电网协同设计信息系统的建设与应用

江春华，罗新伟，陈显龙，孙敏杰，牛仁义

(北京恒华伟业科技股份有限公司，北京 100011)

1 建设背景

1.1 现有问题分析

国家电力行业高速发展，电网建设规模加大，加剧了电力勘测设计市场的竞争。电力勘测设计企业要在新的环境下，确保在行业中的优势地位，需加速完善其设计工程管理技术，提升设计水平和设计工作效率，以提高企业竞争力。

电网发展带来更密集的网架和更复杂的系统，在开展设计工作时，需要收集更详细的基础数据资料，各专业之间的协同设计会更加密集。电力设计院积累的大量的设计资源，目前采用分散的文件式储存、手工查找的方式而非集中的信息化管理方式，资料共享程度低、难度大。采用独立的文件存储方式来存储和管理设计成果数据，使得协同设计的难度较大且容易出错。从这两方面来说，目前的方法和形式都难以响应高效、高质量的应用需求。

从设计业务及技术方面考虑，传统的设计方式一般局限于二维、静态的表达方式，它描述空间位置关系直观性差，不能直接、完整、准确、动态的表达真实的现场情况，越来越不能满足设计的精度要求。为此亟需通过技术手段整合设计资源，提高设计资源检索、输出效率，辅助设计勘测设计人员解决好路径规划、场站选址，设计、施工及运行中涉及到的诸多因素，提高电网设计的水平和质量。

1.2 解决思路

以国家三集五大体系中“大规划”体系建设的思路为基本指导方向，以电网设计 的业务和技术层面为突破口，实现电网设计 的多阶段、跨专业的数据资源共享和协同工作。为实现多专业协同设计的目标，需充分梳理电网设计 相关业务需求和数据流，规范设计工程数据模型和接口方式，建立统一的技术规范和技术架构，整合现有模块，标准化新建模块，实现各专业的“横向协同”和规划设计中各设计阶段的“纵向贯通”，有效解决上述问题，为设计院或企业提供支持多专业协同设计的信息系统。具体包括：

(1)工程管理模块：实现设计工程的多版本管理。

(2)统一的资源管理模块：实现对各类设计基础数据的管理。

(3)设计标准管理模块：实现智能化设计的标准库管理。

(4)输电线路设计模块：在前三个模块的支撑下，具体提供输电架空线路多场景精细化设计相关功能。

(5)各模块之间的无缝集成。

2 整体架构

电网协同设计信息系统的架构：遵循 SOA标准体系，具备一体化、模块化、智能化特征，满足输电架空线路设计过程中的所有业务需求及各方面管理对电网设计 需求的新一代电网设计 技术支持系统。

系统以数据层为核心基础，提供基本的数据存储、贯通、全生命周期管理等面向对象服务接口。平台层是信息化系统架构的载体，为上层业务应用提供支撑。包括服务端组件容器、公共组件库和用于快速开发部署的工具链。业务层针对设计领域主要业务进行提炼和融合，并结合国家电网SG186、三集五大等战略考虑，以业务组件或模块组合的方式提供基于平台层、数据层的业务系统。在用户不能一次性部署全部模块的情况下，可通过灵活组织业务模块或者各层的资源，组成面向细分业务领域的产品套装，如电网规划产品、电网设计产品，这些产品既能独立使用，同时又能作为系统的一部分。

2.1 系统架构

系统架构分为数据模型层和系统平台层两大部分，其关系和内部结构见系统总体架构图。系统平台层部分可具体分为三块：为终端应用提供的应用框架、为桥接各系统和公共服务提供的核心服务、为实现复用抽取的公共服务。

数据模型层部分以数据存储层为基础，保存业务系统用到的各种业务数据和模型本身的定义数据。数据存储层在存储技术上不限于使用关系型数据库，将根据业务数据需要将各类数据最终的存储方式分别对待，比如基于Key-Value思想的NoSql非关系型数据库、文件等。数据模型层的最顶端是封装层，意味着各业务系统不能直接使用数据存储层的数据，必须通过封装层的面向对象接口访问。

2.2 业务架构

业务架构包含业务层和产品套装层。业务层提供可以独立使用的典型业务信息化系统，这些系统在业务功能上基本没有交叉重叠，主要分为管理类系统和离线工具两大类。在保持独立性的同时，各个系统之间存在一定的业务关联，如线路设计工具集里的辅助设计工具与设计工程管理系统、设计标准管理系统等存在业务流程互通关系。这样的业务系统布局，在架构上采用了模块化设计思想，实现了业务层面的“高内聚”、“低耦合”。

产品套装层里提供的独立产品是通过对业务层的各业务系统模块组装实现的，产品套装的数量和某个产品覆盖的业务规模视具体情况而定，例如，可以将设计工具集和各设计管理系统组合起来形成“标准化协同设计平台”。

3 设计系统功能组成

3.1 设计工程管理

工程设计工作的基本组织单位和任务安排的主线，在电网设计工程管理过程中，引入版本管理技术，实现资源与标准的统一管理，工程的分阶段管理、分工设计、设计成果的合并及版本管理。设计管理模块主要的业务流程：工程立项启动->各个专业协同设计->设计成果提交->设计成果专业内审核->设计成果评审->设计成果移交归档。设计工程管理系统主要解决以下几个问题：

