一种基于三维技术的变电站构架设计方法、系统、设备和介质与流程

1.本发明涉及变电站设计技术领域，具体地说是一种基于三维技术的变电站构架设计方法、系统、设备和介质。


背景技术：

2.在进行变电站建造之前，首先会进行变电站总体构架的设计，现有变电站构架的设计大都采用平面设计，这是因为平面设计中的二维cad系统有强大的绘图、编辑、尺寸标注的功能，在提高绘图效率的同时便于以后的修改及管理，但是二维平面设计难以描绘空间三维实体的情况。许多变电站在设计前，设计者心中都会酝酿一套比较完美的设计方案，但由于二维设计图纸的直观性较差，往往会出现设计方案与现场施工之间的差距，被迫发生设计变更。如：构架上接线点的位置发生偏差，接线角度更是根据现场施工经验来完成，增加了一定的施工难度。由于二维设计的局限性，设计意图不能清楚表达，导致返工率高，不但影响了工程进度，也浪费了人力和物力。
3.变电站构架为电气导线挂接的直接载体，含构架柱、构架梁、基础、相关附件等，均为满足工艺要求所需的构件。其特点为外部轮廓基本统一，样式较为单一，但细节零部件较多，且伴随工艺需要，变化性较强。例如，构架柱分为格构式和人字型两种，格构式构架柱主要是由圆管(角)支柱及爬梯、避雷针等组件材料组成，而人字型构架柱主要是由角钢、支柱及爬梯、避雷针等组件材料组成。
4.如图1～图2所示的变电站构架二维图可以看出，电气专业设计人员需要反复查看平面图、轴测图，并仔细核对图面上的标号信息才能完成专业间的协同设计，同样施工人员的施工难度可想而知也是十分巨大。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于三维技术的变电站构架设计方法。首先要完成构架模型的建立，构架模型涉及到导线张力下的承载力计算，建模前需采用专业软件进行计算，然后再在整体变电站模型中进行建模布置。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.第一方面，一种基于三维技术的变电站构架设计方法，其包括以下步骤：根据设计规范及工程特点，建立变电站构架模型，并确定其参考点；将建立的变电站构架模型按照ifc的标准格式导出，得到ifc模型文件；以参考点为基准，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的总平面；将导入完成的变电站架构模型与其他专业模型同时加载到工程中，完成相互专业间的协同配合和设计。
8.进一步，建立所述变电站构架模型时，采用二维cad系统3d3s软件。
9.进一步，所述建立变电站构架模型的方法，包括以下步骤：
10.根据设计规范及工程特点，在3d3s软件的选取构架参数化模块中建立变电站初始构架模型，并利用3d3s的点命令在建立的变电站初始构架模型的预设位置处创建参考点；
11.在变电站初始构架模型的相应节点上施加对应载荷并定义相关附属构件，得到变电站构架模型；
12.对得到的变电站构架模型进行分析计算，完成构架模型整体和各个杆件的内力及变形计算，生成杆件节点。
13.进一步，所述变电站构架模型包括若干结构组，各所述结构组包括若干杆件。
14.进一步，所述从二维cad系统中将建立的变电站构架模型导出时，通过在二维 cad系统中设置模型导出接口模块实现，且所述模型导出接口模块以ifc文件标准对输出内容进行定义。
15.进一步，所述模型导出结构模块包括导出基本单位模块、导出内容模块以及导出属性模块，且所述导出基本单元模块、导出内容模块以及导出属性模块分别与cad 系统中建立的变电站构架模型数据相关联；
16.所述导出基本单位模块用于根据变电站架构材料统计设计的需要从相应模型数据中对选择的构件或组件进行导出；
17.所述导出内容模块用于根据不同设计阶段模型深度和模型轻量化要求，从相应模型数据中对选择的节点内容进行分类导出；
18.所述导出属性模块用于从相应模型数据中导出相应的架构属性数据。
19.进一步，所述将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的方法为：打开变电站三维设计平台，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台；利用变电站三维设计平台中的revit功能将生成的ifc模型文件打开；以ifc模型包含的参考点为基准，通过参考点的抓取将ifc模型放入变电站三维设计平台中。
20.第二方面，一种基于三维技术的变电站构架设计系统，该系统包括：
21.数字化建模模块，用于根据设计规范及工程特点，在二维cad系统中建立变电站构架模型，并确定其参考点；
22.模型导出模块，用于将建立的变电站构架模型按照ifc的标准格式导出，得到ifc 模型文件；
23.模型导入模块，用于以参考点为基准，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的总平面；
24.模型展示模块，用于将导入完成的变电站架构模型与其他专业模型同时加载到工程中，完成相互专业间的协同配合和设计。
25.第三方面，一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述基于三维技术的变电站构架设计方法的步骤。
26.第四方面，一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述基于三维技术的变电站构架设计方法的步骤。
27.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
28.(1)本发明通过设置模型导出接口模块，使得变电构架模型在不同软件之间以通用ifc格式进行数据传导，实现了设计流程计算绘图一体化，确保工程设计质量和后期使用安全；
29.(2)本发明中变电站构架模型以专业计算软件3d3s实现，构架计算是在大风、覆冰
