寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程三維數(shù)字化移交

丁永福，劉皓，萬(wàn)明忠，肖少輝

（1.國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)部，北京市，100031；2.北京洛斯達(dá)數(shù)字遙感技術(shù)有限公司，北京市，100120）

0 引言

2008年年初的我國(guó)南方電網(wǎng)抗冰搶險(xiǎn)之后，電網(wǎng)建設(shè)中傳統(tǒng)的資料移交方式逐漸暴露出一些弊端。首先是在應(yīng)急搶修時(shí)，翻閱查詢圖紙的效率低；其次是各類資料之間是孤立的，不能在圖紙與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境間建立有效融合；最后是展示手段不夠直觀，無(wú)法快速簡(jiǎn)潔地提煉出主要信息輔助管理者決策。

為全面實(shí)施“兩個(gè)轉(zhuǎn)變”發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)[1]，創(chuàng)新電網(wǎng)建設(shè)移交模式，支撐電網(wǎng)又好又快發(fā)展[2]，國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)部結(jié)合跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)新特點(diǎn)提出了跨區(qū)電網(wǎng)工程“三維數(shù)字化移交”的工作思路，以數(shù)字化方式貫穿設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行，以信息化手段輔助工程本體移交管理，以新技術(shù)的擴(kuò)展利用為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“三維數(shù)字化移交”利用航測(cè)技術(shù)、三維可視化技術(shù)和信息集成技術(shù)，結(jié)合地理信息和工程信息，以三維數(shù)字化的形式，整合輸電線路走廊的地形地貌信息和建設(shè)過(guò)程數(shù)據(jù)[3]，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路工程的直觀展示和工程資料的綜合管理。在設(shè)計(jì)階段，收集整理設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)成果，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的三維可視化，并可結(jié)合三維地形數(shù)據(jù)，校驗(yàn)設(shè)計(jì)、減少設(shè)計(jì)變更次數(shù)，有效控制工程造價(jià)[4]；在施工階段，利用三維數(shù)字化服務(wù)工程建設(shè)管理，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理[5]；在運(yùn)行維護(hù)（簡(jiǎn)稱運(yùn)維）階段，運(yùn)維單位接收數(shù)字化移交的各類成果，輔助應(yīng)急搶修，體現(xiàn)基建為運(yùn)行服務(wù)的思想。

1 研究目標(biāo)

寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程中開展三維數(shù)字化移交研究工作，主要工作內(nèi)容包含：移交平臺(tái)開發(fā)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)圖紙入庫(kù)、線路三維建模、移交標(biāo)準(zhǔn)化以及后續(xù)工程推廣應(yīng)用研究等。結(jié)合工作內(nèi)容而言，本次研究的主要目標(biāo)有3個(gè)：

（1）研究在跨區(qū)電網(wǎng)工程建設(shè)完成后，以三維數(shù)字化線路[6]的形式，整合線路走廊內(nèi)的地形地貌信息和相關(guān)設(shè)計(jì)成果，隨本體工程一起移交；

（2）形成三維數(shù)字化移交成果報(bào)告，詳細(xì)說(shuō)明三維數(shù)字化移交工作的工作流程、參與單位、數(shù)據(jù)范圍、平臺(tái)功能等內(nèi)容；

（3）開發(fā)三維數(shù)字化移交展現(xiàn)平臺(tái)，建立寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程數(shù)字化移交數(shù)據(jù)庫(kù)，利用三維數(shù)字化移交展現(xiàn)平臺(tái)，形象、直觀、多方位展示輸電線路綜合信息。

2 工作范圍與職責(zé)分工

三維數(shù)字化移交從空間角度講，包括線路、接地極、中繼站部分的設(shè)計(jì)資料及沿線的地形地貌等；從時(shí)間維度講，貫穿線路工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維三個(gè)階段，三維數(shù)字化移交范圍與流程可用圖1簡(jiǎn)單表示。

