案例摘要
为破解电网工程数字化转型过程中面临的三维协同设计效率低下、海量BIM数据管理困难及广域网环境下数据安全与传输瓶颈等核心问题，本研究开展基于云平台的三维协同设计关键技术攻关，旨在构建一套自主可控、高效协同的技术体系。
一、实施背景
新一轮信息技术革命蓬勃发展，推动全球加速进入数字经济时代。以习近平同志为核心的党中央高度重视数字经济发展新形势，明确提出数字中国战略，强调加快数字中国建设，就是要适应我国发展新的历史方位，全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。2020年，国务院国资委发布了《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，提出探索构建“数据中台”“业务中台”等新型IT架构模式，建设敏捷高效可复用的新一代数字技术基础设施，加快形成集团级数字技术赋能平台，优化数据中心布局，提升服务能力，加快企业上云步伐。国家发展改革委、中央网信办联合印发《关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案》，提出以“筑基础”“搭平台”“促转型”“建生态”“兴业态”“强服务”六个方面的工作为主要方向，推进“上云用数赋智”行动，加快数字产业化和产业数字化，实现经济高质量发展。
二、实施目标
现阶段，我国相关技术长期被Bentley、Revit等国外企业所垄断，亟待研发具有国产自主知识产权、安全可控的BIM技术与设计软件，实现工程建设行业信息化领域关键技术的重大突破，保障行业发展的可持续性与电网行业的数据安全，持续为“数字中国”保驾护航。本案例的核心技术目标是构建一套基于云架构的电网工程三维设计数据存储和并发访问控制系统，为电网设计数据的高效存储、并发管理、实时性需求提供支持。研发国内首款电网工程三维设计云平台，改变三维设计原有的传统模式，实现设计工作网上开展、设计数据云端存储、设计过程全程管控，降低设计终端硬件需求，保障数据安全，提升设计效率。
三、建设内容
本项目基于国产BIM几何引擎、图形引擎、数据引擎并结合云计算等各类数字化技术，研究基于云平台的三维协同关键技术研究，包括云架构的电网工程BIM数据存储与管理方法研究、高并发条件下的数据共享冲突解决方案研究、广域网环境下的数据传输技术研究、多设计任务并行下的资源动态分布技术研究，形成一套完整的基于云平台的电网工程三维协同设计技术体系，完成研发电网工程三维设计云平台系统的研发，实现电网工程“云+端”的设计场景，全面提升工程设计质量和效率。
（1）提出基于云架构的电网工程BIM数据存储与管理方法
深入分析电网工程数据的多源异构、规模庞大、高精度等特点，并针对云架构下数据存储与管理所面临的高效存储、弹性扩展、跨平台兼容性等技术挑战，探索并提出一种基于云架构的电网工程数据管理方法，最终实现电网工程数据的高效存储、安全共享与协同管理，为电网工程的全生命周期管理提供有力的数据支撑。
（2）完成高并发条件下的数据共享冲突解决方案
深入剖析电网工程三维协同设计中的高并发场景，明确其对数据处理的目标需求，并从数据库设计与数据处理架构两个核心维度，系统性地研究并提出一套完整的数据共享冲突解决方案。通过优化数据组织、创新处理架构，最终为大规模、实时的在线协同设计提供一个稳定、高效且可靠的数据支撑底座。
（3）提出高并发条件下的数据共享冲突解决方案
深入剖析电网工程三维协同设计中的高并发场景，明确其对数据处理的目标需求，并从数据库设计与数据处理架构两个核心维度，系统性地研究并提出一套完整的数据共享冲突解决方案。通过优化数据组织、创新处理架构，最终为大规模、实时的在线协同设计提供一个稳定、高效且可靠的数据支撑底座。
（4）研发广域网环境下的数据传输技术
通过研究传输服务质量目标，分析广域网的复杂性对三维设计数据传输速度、完整性和安全性的影响，明确加速目标，优化数据交互频率、流量大小和实时性要求。其次，针对电网工程的三维设计数据，探索传输加速技术，研究包括TCP加速、数据压缩、流量控制、多链路优化和负载均衡等方案，以提高传输效率和一致性。研究数据传输安全，基于AES、RSA等加密算法提出加密传输方案，结合SHA等摘要算法确保数据完整性，并通过TLS信道加密防止非法监听和流量劫持，保障传输安全。
（5）研究多设计任务并行下的资源动态分布技术
