CN105528497A - 一种三维变电站设计平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维变电站设计平台，用于对变电站进行三维电气模型设计，该平台包括：底层数据存储与服务系统：用以提供三维数字化模型数据和文件数据，并且进行数据备份；设计系统：从底层数据存储与服务系统调用数据，用以对变电站进行三维电气模型设计；对接系统：与设计系统连接，用以与外部系统通信；成品处理系统：进行变电站三维电气模型的出图和管理，并与底层数据存储与服务系统通信。与现有技术相比，本发明具有控制质量、全面提升管理水平、提高效率、电网信息化等优点。

Description

一种三维变电站设计平台

技术领域

本发明涉及变电站设计领域，尤其是涉及一种三维变电站设计平台。

背景技术

国家“十二五”计划将建设智能化坚强电网列为重要目标，智能电网、特高压、直流输电、数字化变电站、新能源等新理念、新技术、新产品无不对电网设计能力提出更高的技术要求，使得我们原有的设计经验和手段已经不能满足，只有大力推行三维设计技术，实现精细化协同设计，才能应对当前电网建设的复杂性，从技术上支撑坚强电网的建设。

设计院现行的利用旧工程图纸复用改图的作业模式存在六个方面的问题，严重制约了设计的效率与质量。

(1)图纸间的修改不能联动，错误多，效率低；

(2)计算软件不全面、不系统，且计算与图形(模型)脱节；

(3)在二维设计模式下安全间距检查、防雷设计有缺陷，材料统计不准确；

(4)设计能力依赖于个人经验和工程积累，缺乏标准化的知识管理和知识共享体系；

(5)各专业独立作业，没有实现协同设计。

(6)不能为智能电网的信息化提供数据服务。

为了彻底改变这种被动局面，更好地服务于智能电网建设，建立数字化三维变电设计平台已经成为变电设计技术发展的主流。

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三维变电站设计平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三维变电站设计平台，用于对变电站进行三维电气模型设计，该平台包括：

底层数据存储与服务系统：用以提供三维数字化模型数据和文件数据，并且进行数据备份；

设计系统：从底层数据存储与服务系统调用数据，用以对变电站进行三维电气模型设计；

对接系统：与设计系统连接，用以与外部系统通信；

成品处理系统：进行变电站三维电气模型的出图和管理，并与底层数据存储与服务系统通信。

所述的成品处理系统的变电站三维电气模型的出图包括CAD出图、土建出图、布置出图、小卷册出图和二次出图。

所述的土建出图包括水暖出图、结构出图、建筑出图、总图出图和材料表，所述的布置出图包括配电装置出图、材料统计图、三维效果图和全站三维模型导出图，所述的小卷册出图包括防雷接地出图、照明站出图和敷设成品出图。

所述的底层数据存储与服务系统包括通用方案库、公共数据库、工程数据库、文件系统数据库、数字化模型数据库和备份数据库，所述的文件系统数据库分别与通用方案库、公共数据库和数字化模型数据库通信，所述的工程数据库分别与公共数据库和数字化模型数据库通信。

所述的设计系统包括系统设计模块、工程设计中心、三维协同设计模块、电气二次设计模块、土建设计模块和小卷册设计模块。

所述的系统设计模块为主接线设计单元，所述的工程设计中心包括典型方案管理单元、工程设计单元和工程管理单元，所述的三维协同设计模块包括配电装置设计单元、数字化模型协同设计单元，所述的土建设计模块包括结构设计单元、建筑设计单元、水暖设计单元和总图设计单元，所述的小卷册设计模块包括防雷设计单元、接地设计单元、照明设计单元、站用电设计单元和电缆敷设单元。

所述的外部系统包括移交系统、技经系统、物资系统、施工系统、运维系统和线路/GIS系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)控制质量：

本发明利用标准化管理、精细化手段，基于三维信息化设计模型，利用软件智能化功能在设计流程的各个关键点主动控制设计过程与成果，从根本上控制工程设计质量，实现设计成果“零”差错。

(2)提高效率：

数字化三维设计平台从一下三个方面大幅提高设计效率：

拉通设计的信息流程，用数据来驱动整个设计过程的自动化；

通过设计信息共享，实现一处改动，多张相关图纸之间智能联动；

应用三维设计平台的协同能力，简化设计中的协调工作，使多专业协同作业达到同步可视化水平，避免扯皮与返工造成的工期延误。

(3)全面提升管理水平：

管理是为生产服务的，作业模式的升级必然带动管理方式的变革。设计院的作业管理与技术管理不应再以个人为对象，转而建立一个集协同化设计过程管理和标准化知识管理于一体的技术管理体系，使得设计企业从劳动密集型企业蜕变为具有现代化管理模式的高技术企业。