三維數(shù)字化移交工作牽涉到的設(shè)計(jì)、建設(shè)管理、施工、運(yùn)行單位較多，必須建立1套嚴(yán)密的組織保障體系，同時(shí)明確各方職責(zé)和分工，才能保證移交工作的順利進(jìn)行。本工程中各單位的職責(zé)劃分如圖2所示。

3 技術(shù)路線

三維數(shù)字化移交展現(xiàn)平臺(tái)涵蓋了數(shù)字化移交、三維可視化、遙感數(shù)據(jù)處理、地理信息系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)管理、框架支撐等技術(shù)，并將這些技術(shù)集成到1個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一平臺(tái)下對(duì)線路工程相關(guān)信息的三維展示、查詢和數(shù)字化管理。

圖2 三維數(shù)字化移交職責(zé)分工Fig.2 Three-dimensional digitization transfer responsibilitydivision

三維數(shù)字化移交平臺(tái)以數(shù)字化移交技術(shù)為統(tǒng)籌，解決前期各階段的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)、入庫(kù)和規(guī)范化；以遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配和規(guī)范化管理，奠定三維數(shù)字化移交工作基礎(chǔ)；以三維可視化技術(shù)和地理信息技術(shù)為展現(xiàn)手段，搭建三維線路走廊地形地貌；以框架支撐技術(shù)為軟件平臺(tái)的構(gòu)建方式，集成相關(guān)功能插件和接口，提供1個(gè)穩(wěn)定、可擴(kuò)展、可兼容的軟件系統(tǒng)。

4 三維數(shù)字化移交成果

4.1 數(shù)據(jù)成果

在施工圖設(shè)計(jì)階段，實(shí)施單位對(duì)全線地理數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)，收集設(shè)計(jì)院相關(guān)施工圖紙，建立工程的檔案、模型參數(shù)庫(kù)，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入，該階段的主要成果有：地理數(shù)據(jù)成果、三維模型數(shù)據(jù)成果、檔案數(shù)據(jù)成果、模型參數(shù)成果等。在竣工圖設(shè)計(jì)階段，收集整理設(shè)計(jì)院的竣工資料，進(jìn)行全線數(shù)據(jù)核對(duì)更新。數(shù)據(jù)成果的移交形式為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)光盤，并能結(jié)合三維數(shù)字化移交平臺(tái)應(yīng)用。數(shù)據(jù)成果主要內(nèi)容如圖3所示。

4.2 平臺(tái)成果

圖3 數(shù)據(jù)成果組成Fig.3 Data result composition

在三維數(shù)字化移交過(guò)程中，三維數(shù)字化移交平臺(tái)作為移交數(shù)據(jù)成果的載體，在工程竣工階段，隨線路實(shí)體工程一起移交業(yè)主，移交平臺(tái)的主界面如圖4所示。

移交平臺(tái)成果為跨區(qū)電網(wǎng)三維數(shù)字化移交平臺(tái)以及相應(yīng)的軟件開發(fā)文檔等，移交的形式為平臺(tái)的安裝光盤。移交平臺(tái)主要功能包括三維基礎(chǔ)功能和電力專用功能兩部分。三維基礎(chǔ)功能部分基于航空影像和數(shù)字地面模型實(shí)現(xiàn)輸電線路走廊地形地貌的室內(nèi)三維再現(xiàn)，是整個(gè)移交平臺(tái)的基礎(chǔ)。電力專用功能則是針對(duì)數(shù)字化移交個(gè)性化需求開發(fā)研制的，主要包括：電力模型展示功能，可結(jié)合地理數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字化的虛擬工程；數(shù)字化檔案管理功能，可直觀檢索線路主要電力設(shè)備的設(shè)計(jì)資料；設(shè)計(jì)變更管理功能，可以對(duì)全線的主要變更進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與數(shù)字化管理。移交平臺(tái)主要功能如圖5所示。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)化成果

