一种户内变电站三维协同设计方法、系统、介质及设备与流程

1.本发明涉及一种输变电工程三维设计技术领域，特别是关于一种户内变电站三维协同设计方法、系统、介质及设备。


背景技术：

2.随着我国对电网数字化、智能化要求的逐步提升，输变电工程三维设计技术的应用需求逐渐增加。作为建模技术、信息技术、网络技术在设计领域的集成创新，输变电工程三维设计技术有利于优化设计、施工安装和生产运维，有利于提升电网工程的全寿命周期内本质安全水平。变电站工程三维设计由于设计输入条件、设计流程管理、设计质量控制等因素与传统二维设计手段有所不同，尤其体现在协同设计流程的引入，因此开展三维协同设计流程研究对变电站工程三维设计技术整体推进有着至关重要的作用。
3.三维设计是基于工程信息、地理信息数据，通过三维建模技术、数字化协同设计技术的集成应用，完成输变电工程的三维可视化设计和信息一体化。
4.协同设计是各专业在同一管理机制下，按照规范要求，基于统一的坐标系统和度量单位，开展专业内、专业间、跨地域的配合协作，共同完成工程设计工作。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种户内变电站三维协同设计方法、系统、介质及设备，用于户内变电站三维设计实施，具有较高的时间和空间自由度，有效保障设计质量。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种户内变电站三维协同设计方法，其包括：确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
7.进一步，所述根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，包括：
8.根据设计内容不同，将变电站设计项目组分为土建电气专业、土建类专业、电气类专业和总图类专业。
9.进一步，所述土建电气专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：逻辑接线设计、设备模型建模、设备三维模型布置、接地及防雷三维设计、导体及材料三维布置；
10.逻辑接线设计指完成变电站电气主接线及各电压等级配电装置接线图设计，并体现设备配置情况、主要电气参数、导体型号信息；
11.设备模型建模指以通用设备标注化成果为基础，以三维建模手段描述设备的外形、属性和部件连接关系，体现安装、接口信息；
12.设备三维模型布置指基于特定坐标原点和度量单位，完成主要电气一次、二次设
备的空间布置；
13.接地及防雷三维设计指变电站主接地网三维布置和室外独立避雷针三维设计；
14.导体及材料三维布置指完成主要电缆、裸导体、母线桥的空间布置。
15.进一步，所述土建类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：建筑物结构计算、建筑物轴网设计、建筑建模、建筑物结构建模、总图建模、暖通及给排水建模；
16.建筑物结构计算指完成土建结构选型和计算分析；
17.建筑物轴网设计指土建建筑专业根据结构计算的柱网排布，完成建筑物各层轴网建模；
18.建筑建模指土建建筑专业建立所有建筑物应包含外立面、主要建筑构配件及其室外附属设施模型；
19.建筑物结构建模指土建结构专业建立主体结构模型；
20.总图建模指总图专业根据地理坐标系统及高程系统信息开展道路、场地、围墙、支挡结构、主要地下管沟、隔声屏障布置设计；进行场地及边坡分析，完成土石方平衡计算竖向布置设计；根据全站布置方案，确定站区征地范围；
21.暖通及给排水建模指完成管道管径、材质、标高和坡度信息；完成暖通主要设备、风管、水管应包含管径、材质和标高信息。
22.进一步，所述电气类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：逻辑接线设计、设备模型建模、设备三维模型布置、接地及防雷三维设计、导体及材料三维布置；
23.逻辑接线设计基于初步设计成果根据实际工程物资信息进行修正与深化，在此基础上补充设备型号；
24.设备模型建模指基于初步设计阶段建立的设备模型和实际中标厂家提供的设备平断面图进行模型细化；
25.设备三维模型布置指利用深化后的设备三维模型替换初步设计阶段原设备模型进行布置；
26.接地及防雷三维设计除完成变电站主地网三维设计外，进一步补充建筑物各层地网三维设计；
27.导体及材料三维布置至完成各电压等级导体及其金具的三维设计。
28.进一步，所总图类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：建筑物结构计算、建筑物轴网设计、建筑物建筑建模、建筑物结构建模、孔洞及埋件建模、总图建模、暖通及给排水建模；
29.建筑物结构计算指土建结构专业根据施工图阶段的设计输入信息，完成结构选型和计算分析；