等条件下，根据钢材截面、强度、模量模型等信息计算构支架在各种荷载作用下的承载力，稳定性、位移变形，构架计算模型的建立、各种荷载工况下的计算、构架加工详图均由专业软件完成，经计算满足的构架模型能够从专业软件中提取传输至变电三维设计平台布置，完成与电气的带点距离校验、导线挂接等协同设计，整个设计流程一体化，降低设计变更率，提高设计效率；
30.(3)通过三维设计后的构架模型乃至整个变电站模型可以为业主提供可视化技术交底，为施工人员直观展示出二维图纸中无法表达出的隐蔽点、专业衔接点，提高施工效率，保障工程进度。
31.因此，本发明可以广泛应用于变电站设计技术领域。
附图说明
32.图1为传统收口式三角梁局部平面图；
33.图2为图1所示收口式三角梁在某500kv变电站中的布置轴测图：
34.图3为本发明实施例提供的基于三维技术的变电站构架设计方法流程图；
35.图4为本发明实施例提供的变电站架构在3d3s中的设计过程示意图；
36.图5为图4设计完成的架构导出过程示意图；
37.图6为本发明实施例提供的revit软件导入ifc文件界面；
38.图7为本发明实施例提供的在3d3s中定义参考点示意图；
39.图8为本发明实施例提供的导入revit软件中的参考点示意图；
40.图9为本发明实施例提供的revit软件将图4在3d3s中设计的架构成功导入后的示意图；
41.图10为图9的变电站架构模型与其他专业模型完成协同设计后的示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
43.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。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.实施例1
46.如图3所示，本实施例提供一种基于三维技术的变电站构架设计方法，其包括以下步骤：
47.1)数字化建模：根据设计规范及工程特点，在二维cad系统中建立变电站构架模型，并确定其参考点。
48.优选地，上述步骤1)中，对变电站构架模型进行建立时，采用的二维cad系统为专
业计算软件3d3s软件。
49.具体的，建立变电站构架模型的方法，包括以下步骤：
50.1.1)根据设计规范及工程特点，在3d3s软件的选取构架参数化模块中建立变电站初始构架模型，并利用3d3s的点命令(point)在建立的变电站初始构架模型的预设位置处创建参考点，以便后续模型导入至变电站三维设计平台时进行定位。
51.其中，3d3s软件的选取构架参数化模块由构架截面形式和各个参数表构成，包括构架柱和梁的整体形式、基底尺寸(附带基底中心点)、分段高度及分段杆件、材料特性等内容。根据工艺资料及平面布置填写对应的参数建立变电站初始构架模型，该初始构架模型的梁柱可分成若干结构组，各个结构组又由若干杆件组成。
52.1.2)在变电站初始构架模型的相应节点上施加对应载荷并定义相关附属构件，得到变电站构架模型。其中，附属构件，包括各个杆件截面规格、节点、爬梯、端子等。
53.1.3)对得到的变电站构架模型进行分析计算，完成构架模型整体和各个杆件的内力及变形计算，生成杆件节点。
54.在整个模型建立和计算过程中，变电站构架模型准确的表示了变电站构架钢梁结构形式，高度、跨度、导线挂点、挂线板，且杆件的主材强度、截面形式、防腐类型等材料属性与模型件是一一对应的。
55.2)模型导出：将建立的变电站构架模型按照ifc的标准格式导出，得到ifc模型文件。
56.具体地，从二维cad系统中将建立的变电站构架模型导出时，可以通过在二维cad 系统中设置模型导出接口模块实现，且该模型导出接口模块以ifc文件标准对输出内容进行定义，包括导出方式“按构件导出”、“按组导出”可选择，是否导出节点可选择，架构属性数据、节点等内容可设置导出。
57.在一个优选的实施例中，模型导出结构模块可以包括导出基本单位模块、导出内容模块以及导出属性模块，且导出基本单元模块、导出内容模块以及导出属性模块分别与cad系统中建立的变电站构架模型数据相关联。其中，导出基本单位模块用于根据变电站架构材料统计设计的需要从相应模型数据中对选择的构件(例如零散的杆件和零件)或组件(例如整个梁段或塔段)进行导出；导出内容模块用于根据不同设计阶段模型深度和模型轻量化要求，从相应模型数据中对选择的节点内容进行分类导出；导出属性模块用于从相应模型数据中导出相应的架构属性数据。
58.3)模型导入：以参考点为基准，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的总平面。
59.优选地，变电站三维设计平台是指基于revit二次开发完成的三维设计平台。
60.具体地，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的方法为：打开变电站三维设计平台，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台；利用revit自身的打开ifc文件的功能将生成的ifc模型文件打开；以ifc模型包含的参考点为基准，通过参考点的抓取将ifc模型放入变电站三维设计平台中。
61.由于变电站构架模型是以ifc文件格式进行数据传递，导入变电站三维设计平台后操作性有限，仅支持移动、复制、杆件拉伸等简单操作，且在变电站三维设计平台中的二次操作并不会改变对应的ifc参数，所以在3d3s软件中将变电站架构模型确定后需要对文
件数据与变电站三维设计平台进行数据格式的对接再导出成ifc文件，即该过程是一种单向的对接关系。
62.4)模型展示：将导入完成的变电站架构模型与其他专业模型同时加载到工程中，完成相互专业间的协同配合和设计。
63.实施例2
64.本实施例对实施例1的方法做进一步详细介绍。
65.1、数字化建模
66.如图4所示，第一步，利用专业计算软件3d3s的选取构架参数化模块，建立变电站初始架构模型。同时在3d3s中预先使用点命令(point)在合适的位置创建参考点，程序会在导出ifc模型的过程中一并导出该点，在模型导入三维设计平台中可利用该点进行定位。
67.第二步，进行荷载输入并施加在对应的模型节点上。构架柱外形模型应准确建立，正确反映构架柱高度及外形，方便后续导线挂接和带电距离校验。