寧東—山東±660 kV直流輸電工程為示范工程，三維數(shù)字化移交工作也屬首次開展，因此需要在工作過(guò)程中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化總結(jié)。在移交過(guò)程中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化成果隨工程一起移交業(yè)主，達(dá)到“依托示范工程建立三維數(shù)字化移交標(biāo)桿”的目的，并可指導(dǎo)后續(xù)工程三維數(shù)字化移交工作的快速有序開展，實(shí)現(xiàn)移交工作的標(biāo)準(zhǔn)化與流程化。本工程的標(biāo)準(zhǔn)化成果主要有：《輸電線路工程信息三維數(shù)字化移交規(guī)范》、《三維數(shù)字化移交工作流程規(guī)范》等。

5 三維數(shù)字化移交意義

（1）創(chuàng)新移交新模式，提升電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化和信息化水平。通過(guò)三維數(shù)字化移交技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了線路設(shè)計(jì)成果在室內(nèi)的三維可視化展現(xiàn)，做到了設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的有效鏈接。設(shè)計(jì)成果的三維模型化通過(guò)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)圖紙向三維模型的轉(zhuǎn)化[3]，并建立直觀的數(shù)字化檢索，使得業(yè)主在竣工驗(yàn)收階段，除接收1個(gè)完整的實(shí)體工程外，還可接收1個(gè)數(shù)字化的工程。三維數(shù)字化移交是“三集五大”戰(zhàn)略在基建工作中的具體應(yīng)用，是移交手段的創(chuàng)新與突破。三維數(shù)字化移交在提升工程信息化水平同時(shí)，通過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定與執(zhí)行，提高了電網(wǎng)建設(shè)信息化工作的標(biāo)準(zhǔn)化水平[7]。

（2）地理數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)成果相結(jié)合，輔助工程建設(shè)精益化管控。三維數(shù)字化移交將地理數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)資料相結(jié)合，建立了可在三維場(chǎng)景下快速檢索的設(shè)計(jì)資料成果庫(kù)，有利于數(shù)據(jù)共享及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)重用，也可為通用設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。三維數(shù)字化移交平臺(tái)在真實(shí)模擬全線線路環(huán)境的基礎(chǔ)上提供了三維可視化、設(shè)計(jì)檔案管理、設(shè)計(jì)變更管理等功能，在宏觀上滿足對(duì)工程概貌的整體掌握，在細(xì)節(jié)上滿足對(duì)應(yīng)到單基桿塔的精益化管控[8]。

（3）依托示范工程建立移交標(biāo)準(zhǔn)，樹立三維數(shù)字化移交標(biāo)桿。依托寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程的首次三維數(shù)字化移交，建立了三維數(shù)字化移交的標(biāo)準(zhǔn)化流程和規(guī)范，規(guī)范涵蓋了不同階段提交設(shè)計(jì)資料的內(nèi)容和格式、三維建模的參數(shù)要求、移交平臺(tái)功能以及最終的成果形式，可指導(dǎo)后續(xù)跨區(qū)電網(wǎng)工程乃至整個(gè)國(guó)家電網(wǎng)公司基建工程的標(biāo)準(zhǔn)化移交。

（4）以移交平臺(tái)為載體，服務(wù)運(yùn)維。數(shù)字化形式移交的地理信息模型成果，三維模型成果，設(shè)計(jì)資料檔案庫(kù)成果將以平臺(tái)為載體，可服務(wù)于巡檢、工程搶修等運(yùn)維工作，平臺(tái)的開放性保證了它可以與運(yùn)維階段相關(guān)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良好的集成，共同服務(wù)于電網(wǎng)的運(yùn)維階段。

（5）打造完備的數(shù)據(jù)庫(kù)，為智能電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)支撐。三維數(shù)字化移交平臺(tái)后海量的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、原始的設(shè)計(jì)圖紙和詳盡的施工管理過(guò)程數(shù)據(jù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的建設(shè)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