30.建筑物轴网设计指土建建筑专业在初步设计轴网设计成果的基础上，根据结构计算的柱网排布，完成建筑物各层轴网调整；
31.建筑物建筑建模指土建建筑专业建立建筑物层空间布置细节、建筑做法、建筑物构配件，以及各接口构造的三维模型；
32.建筑物结构建模指土建结构专业进行结构分析，完成细部设计，满足施工详图和工程量统计要求；
33.总图建模指总图专业在初步设计总图模型基础上，进一步完成总平面施工图及详
图设计；
34.埋件及孔洞建模指土建建筑、结构专业根据设计收资完成主要电气一次、二次设备埋件建模和各电压等级电缆穿孔、通风管道穿孔、检修人孔在建筑物墙体、楼板上的孔洞布置；
35.暖通及给排水建模指完成站区和主要建筑物室内上下水管道、排水系统的三维建模，完成生活消防泵房、深井泵房、雨水泵井设施三维建模，完成站区建筑物暖通设备设施、管道及其他附件三维模型；完成站外防洪排水设施三维模型，完成冷却系统、消防系统三维模型。
36.进一步，设置上下游提、收资关系，包括：
37.提、收资关系的上下游专业，由收资专业向提资专业提出专业配合需求，双方设计成品组织三维模型软硬碰撞检查；
38.软碰撞指两模型实体间距离不满足相关规程规定的安全防护要求，发生的非接触性碰撞；硬碰撞指实体模型之间发生的接触性碰撞。
39.一种户内变电站三维协同设计系统，其包括：对象确定模块，确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；设计模块，根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
40.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
41.一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
42.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明具有不同专业的设计目标和专业配合节点，有利于组织设计各专业有序开展协同设计。设计过程基于模型库和参数化建模，模型可以跨工程复用，优化模型存储容量。根据模型使用场景的实际需求，模型细度可以满足美国建筑师协会定义的lod(level of details)100至500的要求。2、由于变电站工程各设计专业具有技术独立性强、分工划分细致、彼此配合密切等特点，本发明采用协同设计可以实现不同专业彼此独立开展设计工作，具有较高的时间、空间自由度。同时，保障上下游设计专业有序进行专业配合，明确专业责任划分，设置设计质量管理流程，保障三维设计质量。
附图说明
43.图1为本发明一实施例中的户内变电站三维协同设计方法流程图；
44.图2为本发明一实施例中的上下游专业配合流程示意图；
45.图3为本发明一实施例中的土建电气专业设计流程示意图；
46.图4为本发明一实施例中的土建类专业设计流程示意图；
47.图5为本发明一实施例中的三维模型质量控制流程示意图。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.户内变电站指电气设备布置在户内，包括地上变电站、地下变电站和半地下变电站。
50.设计目标是在充分表达设计意图的前提下，遵守变电站设计行业标准，构建变电站三维设计模型。
51.变电站三维设计模型指以变电站工程各相关信息数据为基础，采用三维数字化技术建立的工程信息集合，具备完备性、关联性、一致性、唯一性、扩展性等特点，满足可视化、可分析、可编辑、可出图等工程全寿命周期应用需求。变电站三维设计模型包括物理模型和逻辑模型。
52.物理模型指描述工程设备、材料、建(构)筑物及其他设施等物理对象的三维模型，由几何模型及其属性构成。
53.逻辑模型指主要设备之间关联关系、功能关系、层级关系的图形符号集合。
54.在本发明一实施例中，提供一种户内变电站三维协同设计方法。本发明的户内变电站三维设计基于统一建模标准，统一输入输出格式。采用统一坐标原点、度量单位、建模要求、层级划分、配色原则和属性定义。本实施例中，如图1所示，该方法包括以下步骤：
55.1)确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码。
56.变电站物理模型包括变电站几何模型及其属性。其中，属性包括变电站设备及设施的主要电气及物理参数。属性信息具有可扩展性，可以根据实际需求任意扩展。
57.变电站编码包括设备及设施的电网标识系统编码、物料编码、调度编码及实物id等信息，对设计阶段尚不确定的编码应预留存储空间。
58.2)根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
59.上述步骤2)中，根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，如图2所示，具体为：根据设计内容不同，将变电站设计项目组分为土建电气专业、土建类专业、电气类专业和总图类专业。
