趋势洞察 驱动数字化设计应用

文|宋佩珂 冯运超

随着电力工程管理水平的不断提高，不管是项目业主单位还是施工单位，均希望设计图纸的表达更加精细、更加具体。这就意味着在设计周期越来越短的情况下，图纸数量增加，图纸深度和成品质量均需有较大的提升。然而，传统电气二次设计采用以AutoCAD 为图板，以蓝图为设计成品，图纸设计与成品审核完全依靠人工完成，成品质量受设计人员水平的影响较大。因此，将数字化技术引入到电气二次设计中，以工程数据库为核心，实现图纸信息的存储与调用，提高设计效率，保证成品质量，已日渐成为电气二次设计的主流趋势。

西南电力设计院于2010年开始数字化设计的研究与探索，经过不懈努力，电气二次数字化设计技术逐步完善，并首次在山南220kV 变电站（以下简称“山南变”）的工程设计中全面推广应用。从工程数据库的创建，电气原理图的绘制，到端子排图和电缆清册的生成，数字化设计技术提升了设计深度，提高了成品质量，实现了图纸的标准化，取得了很好的应用效果。

山南220kV 变电站位于桑日县南侧雅鲁藏布江峡谷内，距离山南州府泽当约11.5km，是覆盖拉萨、日喀则、山南、那曲及林芝五地市西藏中部电网220kV 主网架的重要组成部分。

山南变电气二次线按智能变电站进行设计，全站电气二次施工图共计38 个卷册，除火灾报警系统、图像监视系统埋管图和接线图使用AutoCAD 绘制以外，其余所有卷册均使用数字化软件进行设计。

数字化设计

工程数据库创建与图纸标准化。与AutoCAD 绘图方式不同，开展数字化设计之前，首先要建立工程数据库。工程数据库主要包括电气符号库、电缆型号库和产品型号库，如图1所示。工程数据库的建立，一方面为工程数据信息的实时入库做好了准备，另一方面也保证了电气符号和设备选型的标准化，为实现电气二次标准化设计提供了保障。通过设置各类数据的显示样式，建立报表模板和端子排模板，能实现工程出图内容和出图样式的和谐统一，避免由于设计人员个人风格所导致的图纸差异，实现电气二次图纸的标准化。

图1 电气符号库和端子排模板

电气原理图数字化设计。以往我院电气二次设计以AutoCAD 绘制原理图为基础进行，大多采用框图的形式，如图2（a）所示。电气二次原理图中不表示设备内部接线，只表示外部接线的端子号。这种出图方式绘制二次设备之间相互联系的原理图，注重系统内各二次设备之间整体、宏观的连接，是一种相对常规的、传统的出图方式。

山南变采用数字化设计软件设计，出图方式以屏柜为单位，在各屏柜厂家资料的基础上展开设计。各个相关设备之间交叉链接，可显示对侧屏柜的屏柜名称、接线端子号、所属卷册、电缆接线等相关信息。如图2（b）所示，原理图的左侧为设备内部接线及端子，中间绘制电气回路号及回路属性，右侧显示对侧设备名称、端子号及相关图纸编号。原理图中的端子信息、回路信息和电缆信息均可实时入库，箭头右侧的对侧设备信息通过数据链接符号的放置自动生成。当对侧设备端子号、回路号等信息发生变更时，接线图中的相关信息将自动更新，保证了前后数据的一致性。同一回路的信息只需赋值一次，就可在相关图纸中自动关联，为图纸查询提供了方便。

电缆清册数字化设计。数字化设计软件能实现电缆清册的精确开列。山南变电缆清册通过配置模板，从工程数据库中提取电缆信息自动生成，保证了原理图和电缆清册信息的一致。只要原理图绘制正确，电缆清册就可避免错漏。电缆清册模板（图3(a)）和电缆清册成品（图3(b)）如下图所示。通过使用统一的电缆清册模板，可实现电缆清册的标准化；电缆清册格式变化时，只需修改电缆清册模板即可重新生成电缆清册。

