電網(wǎng)工程三維可視化施工管理系統(tǒng)建設(shè)與研究

張芳寧

摘 要：該文研究建立一個(gè)三維可視化施工管理系統(tǒng)，提供電網(wǎng)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的三維實(shí)景模擬，是全數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)在電力行業(yè)的深化應(yīng)用?；舅悸肥抢们捌诳裳须A段的小比例尺衛(wèi)片、初設(shè)階段的航片及航空攝影測(cè)量成果數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)三維可視化場(chǎng)景，并落入樁位坐標(biāo)、交叉跨越等信息及桿塔模型，使管理者能夠在三維現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行多維度分析，充分發(fā)揮人的判讀能力和主觀能動(dòng)性，達(dá)到實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度、遠(yuǎn)程輔助施工監(jiān)理和促進(jìn)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。該系統(tǒng)的主要作用在于建立一個(gè)包括施工過(guò)程管理、施工進(jìn)度上報(bào)、電子化移交的綜合三維施工管理平臺(tái)，即“數(shù)字沙盤(pán)”。

關(guān)鍵詞：三維可視化 全數(shù)字航空攝影測(cè)量 施工管理 電子化移交

中圖分類(lèi)號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0081-02

1 構(gòu)建背景

（1）建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以基建信息化建設(shè)為核心的形勢(shì)要求。

在信息社會(huì)中，社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、集成化、智能化、參與式和交互式。計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)已成為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主流技術(shù)。在建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以基建信息化建設(shè)為核心的形勢(shì)要求下，利用信息化、可視化的手段，加強(qiáng)基建全過(guò)程控制和精益化管理是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

（2）全數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)在電網(wǎng)工程施工管理階段仍然存在很大探索空間。

全數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)目前在電網(wǎng)工程的前期勘測(cè)設(shè)計(jì)工作和后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)管理工作中已經(jīng)得到了廣泛全面的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益。如：電網(wǎng)工程在可研階段進(jìn)行路徑方案的大范圍比選、初設(shè)階段進(jìn)行路徑方案的優(yōu)化選線、施工圖階段提供的路徑圖及平斷面圖等。然而，在施工管理階段，工程項(xiàng)目信息管理的可視化、集成化和數(shù)字化尚未得到很好的推廣應(yīng)用。

因此，在基建信息化建設(shè)的要求下，將三維可視化的技術(shù)引入電網(wǎng)工程施工領(lǐng)域則可以達(dá)到可視化管理和直觀化認(rèn)知的效果。而如何在已有的航空攝影測(cè)量成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘和開(kāi)發(fā)，拓展常規(guī)應(yīng)用階段，深化利用前期成果構(gòu)建一個(gè)數(shù)字化的施工管理系統(tǒng)是一個(gè)全新的研究方向。

2 預(yù)期目標(biāo)和作用

（1）實(shí)景模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌和地物；（2）輔助表現(xiàn)施工地區(qū)道路交通條件；（3）立體展現(xiàn)交叉跨越情況；（4）動(dòng)態(tài)更新施工進(jìn)度；（5）實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化檔案”的電子化移交。

3 系統(tǒng)構(gòu)建流程

3.1 目前電網(wǎng)工程建設(shè)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)的電網(wǎng)工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，大量工程實(shí)踐證明，這種業(yè)主、咨詢、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、供貨商等多家參建單位多層縱向組織方式存在很多弊端。如：管理層次多、監(jiān)督協(xié)調(diào)困難、管理效率低下、管理成本過(guò)高、信息傳遞失真、職能相互割裂等。另外，傳統(tǒng)的信息傳遞和保存方式主要以紙張為主，由于在眾多項(xiàng)目參與方之間要進(jìn)行龐大的信息交換，因此會(huì)產(chǎn)生大量的文件、圖紙，而紙介質(zhì)的信息查找和保存非常困難。由于電網(wǎng)工程建設(shè)周期長(zhǎng)、涉及面廣，必然加大了信息需求方采集分析信息的難度。

3.2 系統(tǒng)建設(shè)必要性

文章研究的三維可視化施工管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電網(wǎng)工程各參建方的信息實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化和集成化管理，可以跟蹤工程施工進(jìn)度，綜合管理各單位的信息數(shù)據(jù)，提供圖紙、供貨、施工進(jìn)度管理，以精益化的單基塔管理為基礎(chǔ)，充分落實(shí)從塔圖生產(chǎn)、基礎(chǔ)、組塔、架線等各施工階段的信息匯總，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目信息的電子化、數(shù)字化和可視化，使得信息能夠以更加直觀、快捷的方式在各參建方之間進(jìn)行高效溝通和共享，查找、保存、交流和采集分析。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和原則

