隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)全面推進(jìn)，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐年增加，項(xiàng)目投資隨之增大，工程建造及管理工作日趨復(fù)雜，而輸變電工程作為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的核心，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大建設(shè)背景下輸變電工程精準(zhǔn)化、精細(xì)化、信息化和智能化的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維管控，對于促進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)健康發(fā)展有著極其重要的作用。同時(shí)，隨著電力市場三維設(shè)計(jì)及交付標(biāo)準(zhǔn)的出臺以及泛在電力物聯(lián)網(wǎng)等概念的提出，變化的外部需求必將要求建立一個(gè)全新的輸變電工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等各階段使用的信息模型，將各階段的數(shù)據(jù)資料收集整合且包含在信息模型中，讓工程全壽命周期中各階段的工作人員在使用該模型時(shí)都能獲得精確完整的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化和三維技術(shù)在中國電力勘測設(shè)計(jì)行業(yè)深化應(yīng)用，電網(wǎng)信息模型(GIM)逐漸成為新一代的輸變電工程數(shù)據(jù)模型，該模型是一種以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，研究通用的模型接口技術(shù)和統(tǒng)一的編碼技術(shù)，可集成輸變電工程全壽命周期數(shù)據(jù)的信息模型。

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)手段，是以現(xiàn)有設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)、三維技術(shù)等對現(xiàn)有設(shè)計(jì)方式進(jìn)行升級。而數(shù)字孿生技術(shù)是數(shù)字化設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維技術(shù)的集成應(yīng)用技術(shù)，是BIM技術(shù)在輸變電工程領(lǐng)域的深化應(yīng)用，也是三維建模、數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)、4D建造模擬技術(shù)、數(shù)字化成果移交技術(shù)與實(shí)景建模技術(shù)的集成應(yīng)用，還是以電網(wǎng)信息模型作為信息載體，以基于輸變電工程全壽命周期的數(shù)據(jù)信息為信息查詢、應(yīng)用及展示的基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程的三維虛擬展示和信息一體化應(yīng)用。

　　1 數(shù)字孿生技術(shù)簡介

　　數(shù)字孿生技術(shù)就是通過物理資產(chǎn)的數(shù)字孿生模型助力企業(yè)作出更明智的決策，從而提升數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平。具體到電力行業(yè)，是通過創(chuàng)建互聯(lián)數(shù)字孿生模型的電力生態(tài)系統(tǒng)，增加創(chuàng)造更大價(jià)值的機(jī)會，可充分利用電力數(shù)據(jù)造福公眾，這也是電力泛在物聯(lián)網(wǎng)的核心理念。數(shù)字孿生技術(shù)包括三大要素，即數(shù)字表達(dá)、持續(xù)更新和分析洞察。數(shù)字表達(dá)指的是對真實(shí)資產(chǎn)、流程及系統(tǒng)的數(shù)字表達(dá)，只有數(shù)字表達(dá)的資產(chǎn)才是有價(jià)值的;持續(xù)更新的含義是基于多數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)同步;而分析洞察的含義是可預(yù)估性及性能優(yōu)化。

　　輸變電工程的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用方向也是圍繞著三大要素來展開的，數(shù)字表達(dá)重點(diǎn)關(guān)注在數(shù)字化設(shè)計(jì)(三維設(shè)計(jì));持續(xù)更新重點(diǎn)關(guān)注在基建和運(yùn)維階段對設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)補(bǔ)充和持續(xù)更新;分析洞察是基于變電站的數(shù)字孿生模型，基于上層的應(yīng)用工具對模型進(jìn)行分析，輸出常用的分析報(bào)表，輔助業(yè)主進(jìn)行分析和決策。

　　2 數(shù)字孿生技術(shù)在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的應(yīng)用方向探討