构建一套先进的多设计任务并行下的资源动态分布技术体系。本研究将从云平台资源弹性伸缩的基础技术入手，深入探讨面向电网工程设计特性的并发控制与调度策略，并创新性地提出基于多目标优化的协同资源调度方法。最终，通过对计算资源全生命周期的精细化管控，形成一套完整的技术应用方案，旨在最大限度地提升云平台资源利用率，保障多任务并行环境下的系统稳定性和设计协同效率。
（6）研发电网工程三维设计云平台系统
深入研究面向云计算服务的协同设计框架，攻克数据精细化权限控制、本地设计软件交互集成两大关键技术难题，并最终从软件工程角度，对平台的系统架构、功能模块与业务流程进行全面的总体设计，力求实现一个支持全专业、全过程、多参与方高效协同、并可与“源网荷储”等新型电力系统灵活对接，保证电力工程数据全生命周期安全性的“云+端”设计新模式。数据管理和数据分解采用了《电网工程三维协同设计多目标的资源调度方法》的技术方法，对模型属性进行精细化提取，保证了后续的访问任务调度的准确性；同时为了保障云平台在网络环境中的数据通信，采用安全访问控制方法利用了《高并发访问下电网工程三维数据库安全访问控制方法》的加密技术，最终为构建安全可靠的三维协同云平台奠定技术基础。
四、实施效果
本案例围绕电网工程数字化转型中的核心痛点，系统性构建了基于云平台的三维协同设计技术体系，通过多维度技术创新与工程实践，实现了电网工程设计“云+端”模式的突破，主要研究结论如下：
（1）BIM数据存储与管理体系创新
针对电网工程BIM数据多源异构、规模庞大、关联复杂的特性，提出多维分级与“冷热温”分层存储方案，结合数据血缘图谱与数字签名机制，构建了全生命周期数据管理框架。创新研发线站一体化存储关键技术，通过多源数据预处理、空间坐标统一及模型轻量化转换，打破变电站与输电线路设计数据割裂现状，实现物理与逻辑拓扑关系的协同存储。建立数据安全管理体系，从存储、传输到应用全链路构建防护机制，有效保障数据可信追溯与安全可控。
（2）高并发协同冲突解决方案构建
深入剖析电网工程三维协同设计中的高并发场景，明确TPS指标与实时性需求，设计基于范式理论的数据划分策略与分布式存储架构，通过读写分离、多级缓存及分库分表技术，有效隔离并发处理域。创新提出高并发访问下的数据库安全控制方法，结合线程池技术与SRP-6协议实现身份认证，通过信任值计算与区块链合约保障数据访问安全，实验验证其雪崩效应指数≤0.50，吞吐量达340Tps，显著优于传统方法。构建的混合数据处理架构，融合流式处理、批处理与图计算能力，解决了高并发场景下的事务控制与数据一致性问题。
（3）广域网传输优化技术突破
针对广域网环境下数据传输延迟高、安全风险大的问题，建立三维设计数据传输服务质量目标体系，研发智能压缩与并行传输技术，通过分层压缩算法与定制化QUIC协议优化，提升传输效率37.8%-64.3%。构建混合加密传输体系，结合AES对称加密与ECC非对称加密算法，搭配TLS信道加密与数字签名机制，在10%丢包率场景下仍实现数据零误差还原，有效防范非法监听与数据篡改风险。提出的传输加速综合方案，通过资源调度与带宽优化，实现异地协同“如本地”的设计体验。
（4）资源动态调度与生命周期管控优化
建立云平台资源弹性伸缩模型，融合虚拟化与容器技术，实现计算资源的按需分配与动态扩容。创新基于多目标优化的协同资源调度方法，通过任务拆分与智能优化算法，在中大型任务场景下资源利用率提升至79.65%以上，平均完成时间较传统算法缩短40%以上。构建的资源需求预测模型，融合回归与时间序列分析，预测准确率达74%以上，为资源提前调度提供科学支撑。设计的全生命周期管控策略，实现资源利用率提升30%，降低设计成本。
（5）三维设计云平台落地实现
基于国产自主核心引擎，构建电网工程三维设计云平台，实现项目管理、全专业协同设计、二三维联动审查等核心功能。创新研发数据精细化权限控制机制与本地软件交互集成技术，突破传统设计模式局限，实现设计过程全程管控与数据高效流转。平台部署验证表明，可支持50人以上并发访问，T级数据存储与高效处理，设计效率提升40%以上，数据安全符合电力行业合规要求，为电网工程数字化转型提供了可落地的国产化解决方案。
图1：协同架构图
图2：软件界面
图3：系统功能
完成单位：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院
完成人：肖辉、徐志强、陈剑、沈晓隶