6 三維數(shù)字化移交發(fā)展展望

依托寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程研究的三維數(shù)字化移交是國(guó)家電網(wǎng)公司跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)探索工程移交新模式的創(chuàng)新舉措，屬首次應(yīng)用。該項(xiàng)工作雖然取得初步成功，但并不完善。在以后的工程中，可在以下方面進(jìn)行繼續(xù)研究：

（1）利用高分辨率衛(wèi)星影像[9]、航空影像、全線三維模型和各級(jí)道路等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究結(jié)合電子化檔案指導(dǎo)物資材料的運(yùn)輸以及施工方案制定。

（2）深入研究設(shè)計(jì)校驗(yàn)?zāi)K。電力模型結(jié)合高精度的地形和影像數(shù)據(jù)，應(yīng)用在施工圖會(huì)審階段，可對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行校驗(yàn)，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的差、錯(cuò)、碰、漏問(wèn)題，減少設(shè)計(jì)變更次數(shù)。

（3）數(shù)字化移交的檔案資料、設(shè)計(jì)參數(shù)、竣工照片等成果數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)三維數(shù)字化移交平臺(tái)實(shí)現(xiàn)共享，可以逐步在后續(xù)信息系統(tǒng)的開發(fā)中研究如何進(jìn)行重復(fù)利用[10]，有效縮短開發(fā)周期、減少建設(shè)成本。

7 結(jié)語(yǔ)

采用三維數(shù)字化移交方式，在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中發(fā)揮積極作用，是管理方式創(chuàng)新的體現(xiàn)，是基建標(biāo)準(zhǔn)化、“兩型三新”的集中體現(xiàn)，是智能電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)的具體應(yīng)用，是保證信息化工作的全程化、平臺(tái)化，提高電網(wǎng)建設(shè)的精益化管理水平的集中體現(xiàn)[5]。

寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程創(chuàng)新地通過(guò)三維數(shù)字化移交平臺(tái)移交給業(yè)主的數(shù)字化工程，必將和實(shí)體工程一樣起到積極的示范作用。

總之，三維數(shù)字化移交是線路工程上一種新的移交模式，具有極大的推廣價(jià)值。建議在以后的電網(wǎng)建設(shè)重要工程中能進(jìn)一步推廣、總結(jié)及完善，更好地服務(wù)于以特高壓為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)[2]。

[1]劉振亞.落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀 加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)[N].中國(guó)電力報(bào)，2005-02-24（1）[2010-11-20].

[2]劉振亞.建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng) 支撐又好又快發(fā)展[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（9）：1-3.

[3]舒印彪，劉澤洪，高理迎，等.±800 kV 6 400MW特高壓直流輸電工程設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（1）：1-8.

[4]高毅，袁敬中，萬(wàn)明忠，等.三維數(shù)字沙盤技術(shù)綜合平臺(tái)輔助電網(wǎng)工程建設(shè)的應(yīng)用研究[J].華北電力技術(shù)，2009（3）：22-26.

[5]范光甫，朱中耀，蔣榮安.三維數(shù)字化電網(wǎng)解決方案[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2005，13（1）：30-34.

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[7]李向榮，郝悍勇，樊濤，等.構(gòu)筑數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)信息化企業(yè)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（17）：1-5.

[8]高毅，袁敬中，馬志偉，等.基于海拉瓦技術(shù)的輸電線路施工管理數(shù)字沙盤系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（21）：61-66.

[9]萬(wàn)明忠，任艷麗.高分辨率衛(wèi)星影像在電網(wǎng)勘測(cè)工程中的應(yīng)用[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2004，12（4）：32-36.

[10]石華軍，萬(wàn)明忠.三維地理信息系統(tǒng)與電網(wǎng)數(shù)字化管理[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2004，12（3）：64-67.