60.在本实施例中，变电站物理模型设计过程中，将不同设计专业划分为两大类：其中，定义变电一次、变电二次、电缆电气、土建电气为电气类专业；定义土建建筑、土建结构、暖通、给排水、总图为土建类专业。
61.(1)如图3所示，土建电气专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：逻辑接线设计、设备模型建模、设备三维模型布置、接地及防雷三维设计、导体及材料三维布置。
62.其中，逻辑接线设计指完成变电站电气主接线及各电压等级配电装置接线图设计，并体现设备配置情况、主要电气参数、导体型号信息。
63.设备模型建模指以通用设备标注化成果为基础，以三维建模手段描述设备的外形、属性和部件连接关系，体现安装、接口等信息，包含主要技术参数及附属信息。
64.设备三维模型布置指基于特定坐标原点和度量单位，完成主要电气一次、二次设备的空间布置。在本实施例中，主要电气一次设备包括各类变压器及其中性点设备、气体绝缘封闭式组合电器、各类无功补偿设备、高压开关柜、站用配电柜等，以及以上设备的附件。主要电气二次设备包括屏柜、蓄电池。
65.接地及防雷三维设计指变电站主接地网三维布置和室外独立避雷针三维设计；
66.导体及材料三维布置指完成主要电缆、裸导体、母线桥的空间布置。
67.(2)如图4所示，土建类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：建筑物结构计算、建筑物轴网设计、建筑建模、建筑物结构建模、总图建模、暖通及给排水建模。
68.其中，建筑物结构计算指完成土建结构选型和计算分析；完成土建结构选型可以通过专业软件实现。
69.建筑物轴网设计指土建建筑专业根据结构计算的柱网排布，完成建筑物各层轴网建模；
70.建筑建模指土建建筑专业建立所有建筑物应包含外立面、主要建筑构配件及其室外附属设施模型，包含室内各层主要平面及空间布局。
71.建筑物结构建模指土建结构专业建立主体结构模型；应包含结构梁、板、柱、结构墙等。
72.总图建模指总图专业根据地理坐标系统及高程系统信息开展道路(含进站道路)、场地、围墙、支挡结构、主要地下管(隧)沟、隔声屏障等布置设计；进行场地及边坡分析，完成土石方平衡计算等竖向布置设计；根据全站布置方案，确定站区征地范围。
73.暖通及给排水建模指完成管道管径、材质、标高和坡度等信息；完成阀门井、消火栓井、检查井等主要构筑物应包含材质和标高等信息；完成暖通主要设备、风管、水管应包含管径、材质和标高等信息。
74.(3)电气类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：逻辑接线设计、设备模型建模、设备三维模型布置、接地及防雷三维设计、导体及材料三维布置。
75.其中，逻辑接线设计基于初步设计成果根据实际工程物资信息进行修正与深化，在此基础上补充设备型号。
76.设备模型建模指基于初步设计阶段建立的设备模型和实际中标厂家提供的设备平断面图进行模型细化，满足lod400深度要求。
77.设备三维模型布置指利用深化后的设备三维模型替换初步设计阶段原设备模型进行布置；除此之外还应完成主要灯具、探头等智能辅助设备三维模型布置。
78.接地及防雷三维设计除完成变电站主地网三维设计外，进一步补充建筑物各层地网三维设计。
79.导体及材料三维布置至完成各电压等级导体及其金具的三维设计。
80.(4)总图类专业根据设计管理时序，将设计目标细分为：建筑物结构计算、建筑物轴网设计、建筑物建筑建模、建筑物结构建模、孔洞及埋件建模、总图建模、暖通及给排水建模。
81.建筑物结构计算指土建结构专业根据施工图阶段的设计输入信息，完成结构选型和计算分析；在本实施例中，可以采用专业软件完成结构选型和计算分析。
82.建筑物轴网设计指土建建筑专业在初步设计轴网设计成果的基础上，根据结构计
算的柱网排布，完成建筑物各层轴网调整。竣工图设计阶段不再进行建筑物结构计算和建筑物轴网设计。
83.建筑物建筑建模指土建建筑专业建立建筑物层空间布置细节、建筑做法、建筑物构配件，以及各接口构造的三维模型。
84.建筑物结构建模指土建结构专业进行结构分析，完成细部设计，满足施工详图和工程量统计要求；对模型进行轻量简化，形成轻量化模型，用于协同设计和数字化移交。
85.总图建模指总图专业在初步设计总图模型基础上，进一步完成总平面施工图及详图设计。
86.埋件及孔洞建模指土建建筑、结构专业根据设计收资完成主要电气一次、二次设备埋件建模和各电压等级电缆穿孔、通风管道穿孔、检修人孔等在建筑物墙体、楼板上的孔洞布置。
