輸電線路設(shè)計(jì)中三維技術(shù)的應(yīng)用分析

摘要：三維技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)碼合成技術(shù)，它注重空間性和可視性，是如今一些行業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)工作中必不可少的數(shù)碼應(yīng)用技術(shù)。將三維技術(shù)利用于電力行業(yè)中輸電線路的設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中的繪制環(huán)節(jié)，使設(shè)計(jì)效果更為直觀和清晰明了，同時(shí)也能夠大大的提高設(shè)計(jì)效率。本文將簡(jiǎn)要分析三維技術(shù)對(duì)于輸電線路設(shè)計(jì)的應(yīng)用與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：三維技術(shù)；輸電線路設(shè)計(jì)；二維CAD技術(shù)；三維GIS系統(tǒng)；優(yōu)勢(shì)

三維技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全方位的空間感和立體化互動(dòng)式觀察，也可以模擬和解析某項(xiàng)事物的整個(gè)過程，是一種能夠提供多樣性高級(jí)輔助分析功能的數(shù)碼合成技術(shù)。目前一些科研工作與教育教學(xué)中都會(huì)利用到三維技術(shù)。三維技術(shù)所創(chuàng)造的虛擬立體空間避免了人們?yōu)榱苏{(diào)研與實(shí)驗(yàn)而臨時(shí)搭建實(shí)物建模的時(shí)間與成本，而三維技術(shù)虛擬空間的可隨意修改屬性也有利于人們的思路拓展和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，它是高科技智能化的完美體現(xiàn)。

一、三維技術(shù)

三維是由一個(gè)二維和一個(gè)一維疊合在一起形成的，它不同于二維只存在兩個(gè)方向的交錯(cuò)，三維存在多方向的交錯(cuò)。近些年來我國電力行業(yè)能夠發(fā)展如此迅速，應(yīng)該歸功于智能化與數(shù)字化的應(yīng)用。三維技術(shù)就是數(shù)字智能化中的一部分。它可以為我們?cè)O(shè)計(jì)虛擬的配電線路方案，幫助設(shè)計(jì)人員快速的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思和理念。目前，許多地區(qū)的電力公司都開始逐漸采用這種叫做“智能集成化輸電線路的三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)”。也就是本文主題希望闡述的輸電線路設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的三維技術(shù)。

（一）三維技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

在三維技術(shù)出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的輸電線路設(shè)計(jì)大部分采用的是二維CAD技術(shù)。由于所設(shè)計(jì)的影像不存在三維立體效果，技術(shù)人員一般會(huì)用多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的二維素材來投射影像制圖，最終通過圖像表達(dá)輸電線路的設(shè)計(jì)構(gòu)思與具體要求。由于制圖相對(duì)復(fù)雜，所以如果出現(xiàn)新型的輸電線路設(shè)計(jì)理念和線路配置技術(shù)時(shí)，為了節(jié)省時(shí)間和成本往往會(huì)在原來的設(shè)計(jì)圖上進(jìn)行一些人工修改從而形成新的設(shè)計(jì)圖。這樣做的弊端就是由于修改涂抹而造成的設(shè)計(jì)效果不直觀，并且這種設(shè)計(jì)表達(dá)思維抽象，難于理解，在全手工修改制作的同時(shí)，也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響輸電線路工程的效率。

為了避免和減少設(shè)計(jì)上的瑕疵與成本的消耗，優(yōu)化輸電線路的設(shè)計(jì)，利用三維技術(shù)設(shè)計(jì)輸電線路成為了一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在我國，三維技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了30余年，在機(jī)械、工業(yè)、電子、建筑和農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用，并且三維技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)也達(dá)到了一定的水平。所以，以解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍存在的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，三維技術(shù)開始正式應(yīng)用于我國輸電線路的設(shè)計(jì)中。

相比于傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)，三維技術(shù)對(duì)于輸電線路的設(shè)計(jì)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。它滿足了設(shè)計(jì)者一直以來的愿望——對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的模擬。這讓設(shè)計(jì)者不用到達(dá)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)就能夠解決許多現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)者利用虛擬道具在三維技術(shù)所創(chuàng)造的虛擬施工場(chǎng)景中進(jìn)行隨意的設(shè)置。例如對(duì)裝置的拆卸、對(duì)線路的布設(shè)、對(duì)施工工藝的選擇以及對(duì)施工團(tuán)隊(duì)人員的宏觀配置。目前利用三維設(shè)計(jì)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)零件的設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)、線路布置和元件裝配的設(shè)計(jì)以及工藝演示的設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)階段。最重要的是設(shè)計(jì)者利用三維技術(shù)所模擬出來的設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)場(chǎng)景最終也能自動(dòng)生成二維的工程圖躍然紙上，可以按照設(shè)計(jì)者的現(xiàn)實(shí)需求實(shí)現(xiàn)三維和二維之間的隨意轉(zhuǎn)換。另外，三維技術(shù)具有很強(qiáng)的后期處理功能，它能夠?qū)υO(shè)計(jì)工程圖進(jìn)行質(zhì)量屬性的分析、空間運(yùn)動(dòng)的模擬、裝配干涉的檢查、應(yīng)力應(yīng)變的解讀和造型外觀的渲染。總結(jié)來說，三維技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中具有成像效果直觀、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程、便于設(shè)計(jì)成果交流、提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析和總體設(shè)計(jì)效率高的特點(diǎn)。相比其他應(yīng)用來說，更注重輸電線路設(shè)計(jì)思路和實(shí)際效果的優(yōu)化，而且在很大程度上節(jié)省了人力、物力和時(shí)間成本。