　　輸變電工程數(shù)據(jù)作為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要數(shù)據(jù)，具有其獨(dú)特的特點(diǎn)。輸電工程數(shù)字化的重點(diǎn)是地形數(shù)據(jù)的獲取;變電工程數(shù)字化的重點(diǎn)是三維模型和數(shù)據(jù)的創(chuàng)建方法及數(shù)據(jù)共享方式。針對于輸變電工程的數(shù)字化應(yīng)用，國家電網(wǎng)公司出臺了一系列的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括《輸變電工程三維設(shè)計(jì)模型交互規(guī)范》《輸變電工程三維設(shè)計(jì)建模規(guī)范第1部分：變電站(換流站)》《輸變電工程三維設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則第1部分：變電站(換流站)》《輸變電工程三維設(shè)計(jì)軟件基本功能規(guī)范》《輸變電工程三維設(shè)計(jì)成果移交技術(shù)導(dǎo)則第1部分：變電站(換流站)》。這些標(biāo)準(zhǔn)的出臺，為輸變電工程數(shù)據(jù)的創(chuàng)建方法及數(shù)據(jù)交互提供了依據(jù)。而數(shù)字孿生技術(shù)和軟件工具的發(fā)展和提升，也為輸變電工程應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用以數(shù)據(jù)為核心，輸變電工程數(shù)據(jù)是以設(shè)計(jì)為龍頭產(chǎn)生并在施工和運(yùn)維階段不斷補(bǔ)充和更新。所以說精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生技術(shù)在輸變電項(xiàng)目中應(yīng)用的核心和基礎(chǔ)。下文中重點(diǎn)對輸變電工程數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和持續(xù)更新進(jìn)行詳細(xì)闡述。

　　2.1 數(shù)字孿生技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

　　2.1.1 實(shí)景建模

　　基于傾斜攝影技術(shù)，通過無人機(jī)拍攝照片，在實(shí)景建模軟件中基于照片快速生成輸變電工程的三維模型。這種方式無須昂貴或?qū)�業(yè)化的設(shè)備，通過對現(xiàn)場照片的自動處理，使用實(shí)景建模軟件即可幫助用戶快速創(chuàng)建高準(zhǔn)確度的三維工程實(shí)景模型，并使用這些模型在項(xiàng)目的整個(gè)生命周期內(nèi)為設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營決策提供精確真實(shí)的項(xiàng)目現(xiàn)場數(shù)據(jù)。實(shí)景建模技術(shù)還可與點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更高準(zhǔn)確度的輸變電工程設(shè)備/設(shè)施模型。實(shí)景建模技術(shù)可應(yīng)用于已投運(yùn)變電站及新建變電站項(xiàng)目，具有成本低、效率高的特點(diǎn)，變電站實(shí)景模型如圖1所示。

　　2.1.2 參數(shù)化設(shè)備建模

　　在輸變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中，三維技術(shù)以其直觀、簡便和數(shù)據(jù)豐富的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，三維設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)手段，它使用的目的是為了幫我們更多、更好及更高效地完成設(shè)計(jì);是一種強(qiáng)大的設(shè)計(jì)方式和表達(dá)手段。在真實(shí)的三維空間中去表達(dá)設(shè)計(jì)，去推敲設(shè)計(jì)，去交流設(shè)計(jì)，以三維(二維)的方式去交付設(shè)計(jì)成果。三維設(shè)計(jì)的核心就是設(shè)備/設(shè)施模型，而參數(shù)化設(shè)備/設(shè)施建模技術(shù)也是輸變電工程數(shù)字化表達(dá)的一種通用、簡捷的方法。參數(shù)化建模技術(shù)就是通過關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整而快速地得到所需的三維信息模型，是目前普遍采用的高效的建模方式。變電設(shè)備三維信息模型如圖2所示。

　　2.1.3 設(shè)計(jì)校驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

　　有了輸變電三維信息模型，也就是在計(jì)算機(jī)上有了一整套具有邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)模型，這個(gè)數(shù)據(jù)模型就是輸變電工程設(shè)計(jì)階段的數(shù)字孿生模型。基于該模型就可以實(shí)現(xiàn)自動化校驗(yàn)應(yīng)用，包括安全距離校驗(yàn)、防雷保護(hù)范圍校驗(yàn)和多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)沖突檢測等，通過先進(jìn)的校驗(yàn)手段，可大幅度地提高設(shè)計(jì)水平，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　2.2 數(shù)字孿生技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