(1)实现跨专业和跨阶段的协同设计，将设计工程数据结构化，并引入版本机制，使不同专业、处于设计不同阶段的人员在工程的生命周期内，只操作一份工程数据，使用不同的版本来记录操作历史。从技术上解决协同设计问题。

(2)实现设计资源的共享与管理，通过图档资源管理模块，来实现管理工程各个阶级、各个专业提交的设计成果，防止设计资源重复收集，解决资料收集难度大、收集任务繁琐等问题。同时设计成果也是发起评审、移交的基础素材。

(3)实现设计成果的归档，通过设计成果内部审核的流程机制，防止随意提交，确保设计成果提交的质量。

(4)提供与设计评审、移交等信息化系统接口，真正实现依托行业标准规范，实现标准设计、智能评审、规范移交的目的。

3.2 图形资源管理

图形资源管理提供多种资源共享以及服务，包括：基础空间图形数据、三维场景数据、专题数据、勘测数据、现状电网数据、设计电网数据。通过数据共享最大化的减少重复勘测、采集。减少地图数据的重复采购。为了增强系统的可扩展性，且为各专业提供一个可共享交换的资源管理平台，实现数据集中管理、成果集中管理、数据服务于生产的基本思路。

3.3 设计标准管理

设计标准包括常规意义上的标准设计即典设(国网公司、各网省公司以及各地市公司制定的标准)，包括各设计单位(设计院、设计公司)现行使用的一套单位内部的标准，也包括设计人员对这些设计标准修改后形成的新的标准。设计标准具体的内容包括设备物资库、典设资料库、设计规程库以及所有软件提取出来的设备符号、设备属性、关联图集、字典、参数等。还包括实际业务中因为使用设计标准而生成的数据的管理(例如统计标准的使用频率以判定标准的成熟度)。

设计标准管理包括对设计标准的整体管理和数据的管理。设计标准管理包括标准数据的维护、标准库的管理、设计标准的逐步完善；设计标准管理的业务来源于设计标准的制定和完善的要求，来源于设计人员使用设计标准的业务要求。设计标准管理的功能分布于设计标准管理系统和输电架空线路设计系统中。这两类子系统都处于系统的顶层，面对最终用户。

3.4 架空线路设计

(1)线路路径设计

为工程线路规划路径，依据线路所经行政区域、沿线自然条件、水文气象条件、地质条件、交通条件、城镇规划、重要设施、自然保护区、环境特点、重要交叉跨越等，选择一个或多个合理方案。设计人员对比各方案路径长度、地形比例、曲折系数、房屋拆迁量、主要材料耗量、投资差额等，确定一条最优线路路径。

(2)杆塔定位设计

根据测量数据，主要是转角桩位和交叉跨越、地物的信息，结合气象条件、地质条件和设计规程，经过一系列的校验，确定线路杆塔类型、位置、高度等。排位设计时主要的校验项包括对地安全距离校验、杆塔上拔校验、导线和金具强度校验等。

(3)杆塔基础设计

杆塔基础设计是杆塔设计的重要部分，为了保证杆塔不倾覆，能支撑架空线并有足够的抗拉力，必须保证杆塔基础经过严格的受力计算和土建设计。杆塔基础设计包括根据杆塔类型、导线型号、气象条件、地质条件、施工工艺等，确定杆塔基础的形式，计算杆塔基础受力，确定基础组装方式等。

(4)杆塔选型、设备选型

结合标准设计方案，在符合电气校验和间隙校验的基础上，选取确定标准设计中的杆塔和设备型号。选型过程中，经济性作为重要的指标指导杆塔和设备的确定。

(5)材料统计

统计出工程或线路用到的设备、材料，作为技经的基础数据。统计时会按多种分类进行统计，按照新建、原有、拆除统计材料，按照电压等级统计材料，按照工程或线路汇总材料，按照模块统计材料，例如分基础、横担、拉线、悬垂串、表箱进行材料统计等。

(6)成果输出

作为工程设计成果需要提交的除了设计图纸(断面图、路径图)、统计材料(设备材料清册)外，还包括目录、设计说明书、杆型汇总表、杆塔组装图、拉线组装图、金具组装图、基础组装图、杆塔明细表、导线弧垂表(导线机械特性曲线表)等。

4 结语

本文重点介绍了北京恒华伟业科技股份有限公司研制的基于协同设计思想的电网协同设计信息系统，该系统主要分为四个部分：图形资源管理子系统，实现对各类设计基础数据的管理；设计工程管理子系统，实现设计工程的多版本管理和协同设计；设计标准管理子系统，实现智能化设计的标准库管理；输电架空线路设计子系统，在前三个子系统的支撑下，具体提供输电架空线路多场景精细化设计相关功能。该系统的建设和应用必将促进电网设计技术支持系统的跨越式发展。为电网的设计、管理带来巨大的经济效益。对整个智能电网的发展也具有重大的意义。

目前，电网协同设计信息系统已经在北京电力经济技术研究院、国核电力规划设计研究院、山西电力勘测设计院、内蒙院电力勘测设计院全面上线运行，建立了统一的设计图形资源和设计标准管理库，实现电网设计的多人分工协同设计，设计成果统一合并管理，提高了资源的利用效率，并从本质上提高设计的效率。

[1]国家电网公司.关于国家电网公司“五大”体系建设总体方案的报告[R].北京:国家电网公司，2011.

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