作业管理将从针对具体的设计作业转到面向企业的标准化作业流程。

质量管理将从单纯提升个体能力转到注重提高组织能力。

设计企业正在实现从拼技能到拼工具，从拼个体到拼流程，从拼作业到拼管理的变革。

(4)电网信息化：

设计是电网信息的源头，担负着建立智能电网基础信息的责任。设计目标将从只关注设计本身，提升到关注电网设计、建设与运行的全生命周期。只有建立数字化变电设计平台，才能为电网的智能化提供必需的工程与技术信息，进而推动整个电网的智能化进程，设计的数字化是电网智能化的必要条件。

附图说明

图1为成品处理系统的结构示意图。

图2为底层数据存储与服务系统的结构示意图。

图3为设计系统及外部系统的结构示意图。

图4为本平台的层次结构图

其中，1、底层数据存储与服务系统，11、通用方案库，12、公共数据库，13、工程数据库，14、文件系统数据库，15、数字化模型数据库，16、备份数据库，2、设计系统，21、系统设计模块，22、工程设计中心，23、三维协同设计模块，24、电气二次设计模块，25、土建设计模块，26、小卷册设计模块，3、对接系统，4、成品处理系统，41、CAD出图，42、土建出图，43、布置出图，44、小卷册出图，45、二次出图，5、外部系统，51、移交系统，52、技经系统，53、物资系统，54、施工系统，55、运维系统，56、线路/GIS系统。

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1-3所示，一种三维变电站设计平台，用于对变电站进行三维电气模型设计，该平台包括：

底层数据存储与服务系统1：用以提供三维数字化模型数据和文件数据，并且进行数据备份，底层数据存储与服务系统1包括通用方案库11、公共数据库12、工程数据库13、文件系统数据库14、数字化模型数据库15和备份数据库16，文件系统数据库14分别与通用方案库11、公共数据库12和数字化模型数据库15通信，工程数据库13分别与公共数据库12和数字化模型数据库15通信；

设计系统2：从底层数据存储与服务系统1调用数据，用以对变电站进行三维电气模型设计，设计系统2包括系统设计模块21、工程设计中心22、三维协同设计模块23、电气二次设计模块24、土建设计模块25和小卷册设计模块26，系统设计模块21为主接线设计单元，工程设计中心22包括典型方案管理单元、工程设计单元和工程管理单元，三维协同设计模块23包括配电装置设计单元、数字化模型协同设计单元，土建设计模块25包括结构设计单元、建筑设计单元、水暖设计单元和总图设计单元，小卷册设计模块26包括防雷设计单元、接地设计单元、照明设计单元、站用电设计单元和电缆敷设单元；

对接系统3：与设计系统2连接，用以与外部系统5通信，外部系统5包括移交系统51、技经系统52、物资系统53、施工系统54、运维系统55和线路/GIS系统56；

成品处理系统4：进行变电站三维电气模型的出图和管理，并与底层数据存储与服务系统1通信，变电站三维电气模型的出图包括CAD出图41、土建出图42、布置出图43、小卷册出图44和二次出图45，土建出图42包括水暖出图、结构出图、建筑出图、总图出图和材料表，布置出图43包括配电装置出图、材料统计图、三维效果图和全站三维模型导出图，小卷册出图44包括防雷接地出图、照明站出图和敷设成品出图。

三维变电站设计平台以数据库为核心、以三维技术为手段，结合标准化知识管理体系的精细化变电设计平台。平台通过设计数据驱动与共享实现设计流程的自动化，借助三维技术实现设计成果的精细化，进而实现全专业模型级的协同设计。平台具有三项技术特征：

1、数字化技术

平台由工程数据库支持，设计的二维图纸和三维模型中的所有设备、材料都具有详尽的参数，这就达成三个目的：

(1)通过图形与参数识别，结合计算程序、规程规范，智能化精细设计，全面提高变电设计水平。

(2)通过相互关联的设计数据驱动实现变电设计过程的自动化，通过数据共享实现一处修改多处相关图纸联动。由此全面提高设计效率，杜绝设计差错。

(3)设计派生的工程数据库通过数字化移交的方式，为智能电网的ERP、GIS、物流采购、资产管理等所有信息系统提供基础信息，帮助以上系统更加高效准确地运行。

2、三维技术

变电设计的本质是注重解决空间位置关系的布置设计，要求通过不断优化方案，在确保安全的原则下尽量减少占地。二维设计无法较好地满足空间设计的复杂要求，只有三维设计才可能根本满足变电设计的特质。三维设计的本宗旨是实现二维设计不能企及的精细化设计成果。

变电站三维模型不仅用于效果展示，是一个集计算、校验、统计材料、提取施工图和多专业协同设计于一体的智能模型；是一个贯穿方案设计、初步设计、施工图和竣工图全部设计周期的设计模型；是一个贯穿设计、施工和运行管理全生命周期的移交模型。