　　數(shù)字孿生技術(shù)使設(shè)計(jì)成果的充分利用變?yōu)榭赡埽�因�(yàn)樵O(shè)計(jì)成果是完全使用數(shù)字來表達(dá)的，而且是可以進(jìn)行解析的。輸變電工程的設(shè)計(jì)成果是三維設(shè)計(jì)模型，三維設(shè)計(jì)模型中包含邏輯關(guān)聯(lián)、可視化的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，基于該數(shù)據(jù)可以建立輸變電工程的數(shù)字孿生模型，基于該模型提前對施工可能遇到的問題進(jìn)行預(yù)演，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，優(yōu)化施工工序和進(jìn)度安排，使輸變電工程得以按進(jìn)度保質(zhì)保量的完成，主要的價(jià)值點(diǎn)如下。

　　2.2.1 現(xiàn)場的高效率

　　數(shù)字孿生模型能夠更加清晰、直觀和準(zhǔn)確地表現(xiàn)工程建成過程中及建成后的狀態(tài)。能幫助工程技術(shù)人員和管理人員更快地了解工程細(xì)節(jié)，而不必花很多時(shí)間去讀懂二維圖，數(shù)字孿生打破了傳統(tǒng)模式下的瓶頸，簡化了施工方人員對于設(shè)計(jì)意圖的理解和掌握的過程。

　　2.2.2 減少返工

　　數(shù)字孿生模型更明確地表明了各個(gè)專業(yè)之間的交接面和數(shù)據(jù)關(guān)系，因而大量減少了因?qū)�業(yè)配合不當(dāng)而引起的碰撞和錯(cuò)位問題帶來的返工。國外統(tǒng)計(jì)資料表明，不采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的工程，返工率可占工程總?cè)斯�時(shí)的12%，而采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模式，返工工時(shí)可減少到2%。

　　2.2.3 提高配合效率

　　基于數(shù)字孿生模型，4D施工管理軟件可為參與工程建設(shè)的多個(gè)單位(業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)院、設(shè)備制造商和分包商)提供一個(gè)多方高效率合作的協(xié)作平臺。基于該平臺，各參與方可以高效、及時(shí)地獲得項(xiàng)目施工的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而對施工管理計(jì)劃作出最合適的調(diào)整。

　　2.3 數(shù)字孿生技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用

　　運(yùn)檢部門接收了輸變電工程項(xiàng)目的同時(shí)，也同步接收了輸變電工程數(shù)字孿生模型，因?yàn)閿?shù)字孿生模型是使用數(shù)字表達(dá)的，并且在設(shè)計(jì)和施工階段不斷進(jìn)行更新和維護(hù)數(shù)據(jù)模型，所以運(yùn)檢部門可以直接使用數(shù)字孿生模型來完成運(yùn)維工作的安排，即可大幅度提升運(yùn)檢效率，又可節(jié)省大量重復(fù)性工作。

　　2.3.1 智能巡檢

　　現(xiàn)階段電網(wǎng)運(yùn)檢人員每天都面對著大量煩瑣的工作，在進(jìn)行巡視的同時(shí)還要進(jìn)行資料對比、故障處理和現(xiàn)場勘察等工作，面對著大量要巡檢的線路和變電站設(shè)備，很難按照導(dǎo)則的要求進(jìn)行細(xì)致的巡檢，從而導(dǎo)致隱患缺陷無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成更大的損失。

　　而基于數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能巡檢，正是為了解決這一問題而興起的先進(jìn)技術(shù)，基于輸變電工程數(shù)字孿生模型，借助智能終端及現(xiàn)場勘察設(shè)備，快速獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)/照片/視頻，經(jīng)過軟件處理構(gòu)建現(xiàn)場的實(shí)景模型，與輸變電數(shù)字孿生模型對比分析，可快速及時(shí)地發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而有效地提升巡檢工作的質(zhì)量和效率。

