节约土地，高效输电：西南院打造“三站合一”奇迹

Bentley应用程序用于创建项目的数字孪生模型,确保地基的稳定性,并提高效率

远距离输电

白鹤滩水电站位于长江上游,是世界第二大水电站,由16台单机容量100万千瓦的发电机组组成。为了更好地将白鹤滩水电站发出的电能输送到中国东部地区7500万人口,解决东部负荷中心电力紧缺的问题,提高东部地区清洁能源占比,减少二氧化碳排放,当地政府建设了布拖±800kV换流站。如今,白鹤滩水电站产生的电能仅需7秒就输送到2000多公里外的中国东部地区。中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司(以下简称“西南院”)在项目中承担了规划选址和可行性研究,并牵头完成了工程的勘察设计工作。

为节约当地土地资源,西南院采用了“三站合一”建设方案,将两个送端换流站与主变电站同址合建,使设施更加紧凑。通过设备设施共用方案,站内用地较同类工程合计节省土地资源约10公顷。建成后的换流站占地63公顷,相当于90个标准足球场的面积。

在复杂地形上建造大型设施

为了开发这一大型复杂项目,西南院希望将数字化技术全面应用于规划、设计、施工、制造、运维等阶段。理想情况下,变电站的全生命周期内都将使用单一的数字化表示。他们还需要数字化设计来选择合适的场地。换流站规划选址区域的平均海拔高度约2000米,属于高海拔、高地震烈度地区,且地貌复杂多样,地形崎岖,峰峦重迭。选址之后,团队需要仔细核实桩基的长度,以确保能在多变的地形中支撑设施。

团队使用的设计平台需要能够在复杂、相对紧凑的空间内将两个换流站与主变电站结合起来,同时满足严格的国家建筑规范。此外,许多专业必须密切合作,以控制成本并与制造商协调。旧的设计技术已经行不通,二维设计无法验证三维布局,也不便于多专业协同设计以及设计数据的传输。团队早期曾尝试使用其他三维解决方案,但无法精确定位三维模型,也不足以支撑大型项目的数据量。西南院需要足够强大且灵活的解决方案来帮助他们克服所有挑战并满足要求。

利用数字孪生改进设计

该公司很快确定了Bentley应用程序能够为他们交付项目提供助力。他们利用ProjectWise建立了协同设计管理平台,轻松实现了数据共享以及权限和工作流控制。团队在建立互连数据环境后,利用MicroStation将地形模型与初步项目设计相集成,然后使用Bentley LumenRT创建高精度动画。借助可视化效果,比较了可选项目场址的数字化表示,从而帮助他们选择最佳地点。

西南院利用MicroStation、OpenBuildings和OpenSite创建了项目资产的数字孪生模型。他们利用OpenUtilities Substation设计并优化了站场规划,缩小了所需空间并避免了对周围环境造成不必要的影响。基于各专业数据库,搭建换流站的三维模型,完成三维模型校验,抽取换流站设计图纸,实现工程量自动统计和工程造价控制。为了协助开发,该公司在其开发环境中构建了基于人工智能的质量保证系统,进一步提高了效率。西南院利用STAAD确定并验证所需的桩基长度,确保了在各种地形中的稳定性。

节省大量成本

通过建立互连数据环境并创建项目的数字孪生模型,西南院实现了“三站合一”,减少了占地面积,并显著降低项目成本。合建方案提出了合建站共用设备设施方案,节省工程投资3.2亿元人民币。管道和线缆高效布局,换流站纵向尺寸较同类工程减小38米,站内用地较同类工程合计节省约10公顷。整个开发过程中各专业高效配合、精准计算,节约钢筋混凝土约1000立方米,节省钢材量约200吨,节省费用600万元人民币。

在选址过程中使用数字化设计,不仅找到了最适合的站址区域,还实现了站址方案不影响城镇规划,不占基本农田,节省土地费用约4500万元人民币。此外,西南院利用OpenSite使项目适应倾斜的地形,采用台阶式布置方案,节省土方量39万立方米,节省工程费用700多万元人民币,并将桩基长度的设计准确率提高了50%。数字孪生用于4D施工规划和施工过程管理。项目建成后,预计每年可以减少东部地区发电用煤2700万吨,减少二氧化碳排放4948万吨。

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