喬文濤，趙 茂，李全勝

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

傳統(tǒng)的水力發(fā)電廠電氣二次設(shè)計(jì)依托于AutoCAD[1]，主要存在以下弊端：①收到的資料格式不統(tǒng)一，需要花費(fèi)大量時(shí)間確認(rèn)、識(shí)別；②電氣二次各個(gè)系統(tǒng)分屬多個(gè)工程師設(shè)計(jì)，配合工作多，協(xié)同性差，而且所有配合的信息都需要手動(dòng)填寫(xiě)，自動(dòng)化程度低；③制圖工作需要純手動(dòng)完成，電纜敷設(shè)表需要對(duì)幾千根電纜逐一測(cè)量長(zhǎng)度、填寫(xiě)路徑等信息，導(dǎo)致制圖工作效率低下。

基于以上弊端，考慮借助三維數(shù)字化手段進(jìn)行電氣二次接線智能化設(shè)計(jì)。然而，電氣二次接線智能設(shè)計(jì)由于關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)多，涉及的邏輯規(guī)則復(fù)雜[2，3]，已是整個(gè)電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域的深水區(qū)。經(jīng)過(guò)調(diào)研和查閱已有文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前常用的電氣設(shè)計(jì)軟件沒(méi)有電氣二次接線功能，大型設(shè)計(jì)院定制開(kāi)發(fā)的電氣二次模塊還沒(méi)有全面成熟應(yīng)用?；诂F(xiàn)實(shí)需求和市場(chǎng)現(xiàn)狀，本文針對(duì)水力發(fā)電廠電氣二次接線智能化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。

1 技術(shù)框架

吸納汽車(chē)、飛機(jī)行業(yè)數(shù)字化的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水電行業(yè)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)3DE 平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建了水電廠電氣二次接線智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)[4，5]。整個(gè)系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)化輸入、智能化處理和格式化輸出三大環(huán)節(jié)。通過(guò)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)化信息為系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，依托智能接線模塊實(shí)現(xiàn)工程師高效工作，借助智能電纜敷設(shè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CIL）提供的電纜通道實(shí)現(xiàn)電纜統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成電纜表。整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)框架如圖1 所示。

2 系統(tǒng)介紹

針對(duì)廠家提供的資料格式不統(tǒng)一問(wèn)題，研究制定了標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板，該模板以通用的Excel表格型式承載，如圖2 所示。表格中的信息可實(shí)現(xiàn)在3DE 平臺(tái)上一鍵導(dǎo)入，智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而為電氣二次正向化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)支撐。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板

智能化處理離不開(kāi)輔助系統(tǒng)的支撐。依托于規(guī)程規(guī)范，并融入設(shè)計(jì)院多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建立了專(zhuān)家系統(tǒng)，用于保障整個(gè)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。比如，根據(jù)GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范，建立了電纜選型規(guī)則，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜自動(dòng)選型，替代了傳統(tǒng)手動(dòng)輸入。數(shù)字化設(shè)計(jì)需要對(duì)各種信息進(jìn)行規(guī)范化編碼，由此建立了一系列編碼規(guī)則。比如，電氣設(shè)計(jì)中必不可少的電纜編號(hào)，通過(guò)參考有關(guān)規(guī)定并借鑒之前的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，建立了電纜編號(hào)規(guī)則。系統(tǒng)根據(jù)該規(guī)則可實(shí)現(xiàn)電纜自動(dòng)編碼，既可用于系統(tǒng)對(duì)電纜的識(shí)別，又可用于施工圖的信息輸出。每個(gè)工程的電纜型號(hào)不同，如阻燃/低煙無(wú)鹵/耐火、聚氯乙烯絕緣/聚乙烯絕緣等，智能化系統(tǒng)可根據(jù)每個(gè)工程實(shí)際需求，快速修改源程序，實(shí)現(xiàn)每個(gè)項(xiàng)目此類(lèi)參數(shù)的自定義修改。系統(tǒng)的另一個(gè)重要支撐是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備庫(kù)，結(jié)合主流產(chǎn)品參數(shù)，建立了相關(guān)電氣設(shè)備的三維模型，并豐富了設(shè)備信息，比如增加電纜外徑、重量等參數(shù)，以便于正向化多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息調(diào)用。