（二）三維技術(shù)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)者在對(duì)輸電線路的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維建模后，三維軟件系統(tǒng)就可以生成出最直觀的三維工程圖。同時(shí)三維技術(shù)軟件可以提供對(duì)一些細(xì)節(jié)的自動(dòng)處理，比如零部件序號(hào)的標(biāo)注和材料清單的統(tǒng)計(jì)，這可以大幅減少設(shè)計(jì)者的工作量，為工程提前實(shí)施節(jié)省時(shí)間。

三維技術(shù)具有很強(qiáng)的調(diào)整修正功能，它可以對(duì)設(shè)計(jì)者提前預(yù)設(shè)的建模進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的分析和編輯。也可以將提前設(shè)計(jì)好的零部件建模按照設(shè)計(jì)者的想法進(jìn)行任意的自動(dòng)改變。由于是虛擬過程，所以一些零部件的變動(dòng)和增減不存在任何實(shí)際的物理損耗，設(shè)計(jì)者可以隨意刪除和增加零部件的數(shù)量及種類，對(duì)于三維設(shè)計(jì)視圖中的錯(cuò)誤和疏漏也能進(jìn)行靈活的修改，操作非常簡(jiǎn)單?？傮w來說，在輸電線路工程前期環(huán)節(jié)，三維技術(shù)為其提供了最大程度的優(yōu)化，使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中更加自如和靈活，無論是在思維方面還是操作方面，不但減少了傳統(tǒng)中大部分實(shí)地操作的工作量，也避免了許多設(shè)計(jì)差錯(cuò)的發(fā)生。

設(shè)計(jì)者在三維模擬施工現(xiàn)場(chǎng)中可以任意進(jìn)行距離的測(cè)量。距離測(cè)量的主要目的是保證輸電線路中電氣與線路裝置之間的安全距離和各種零部件之間的裝配關(guān)系。例如，輸電線路裝置的跌落裝置與電氣之間的空間距離如果設(shè)置為300mm。當(dāng)輸電線路從10kv升壓至20kv運(yùn)行時(shí)，跌落裝置與電氣的距離會(huì)發(fā)生改變，具體應(yīng)該滿足小于340mm的要求。所以為了保證其與電氣具備足夠的安全距離，就可以采用三維技術(shù)對(duì)跌落裝置的各種參數(shù)進(jìn)行改造。比如加長跌落樣板、改變跌落橫擔(dān)的放置或者為跌落下樁頭加裝絕緣罩等。通過觀察改造的虛擬模型，三維軟件可以發(fā)現(xiàn)跌落裝置與電氣安裝距離在實(shí)際環(huán)境中存在的缺陷，就可以在施工前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)修改，從而提高輸電線路供電的安全性和可靠性。

二、輸電線路設(shè)計(jì)中常用的三維技術(shù)

（一）可視性GIS地理信息技術(shù)

GIS地理信息技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用并不為人陌生，它是目前一些地區(qū)較為常見的先進(jìn)地理信息技術(shù)。它的一大工作就是為輸電線路的設(shè)計(jì)服務(wù)。三維可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)就是這樣一款能夠幫助輸電線路設(shè)計(jì)開發(fā)的應(yīng)用軟件。輸電線路三維可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了4個(gè)層次的軟件體系結(jié)構(gòu)，它們分別是負(fù)責(zé)輸電線路三維可視化設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用層，負(fù)責(zé)對(duì)地形、地質(zhì)環(huán)境、電力器件進(jìn)行模擬的模擬對(duì)象層，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)關(guān)系、空間和屬性的數(shù)據(jù)層以及負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換、傳輸、共享和前后方通信的的轉(zhuǎn)換通信層。

三維可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且開發(fā)使用費(fèi)用高昂，但是它具有很高的穩(wěn)定性、適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。相對(duì)于一般的三維技術(shù)軟件，可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)更加開放且運(yùn)行高效。它能夠通過GIS進(jìn)行地理信息的搜集、監(jiān)測(cè)、分析、傳輸和記錄。它利用高清晰的影像遙感和航空影像技術(shù)，取材實(shí)地信息資料并回收，輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行三維工程設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)與分析。能夠提供大量的影響數(shù)據(jù)也是可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)最為強(qiáng)大的地方，它代替了人進(jìn)行野外數(shù)據(jù)的采集、地圖的數(shù)字化、攝影測(cè)量和地形、氣象等自然因素的實(shí)地考察工作。是目前輸電線路設(shè)計(jì)中最為智能化的一種三維技術(shù)應(yīng)用。

總結(jié)：

三維技術(shù)的應(yīng)用不但提高了輸電線路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率，也優(yōu)化了設(shè)計(jì)的思路，是人類現(xiàn)代科技智慧的體現(xiàn)。在目前越來越講究效率和現(xiàn)實(shí)利益的社會(huì)，電力行業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)者應(yīng)該集思廣益，設(shè)計(jì)出更多有助于提高生產(chǎn)效益的輔助應(yīng)用，來滿足輸電線路裝置的不斷進(jìn)化。三維技術(shù)的應(yīng)用為輸電線路的設(shè)計(jì)提供了更多的可能性，讓設(shè)計(jì)者能夠?qū)崿F(xiàn)更多設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新。

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