　　(1)設(shè)備/設(shè)施故障隱患的提前發(fā)現(xiàn)及故障范圍確定

　　輸變電數(shù)字孿生模型中由靜態(tài)的設(shè)計(jì)/施工數(shù)據(jù)和動態(tài)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)組成，包括設(shè)計(jì)參數(shù)、廠商數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)及所有的相關(guān)圖樣。依據(jù)輸變電工程的運(yùn)維特點(diǎn)，可以基于數(shù)字孿生模型設(shè)定智能監(jiān)控策略，重點(diǎn)監(jiān)控易發(fā)生故障的設(shè)備/設(shè)施，當(dāng)設(shè)備/設(shè)施的監(jiān)控參數(shù)發(fā)生異常或接近報(bào)警閾值時(shí)，系統(tǒng)就會報(bào)警并自動定位到故障區(qū)域，運(yùn)維人員可以依據(jù)提示快速地到指定區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)排除，進(jìn)而將損失降到最低。

　　(2)項(xiàng)目現(xiàn)場的智能巡檢

　　傳統(tǒng)的巡檢方式主要依靠人力來完成，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低下，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。隨著實(shí)景建模技術(shù)(數(shù)字孿生體系的一種快速建模技術(shù))的普及，低成本、高準(zhǔn)確度的現(xiàn)場模型獲取變成可能，通過無人機(jī)快速獲取現(xiàn)場的照片，將這些照片導(dǎo)入運(yùn)維管理平臺，就可以快速地生成現(xiàn)場的實(shí)景模型。通過現(xiàn)場實(shí)景模型與數(shù)字孿生模型進(jìn)行對比，就可以快速發(fā)現(xiàn)問題和故障，這種方式可大幅度地提升巡檢效率和質(zhì)量，例如可通過模型對比發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備外部斷裂、輸電線路上有樹木影響電氣安全等問題。而近年來人工智能與實(shí)景建模技術(shù)相結(jié)合，更為運(yùn)維故障的智能判定提供了新的方向。

　　運(yùn)維平臺同樣支持專業(yè)的輕量化技術(shù)，進(jìn)而推進(jìn)移動終端的普及應(yīng)用。巡檢人員攜帶智能終端進(jìn)行巡檢，故障驗(yàn)證及排除時(shí)可從移動終端中快速地檢索需要的數(shù)據(jù)及故障處理方案，進(jìn)而提升故障處理能力，降低損失，避免因處置不當(dāng)帶來更大損失的弊端。

　　實(shí)景建模技術(shù)、人工智能技術(shù)及移動終端技術(shù)的結(jié)合，將會給智能巡檢提供全新的應(yīng)用模式。

　　2.3.2 可視化運(yùn)維

　　近年來，在輸變電工程數(shù)字孿生模型的基礎(chǔ)上，通過對三維模型監(jiān)測數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)的研究，探索如何在運(yùn)維階段利用輸變電工程數(shù)字孿生模型的方法。可視化運(yùn)維是集成輸變電工程三維設(shè)計(jì)模型和現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，展示并監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢，在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中，集中展示變電站的空間位置信息、設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)(靜態(tài)功能位置信息)、相關(guān)設(shè)計(jì)資料、巡視維修記錄、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、關(guān)鍵設(shè)備動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)及現(xiàn)場視頻監(jiān)視畫面。這種方式可以提高變電站運(yùn)行維護(hù)的管理水平和效率，更好地預(yù)防事故發(fā)生，制訂優(yōu)化的設(shè)備檢修計(jì)劃及事故應(yīng)急預(yù)案。

　　(1)現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)的接入

　　通過運(yùn)維平臺與監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口可將現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)接入到運(yùn)維平臺中，并可依據(jù)設(shè)備編碼自動與設(shè)備模型進(jìn)行集成。通過數(shù)據(jù)對接，可以構(gòu)建運(yùn)維階段的數(shù)字孿生模型。