基于以上輔助系統(tǒng)的支撐，建立電氣二次接線智能設(shè)計(jì)模塊，它同時(shí)展示了電纜兩端的信息，可在一個(gè)界面實(shí)現(xiàn)1 端到N 端的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。該模塊具有以下4 個(gè)亮點(diǎn)功能：①系統(tǒng)可以給每根電纜自動(dòng)賦色，提高辨識(shí)度；②工程師只需根據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)選取要連接的信息點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)拾取遠(yuǎn)端信息，對(duì)側(cè)自動(dòng)更新；③電纜型號(hào)和電纜編號(hào)根據(jù)智能化輔助決策系統(tǒng)自動(dòng)選型，對(duì)側(cè)自動(dòng)更新；④左下角的區(qū)域支持自定義修改，可以對(duì)自動(dòng)生成的信息進(jìn)行手動(dòng)修改，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先采用人工設(shè)定值。

通過(guò)利用已開(kāi)發(fā)的CIL 系統(tǒng)在三維環(huán)境中快速建立電纜通道，然后將智能化處理后的二維邏輯圖與三維環(huán)境進(jìn)行映射，借助BIM 模型中規(guī)劃的電纜通道進(jìn)行電纜自動(dòng)敷設(shè)，最后可一鍵生成Excel 型式的電纜敷設(shè)表。該表經(jīng)過(guò)格式化處理，包含電纜始端、終端、電纜型號(hào)、編號(hào)、長(zhǎng)度、路徑等全部電氣二次電纜敷設(shè)需要的信息，完全可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。同時(shí)，為了滿足國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的施工圖型式需要，智能化系統(tǒng)也可生成傳統(tǒng)的端子接線圖。

3 應(yīng)用前景

研究成果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)快速讀取、電氣二次設(shè)計(jì)“一張圖”、信息自動(dòng)生成、輸出格式化等，可極大提高水力發(fā)電廠電氣二次設(shè)計(jì)效率和出圖質(zhì)量，能為減少設(shè)計(jì)周期、縮短調(diào)試時(shí)間、實(shí)現(xiàn)早日發(fā)電提供重要保障。本成果不受行業(yè)限制，可廣泛應(yīng)用于水電、變電站、火電、核電等的電氣二次設(shè)計(jì)工作。

同時(shí)需要指出的是，電氣二次接線智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面需要依賴于廠家按照標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板提供端子信息，這需要在招標(biāo)階段進(jìn)行明確。另一方面，電纜的自動(dòng)敷設(shè)需要借助于BIM 模型，這就需要整個(gè)項(xiàng)目能提供三維數(shù)字化支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)水力發(fā)電廠電氣二次接線設(shè)計(jì)存在的弊端，提出了數(shù)字化設(shè)計(jì)新模式。研究成果主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)：①吸納了汽車(chē)、飛機(jī)等行業(yè)電氣二次數(shù)字化的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水電行業(yè)的特點(diǎn)及自身實(shí)際設(shè)計(jì)模式，提出了水電行業(yè)電氣二次數(shù)字化設(shè)計(jì)框架。②融合大量專(zhuān)業(yè)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程師實(shí)際需求，打造了電氣二次智能化設(shè)計(jì)模板。可實(shí)現(xiàn)在“一張圖”上實(shí)現(xiàn)端子圖設(shè)計(jì)工作，包括兩端信息同界面查找、提取和連線，電纜自動(dòng)選型，電纜編號(hào)自動(dòng)生成等。③大膽創(chuàng)新，建立了3DE 應(yīng)用新模式。首次在3DE 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)Excel 表格導(dǎo)入的信息符號(hào)化顯示，該模式不僅可應(yīng)用于水電廠電氣二次設(shè)計(jì)，還可以用于其他行業(yè)和專(zhuān)業(yè)的3DE 平臺(tái)數(shù)字化設(shè)計(jì)。