站的参数数据以及GIS图像信息；

3)根据B/S网络架构建立基于BIM和GIS的三维线路设计平台，所述的基于BIM和GIS的三维线路设计平台包括GIS服务器、Web服务器、数据库服务器和多个Ie客户端，所述的GIS服务器通过VPN网络与多个Ie客户端连接，所述的Web服务器和数据库服务器通过局域网相互连接，所述的局域网与VPN网络连接，所述的GIS服务器与VPN网络，以及局域网与VPN网络之间均设有防火墙；

4)在基于BIM和GIS的三维线路设计平台中，通过变电站的参数数据进行BIM模型数据库的构建，并且根据GIS图像信息进行空间布局配置，所述的BIM模型数据库包括多个标准构件族，所述的标准构件族均由实际中的变电站组件参数建立，所述的标准构件族包括变电站地下电缆线路模型库和地上变压器模型库，所述的变电站地下电缆线路库包括工作井模型、电缆沟模型、排管模型、电缆模型和附属结构模型，所述的地上变压器库包括集线器模型和变压器模型；

所述的数据库服务器包括多源异构后台数据库，其中包含有多个表，不同类型的数据由不同的数据表进行存储和管理，在数据入库时将基本数据的每个表都定义唯一的主键，将该主健值存储在参考表中，通过参考表来定义各表之间的数据约束，并对模型的属性数据进行管理和分析，在数据建库中，最大限度减少数据迁移、整理，以降低数据集成工作量，在数据管理中，采用数据总线集成模式对多元数据进行轻量化、高耦合度的数据存储、在线发布、集成管理，保证数据完整性，提高数据集成性，基于空间四叉树原理，对空间数据进行金字塔构建，并对各类空间数据建立快速索引机制；

5)通过结合空间布局配置和BIM模型数据库进行变电站整体模型构建，并且根据变电站整体模型进行展示、查询、检索、定位和安全管理。