图3 电缆清册模板及电缆清册成品

数字化成品的深化设计。运用数字化技术进行电气二次施工图设计，除了能提供传统设计成品外，还能根据业主和施工单位的需求从数据库中提取多种形式的报表，如端子接线表、屏柜统计表等。在山南变数字化设计中，基于定制的报表模板从工程数据库中提取出电缆接线表，以电缆编号为序提供电缆每一芯的详细接线信息，为施工单位的接线和校验提供了方便。除纸质图纸外，数字化设计成品还可打印成带数据链接信息的PDF 文件提供给业主和施工单位。业主和施工单位只需安装Adobe 软件就可进行浏览，当点击PDF 文件中的数据链接信息时，文件页面可自动跳转，为图纸信息查询提供方便。

数字化校审

电气二次专业成品通常采用打印纸质图纸方式进行人工校审。数字化设计使得借助数字化设计工具进行图纸的校对和审核成为可能。

一方面，与传统校审方式不同，数字化设计工具的自动校审功能将与图纸的绘制同步进行。在设计过程中，数字化设计软件能自动检测重复的元器件名称和电气线编号，提示未链接的电气线和未接线端子，还能显示电缆芯数的使用情况，避免实际使用芯数超过电缆总芯数或是备用芯过剩。

另一方面，图纸绘制完毕后，数字化设计工具通过实时导航和精确定位功能为校审人员提供便利。实时导航能实现原理图两侧设备及原理图与端子排图之间的导航，方便校审人员随时查看对侧设备及相关端子排信息，实现对原理图和端子排图的一致性校审。精确定位功能，能通过设备名称对图纸信息进行检索，查找并定位到该设备所在的页面，提高校审效率。

数字化设计与传统设计方式对比分析

工程实例对比。西藏墨竹工卡220kV 变电站也按照智能变电站建设，工程规模与山南变电站类似。为更好地说明数字化设计与传统设计方式的差异，通过两个工程的出图数据进行对比发现，山南变用数字化软件设计，图纸数量增加，图纸深度加深，成品质量和图纸完整性均有所提高，满足了业主对设计成品的精细化要求，取得了良好的应用效果。

数字化设计与传统设计的差异主要体现在以下几个方面：

一是数字化设计以工程数据库为基础，设计图纸中的电气符号、电缆类型均从数据库中调取，有利于工程规范统一，且所有设计成品均是一种风格，不再因人而异，提高了设计的标准化水平；AutoCAD 软件绘图为机械绘图，随意性较大，设计时可能出现图面上电气符号、屏柜名称不一致等情况，设计出手成品的质量完全由设计人员的认真、仔细程度决定。

二是使用数字化软件设计，屏柜的原理接线包含了屏柜内部接线、对侧设备屏柜名称、图纸编号等信息，信息更完整更细致，也方便图纸信息的快速查询；原理图中对侧设备信息为软件自动生成，降低了手动添加对侧设备名称、端子号等信息出错的几率，甚至避免出错，提高了成品质量，减少了校审时间，提升了校审效率。

三是数字化设计时端子排自动生成，包含回路号、电缆去向、电缆编号、电缆型号和备用芯等信息，为施工单位电缆接线提供更多信息；AutoCAD 软件设计端子排图手动绘制，仅包含回路号、电缆去向和电缆编号信息。

四是数字化设计软件可以精确地统计电缆，自动生成电缆清册，且只要原理图绘制正确，电缆清册可以避免错漏；AutoCAD 软件设计则需手动开列电缆清册，容易出错。

五是数字化设计软件可以基于项目数据库提取多种形式的成品，只要数据信息存储于数据库中，只需配置模板，就可获得多种成品；而传统设计需要其它形式成品时，则需要重新绘制。

六是数字化校审方式除导出纸质图纸校审外，还可通过数字化设计软件实现电子化校审。

西南电力设计院在山南220kV 变电站中运用数字化设计技术，通过建立工程数据库，实现了电气二次图纸的标准化。通过运用数字化手段绘制电气原理图保存接线信息，实现了对侧设备信息的自动生成；通过配置模板提取数据库信息，实现了端子排图和电缆清册的自动输出；通过对数字化成品的深化设计，提取了多种形式的报表，生成了具有数据链接功能的PDF文件。通过运用数字化设计工具的自动校审和导航定位功能，实现了电气二次图纸的数字化校审。与传统设计相比，数字化设计成品质量提高，设计深度加深，满足了业主对工程精细化设计的要求。