3、标准化知识管理系统

设计企业的核心技术在于多年的知识积累，将分散在“个人”头脑及其计算机中的知识成果以标准化的方法提取出来，结合国网的典设，就可以建立设计企业的核心知识库。变电设计平台就是知识库的载体和应用工具，这使得设计企业的知识成为可以共享的成果，并通过权限控制保证知识的安全性。

本发明平台的功能及特点如表1所示：

表1三维变电设计平台的功能特点

本发明的平台是基于Autodesk公司的AutoCAD平台开发的。底层所采用的技术、搭建模型方式基本是采用AutoCAD相关技术。

AutoCAD以图纸的概念来存储各类信息(包括模型)，形成一个文件数据库。在该数据库下面包含了9个符号表和一个命名字典。不同的符号表下存储对应的数据记录，而在记录下存储真正相关的数据。而字典提供了更一般化的容器来存储其他的非符号表下的数据。不同的符号表负责相应的功能，比如层表来管理各个图层；线型表存储各类线型数据等。

与模型相关的符号表叫做块表，其中包含了用于可视化的模型空间记录和其他存储模型而不直接进行显示的块表记录。在各个记录中，存储了AutoCAD的模型数据，比如线段、圆、文字、多段线以及三维Solid等。这些模型数据统称为实体。

AutoCAD实体中的三维模型以透明方式提供给用户。用户不需要了解其底层是如何进行表达、存储三维模型。只需要通过AutoCAD提供的建模功能或者编程接口便可创建相应的用于满足用户需要的三维模型。

AutoCAD三维实体包括基本实体和编辑实体。基本实体是可以直接通过命令创建出来的三维模型，比如长方体、圆锥体、球体、圆柱体、圆环体等。编辑实体是通过基本实体进行额外的操作创建出来的三维模型，这些额外的操作有拉伸、旋转、扫掠、放样、差、并、交等。

本发明的框架是建立在AutoCAD模型结构之上，所采用的三维模型表达、存储方式完全是基于AutoCAD底层机制。

在AutoCAD模型结构的基础上，本发明利用所提供的建模机制，构造出具体应用功能所需要的复杂模型。这些复杂模型通过参照机制互相引用构造出最终布置、展示的设备等实体。这些设备模型使用自定义实体机制将其与具体的业务应用数据封装在一起，这样便将模型与数据关联起来，形成统一，为相关应用功能提供了数据基础。

本发明逻辑上分设计中心、主接线及配电装置三部分。

设计中心是用来定义工程的设计信息，增加配电区域、间隔等信息，并提供了间隔定义、编号、数据同步、回路检查、间隔顺序检查、设备选型替换等功能来配合完成主接线与配电装置的数据同步，主接线模型与配电装置模型是通过编号一一对应的，编号相同说明主接线模型与配电装置模型是一个对象，目前内部编号是按”配电装置/间隔/设备类型+序号“的方式来编码。

主接线部分是变电站的接线原理图，作为配电装置图设计的依据，通过主接线布置、匹配赋值等操作完成设计，然后通过间隔定义、编号等功能完成工程数据设计、最后通过发布的方式将主接线的数据发布到数据库中。

配电装置通过主接线发布的数据自动产生轴网，然后根据工程实际需求调整轴网数据，轴网分为土建轴网、间隔轴网、设备轴网，其中间隔轴网记录了布置在该轴线上的设备所归属的间隔，设备轴网上记录了需要布置的设备的具体型号，通过间隔轴网与设备轴网的交叉点来作为设备布置的位置，轴网调整完之后，通过自动布置功能将设备布置到轴网上。

为保证主接线与配电装置数据的同步，设计中心提供了一系列功能来方便用户操作，其中，设备选型替换功能是方便用户在主接线和配电装置设计完以后，需要替换设备的型号时使用的，通过该功能可以快速的将主接线图纸和配电装置图纸上的设备替换成用户想要的型号。回路检查是检查主接线图纸和配电装置图纸有没有未定义间隔的设备，间隔信息是设备编号的重要信息，没有定义间隔，该设备就无法参与设计。间隔顺序检查是保证主接线和配电装置的间隔在顺序上保持一致，如果不一致，则说明设计错误

本发明平台的物理存储采用单文件dwg图纸与SQLServer等大型数据库相结合方式，存储结构主要分公共库和工程库两部分。

公共库主要存储符号库、元件库等信息。

符号库是以块的形式将符号存储于AutoCAD图纸中，通过统一的接口对符号进行访问和编辑。

元件库是将每一个元件存储在一个单独的AutoCAD图纸中，存储时，将组件按设备的样式一个个拼接起来，不用封装成一个独立的块，制定设备的插入点，然后通过入库的功能将其另存成一个独立的dwg图纸，存储到数据库或者文件服务器中。由于没有封装，因此在元件库管理时，可以将其布置出来进行修改，修改后可以重新入库。