87.暖通及给排水建模指完成站区和主要建筑物室内上下水管道、排水系统的三维建模，应包含管径、材质、标高、坡度等信息；完成生活消防泵房、深井泵房、雨水泵井等设施三维建模，应包含设备设施、管道及其他附件；完成站区建筑物暖通应包含空调、风机等设备设施、管道及其他附件三维模型；完成站外防洪排水设施三维模型，应包含标高、坡度、材质等信息；完成冷却系统、消防系统三维模型，应包含冷却塔、泵等设备设施、管道及其他附件。
88.上述步骤2)中，设置上下游提、收资关系，具体为：提、收资关系的上下游专业，由收资专业向提资专业提出专业配合需求，双方设计成品组织三维模型软硬碰撞检查。
89.其中，软碰撞指两模型实体间距离不满足相关规程规定的安全防护要求，发生的非接触性碰撞；硬碰撞指实体模型之间发生的接触性碰撞。
90.综上，使用时，如图5所示，设计各专业在各设计阶段采用三维协同设计。具有提收资关系的上下游专业，由收资专业向提资专业提出专业配合需求，双方设计成品组织三维模型软硬碰撞检查。
91.专业配合双方专业收集碰撞检查结果，商定碰撞解决方案，并将本专业三维模型实行专业内校审。持续重复碰撞检查及碰撞解决方案的商定流程，直至双方专业的碰撞解决方案均通过校审。在设计方案完成(阶段性)成果时，由设计项目负责人汇总各专业三维设计模型，组织全站软硬碰撞检查。对发生有效软硬碰撞的若干专业，由设计项目负责人组织商定碰撞解决方案，由各专业将修改后的三维模型实行专业内校审。
92.持续重复碰撞检查及碰撞解决方案的商定流程，直至相关各专业的碰撞解决方案均通过校审。由设总组织将消除了有效软硬碰撞的三维模型成果提交批准。如三维模型批准人提出修改意见，设总组织相关专业按意见修改后，重新进行全站碰撞检查及碰撞解决流程。消除有效软硬碰撞的三维模型成果重新提交批准。
93.三维设计成果通过批准后，各专业按照专业需求和各阶段设计深度要求从三维模型中剖切二维平断面图并完成二维制图。由设计项目负责人汇总各专业二维图纸并组织图纸审批。在二维图纸审批过程中，如审批人对图纸所表达的设计方案提出修改意见，由设总组织相关专业退回修改三维模型，不能直接修改二维图纸。通过批准的三维模型和通过审批的二维图纸，由设计项目负责人组织进行出版。
94.在本发明一实施例中，提供一种户内变电站三维协同设计系统，其包括：
95.对象确定模块，确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；
96.设计模块，根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
97.本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
98.本发明一实施例中提供一种计算设备结构，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种设计方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、管理商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如下方法：确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
99.此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
100.本领域技术人员可以理解，上述示出的计算设备结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算设备的限定，具体的计算设备可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
101.在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
102.在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：确定户内变电站三维设计的对象，该对象包括变电站物理模型及变电站编码；根据变电站物理模型的设计内容将变电站设计项目组划分为不同专业，对于不同专业内部，将专业设计任务细分为不同子目标，并分别规定其深度要求；设置上下游提、收资关系和关键节点，配合不同专业间的设计。
103.上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
104.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
105.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
106.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
107.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。