68.第三步，定义各个杆件截面规格、节点和诸如爬梯、端子的其他附属构件。
69.第四步，进行分析计算，完成整体和各个杆件的内力及变形计算，生成杆件节点。
70.2、模型导出
71.如图5所示。针对revit软件可以导入国际通用格式ifc模型的特点，在3d3s 中设置模型导出接口模块按照ifc的标准格式导出变电站构架模型文件。弹出参数对话框，该对话框包括导出基本单位、导出内容、导出属性，以上三部分与建立的变电站构架模型数据是相关联的。
72.在导出基本单位中，可以选择导出的ifc模型是以单杆件还是结构组来展示，单杆件或结构组在建模过程中第一步已定义。根据变电站架构材料统计设计的需要，设置了“按构件导出”和“按组导出”两种形式，选择前者则以零散的杆件和零件导出，选择后者会以整个梁段或塔段导出，导入变电站三维设计平台后，这种功能依然可以发挥作用，可以整体移动操作，且材料统计也会以整体进行统计。
73.导出内容中，可选择相应的内容进行分类导出。其中，主要杆件截面一般都要导出，建模过程中的第三步节点或附属结构在这里要进行选择，针对变电站架构不同设计阶段模型深度和模型轻量化要求，选择“不导出节点”或“仅导出平台节点”来示意梁柱的连接。同时一般也不需要对杆件端头切割，这样的模型一般较为轻量化，满足初设阶段要求，施工图设计阶段，可以根据需要较好地还原施工图纸上的详细内容，此时可以将节点、附属结构一并导出。
74.导出属性管理中，决定了导出单位的属性参数，在建模过程第四步中的所有属性在导出属性管理表中都可以查阅，同时也支持用户自定义属性。
75.如图6～如8所示，通过变电站三维平台平台读取ifc模型文件，打开变电站三维设计平台，将生成的ifc模型文件导入该变电站三维设计平台，并利用revit自身的打开ifc文件的功能将生成的ifc文件打开。将ifc模型文件读取至变电站三维设计平台时，模型自带附属的基底尺寸中心参考点，通过参考点的抓取将模型放入总平面中。
76.4、模型显示
77.如图9所示，为导入变电三维设计平台后的模型显示，可以很清楚的看到通过ifc 格式传递的变电站构架模型文件同采用3d3s软件设计时的模型一模一样，这样就保证了三
维模型的正确性和源头的唯一性。
78.如图10所示，将导入完成的构架模型与其他专业的模型同时加载到工程中，即可完成相互专业间的协同配合、设计。
79.以上实例仅展示了变电站构架三维设计模型在3d3s软件和revit之间的传导方法，由于ifc是一种国际通用模型格式，该发明中使用的3d3s导出软件接口在其他支持 ifc导入的变电三维设计平台中理论上也可通过。
80.实施例3
81.上述实施例1提供了一种基于三维技术的变电站构架设计方法，与之相对应地，本实施例提供一种基于三维技术的变电站构架设计系统。本实施例提供的识别系统可以实施实施例1的基于三维技术的变电站构架设计方法，该设计系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该设计系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的设计系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例的系统的实施例仅仅是示意性的。
82.本实施例提供的基于三维技术的变电站构架设计系统，包括：
83.数字化建模模块，用于根据设计规范及工程特点，在二维cad系统中建立变电站构架模型，并确定其参考点；
84.模型导出模块，用于将建立的变电站构架模型按照ifc的标准格式导出，得到ifc 模型文件；
85.模型导入模块，用于以参考点为基准，将ifc模型文件导入变电站三维设计平台的总平面；
86.模型展示模块，用于将导入完成的变电站架构模型与其他专业模型同时加载到工程中，完成相互专业间的协同配合和设计。
87.实施例3
88.本实施例提供一种与本实施例1所提供的基于三维技术的变电站构架设计方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。
89.所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的基于三维技术的变电站构架设计方法。
90.在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
91.在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
92.实施例4
93.本实施例1的基于三维技术的变电站构架设计方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例 1所
述的基于三维技术的变电站构架设计方法的计算机可读程序指令。
94.计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
95.在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明对本体、关系、属性的定义，以及实体之间的关系网络做出各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本发明所附的权力要求的保护范围。
96.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
97.本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
98.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。
99.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。
100.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。