　　(2)可視化瀏覽及數(shù)據(jù)查詢

　　以數(shù)字孿生模型為基礎(chǔ)，在三維可視化的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，查看各類運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)還可集成現(xiàn)場的攝像頭對項(xiàng)目現(xiàn)場的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，做到變電站遠(yuǎn)程實(shí)景監(jiān)控。

　　(3)提升運(yùn)維能力

　　數(shù)字孿生模型提供了三維模擬功能，運(yùn)維人員可以在數(shù)字孿生模型中進(jìn)行送停電、倒閘等操作聯(lián)系，通過這種虛擬環(huán)境下的多次練習(xí)，使運(yùn)維人員熟悉日常運(yùn)維工作的操作順序，較大幅度地提升運(yùn)維人員能力。而基于現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)維規(guī)則，可以輔助運(yùn)維人員對各種緊急情況進(jìn)行判定，并可結(jié)合預(yù)設(shè)的應(yīng)急預(yù)案，在最短時(shí)間內(nèi)對事故和故障作出正確的處理，以減少災(zāi)害和損失。

　　2.3.3 數(shù)字資產(chǎn)管理

　　隨著社會的發(fā)展和從業(yè)人員的流動，對于重資產(chǎn)的企業(yè)來說，怎么樣對自己的資產(chǎn)知根知底尤其重要;而對于一線管理人員來說，如何實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)派單”則更為實(shí)用。降低理解門檻、提升管理效率是資產(chǎn)管理的兩個(gè)核心要求。在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過可視化手段進(jìn)行資產(chǎn)管理，能夠較好地解決上述兩個(gè)問題，為資產(chǎn)管理提質(zhì)增效。

　　基于數(shù)字孿生模型，可以快速構(gòu)建數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)，可從圖形角度查看和使用帶空間定位的資產(chǎn)及相關(guān)信息。可以通過查看不同類型的線性資產(chǎn)和信息，提高決策能力。可以根據(jù)空間坐標(biāo)、沿線性網(wǎng)絡(luò)的位置或與其他資產(chǎn)的接近程度來定位資產(chǎn)。通過這種基于網(wǎng)絡(luò)的方法，可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行復(fù)雜的線性分析。

　　數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)可通過互聯(lián)數(shù)據(jù)環(huán)境訪問資產(chǎn)的所有數(shù)字信息，以直觀的三維沉浸式方式安全地訪問項(xiàng)目和資產(chǎn)數(shù)字化組件信息，獲得資產(chǎn)的情境關(guān)聯(lián)信息。沉浸式數(shù)字化運(yùn)營支持用戶在情境中以數(shù)字方式準(zhǔn)確地查看資產(chǎn)，從而改進(jìn)決策并最大限度地提高資產(chǎn)性能。

　　3 結(jié)束語

　　數(shù)字孿生技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)體系，是三維BIM技術(shù)、實(shí)景建模技術(shù)、三維激光建模技術(shù)、三維仿真和4D施工管理技術(shù)等的綜合應(yīng)用，在輸變電工程建設(shè)過程中全面推進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用，可有效提高輸變電工程設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維的質(zhì)量和效率。基于數(shù)字孿生模型，可逐步推廣到基建及技改項(xiàng)目定量評估、選址選線、資源復(fù)用和設(shè)計(jì)方案合理性評估等業(yè)務(wù)范圍，可輸出全項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析報(bào)表，大幅提升電網(wǎng)規(guī)劃的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，高效、精確地指導(dǎo)項(xiàng)目規(guī)劃與投資控制;可深化參數(shù)化三維建模、碰撞檢測、設(shè)備選型和工程量自動統(tǒng)計(jì)等方面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)資源大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)工程智能化、精細(xì)化三維評審;可建立與電網(wǎng)全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心接口，實(shí)現(xiàn)全數(shù)據(jù)、高準(zhǔn)確度的數(shù)字化移交等。

　　《數(shù)字孿生技術(shù)在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中的應(yīng)用探討》來源：《電氣應(yīng)用》，作者：王志鵬;蘭峰;趙勇;邱軒宇;趙志鵬