在设备布置时，首先会从库中下载该设备的图形文件，其次将该图形文件封装成一个独立的图块，最后将该图块封装成自定义实体，设备布置时的插入点即为设备入库时的插入点。

工程库主要存储工程设计的图纸，主要包括：

主接线图：变电站设计的接线原理图，通过用符号库中的符号拼接而成，每个符号代表特定的设备，设备上可附带设备型号、厂家、间隔等信息。

三维协同图纸：变电站三维设计是通过协同的方式进行多专业同时设计，多个专业设计时在系统后台会产生多张图纸，这些图纸是通过于协同树节点关联存储的。协同图纸可以通过协同设计功能中的工作空间里进行查看。

平面图：三维图纸设计完成后，系统需要出一个全站的平面图和各配电装置的平面图，在设计的三维图纸中通过提取平面的功能将平面图产生并存储到卷册图档中。

断面图：三维图纸设计完成后，系统需要出间隔断面图，在设计的三维图纸中通过提取断面的功能将平面图产生并存储到卷册图档中。

设备安装图：在设计时，设备需要有配套的安装图来辅助施工单位施工，软件也设计了具体的功能将设备安装图挂接到设备上，方便查看，设备安装图是存储在卷册图档中。

材料表：出间隔断面图时，系统会附带统计间隔材料表，间隔断面图出完后，系统需要提取某一配电装置的材料表和全站材料表，通过合成某一卷册下的间隔材料表，来达到提取配电装置材料表的目的，通过合成所有配电装置材料表来达到全站材料表提取的目的，提取后的材料表以dwg图纸的形式存储到卷册图档中。

本发明平台由于是基于AutoCAD，开发技术采用ObjectArx、C#、SQLServer等技术。模型的实现原理是借鉴了AutoCAD自身的块嵌套机制，通过多层的参照引用，最后将该其封装成自定义实体，可以说是在AutoCAD的实现机制下作了巧妙的设计，完美的利用了AutoCAD的设计思想。

三维设计的实现原理是通过树形结构将各个区域或者专业需要设计的对象分配到树的不同节点，可以保证多个节点在同一时间由不同的人设计，达到协同设计的目的，本发明的平台实现层次结构如图4所示。

Claims (7)

1.一种三维变电站设计平台，用于对变电站进行三维电气模型设计，其特征在于，该平台包括：

底层数据存储与服务系统(1)：用以提供三维数字化模型数据和文件数据，并且进行数据备份；

设计系统(2)：从底层数据存储与服务系统(1)调用数据，用以对变电站进行三维电气模型设计；

对接系统(3)：与设计系统(2)连接，用以与外部系统(5)通信；

成品处理系统(4)：进行变电站三维电气模型的出图和管理，并与底层数据存储与服务系统(1)通信。

2.根据权利要求1所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的成品处理系统(4)的变电站三维电气模型的出图包括CAD出图(41)、土建出图(42)、布置出图(43)、小卷册出图(44)和二次出图(45)。

3.根据权利要求2所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的土建出图(42)包括水暖出图、结构出图、建筑出图、总图出图和材料表，所述的布置出图(43)包括配电装置出图、材料统计图、三维效果图和全站三维模型导出图，所述的小卷册出图(44)包括防雷接地出图、照明站出图和敷设成品出图。

4.根据权利要求1所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的底层数据存储与服务系统(1)包括通用方案库(11)、公共数据库(12)、工程数据库(13)、文件系统数据库(14)、数字化模型数据库(15)和备份数据库(16)，所述的文件系统数据库(14)分别与通用方案库(11)、公共数据库(12)和数字化模型数据库(15)通信，所述的工程数据库(13)分别与公共数据库(12)和数字化模型数据库(15)通信。

5.根据权利要求1所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的设计系统(2)包括系统设计模块(21)、工程设计中心(22)、三维协同设计模块(23)、电气二次设计模块(24)、土建设计模块(25)和小卷册设计模块(26)。

6.根据权利要求5所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的系统设计模块(21)为主接线设计单元，所述的工程设计中心(22)包括典型方案管理单元、工程设计单元和工程管理单元，所述的三维协同设计模块(23)包括配电装置设计单元、数字化模型协同设计单元，所述的土建设计模块(25)包括结构设计单元、建筑设计单元、水暖设计单元和总图设计单元，所述的小卷册设计模块(26)包括防雷设计单元、接地设计单元、照明设计单元、站用电设计单元和电缆敷设单元。

7.根据权利要求1所述的一种三维变电站设计平台，其特征在于，所述的外部系统(5)包括移交系统(51)、技经系统(52)、物资系统(53)、施工系统(54)、运维系统(55)和线路/GIS系统(56)。