在電網(wǎng)工程施工管理中建立三維可視化施工管理系統(tǒng)，其應(yīng)用目標(biāo)是伴隨施工進(jìn)程，漸進(jìn)地、持續(xù)地為工程建設(shè)施工服務(wù)，促進(jìn)工程建設(shè)施工管理水平和效率的提升，實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。主體思路是充分利用工程前期勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的攝影測(cè)量成果數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)資料，構(gòu)建一個(gè)直觀可視化的三維場(chǎng)景，以全數(shù)字化的過(guò)程資料管理和生產(chǎn)流程管理功能逐漸形成完整的信息資料，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化檔案”的電子化移交。作為電網(wǎng)工程施工階段的施工管理平臺(tái)，總體原則是在全局性和整體性的思路指導(dǎo)下，兼顧技術(shù)先進(jìn)性、成熟性，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性、開(kāi)放性，系統(tǒng)實(shí)用性、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)效性。

3.4 系統(tǒng)構(gòu)建主體步驟

3.4.1 主體架構(gòu)設(shè)計(jì)

三維可視化施工管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。自下而上，圖中數(shù)據(jù)支持層中的數(shù)據(jù)包括了整個(gè)施工建設(shè)管理中需要的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，如衛(wèi)星影像圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型、桿塔設(shè)備模型、桿塔樁位表、掛線位置表等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，還有設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等資料數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)服務(wù)層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)組件。功能邏輯層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種功能的需求。表面層可為客戶展示電網(wǎng)工程的三維場(chǎng)景模擬，顯示各種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)。

3.4.2 三維施工場(chǎng)景可視化平臺(tái)搭建

首先，完成三維可視化數(shù)字沙盤(pán)搭建。利用Adobe Photoshop、Global Mapper等軟件將前期勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的航空攝影測(cè)量成果數(shù)據(jù)如衛(wèi)星影像、正射影像圖等經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換、配準(zhǔn)、切片等數(shù)據(jù)處理生成不同層級(jí)的金字塔影像，并將攝影測(cè)量成果數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)、分層等預(yù)處理處理，一并以存放項(xiàng)目路徑的形式分別存儲(chǔ)于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。

其次，三維模型制作與入庫(kù)。根據(jù)前期設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)圖，如桿塔司令圖、絕緣子串圖等列出設(shè)備清單和模型列表，然后利用3D Studio Max軟件制作所有涉及到的桿塔和設(shè)備的獨(dú)立的三維模型，并將這些模型按照施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況組裝起來(lái)。使用模型數(shù)據(jù)處理工具將桿塔模型等模型導(dǎo)入Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。

最后，整理?xiàng)U塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越信息并入庫(kù)。根據(jù)收集的勘測(cè)設(shè)計(jì)資料，如線路終勘定位后樁位成果表、鐵塔及基礎(chǔ)明細(xì)表等整理出桿塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越等矢量信息，存入Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。

三維可視化施工管理系統(tǒng)通過(guò)以上3個(gè)方面的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)邏輯顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的影像、模型等，基本完成了三維場(chǎng)景的實(shí)景模擬和整個(gè)線路通道情況、鐵塔及架線信息的直觀展示，較好地實(shí)現(xiàn)了三維可視化的目標(biāo)，從而使用戶能夠真實(shí)、直觀、全面地了解施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)信息，為工程決策服務(wù)。

3.4.3 檔案資料數(shù)據(jù)錄入

將前期收集的各種設(shè)計(jì)資料、圖紙、圖表等資料數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并建立資料數(shù)據(jù)庫(kù)分專業(yè)類(lèi)別存放，如：電氣、結(jié)構(gòu)、勘測(cè)。在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中以存放項(xiàng)目路徑的形式訪問(wèn)檔案資料，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)調(diào)用資料數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，授權(quán)用戶可以在三維模擬界面中查閱相關(guān)電子化檔案資料，例如點(diǎn)擊一基桿塔，可以查詢這基桿塔所有的電氣、結(jié)構(gòu)、勘測(cè)方面的收集存儲(chǔ)的電子化檔案。

3.4.4 數(shù)據(jù)更新機(jī)制

電網(wǎng)工程施工建設(shè)具有長(zhǎng)期性和持續(xù)更新的特點(diǎn)，這就要求建立的系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的機(jī)制，為施工過(guò)程數(shù)據(jù)提供錄入、查詢與展示的平臺(tái)。相關(guān)設(shè)計(jì)人員通過(guò)外網(wǎng)登入施工進(jìn)度上報(bào)系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一格式，迅速快捷地提交施工進(jìn)度計(jì)劃和當(dāng)前施工進(jìn)度，系統(tǒng)依據(jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地用三維模型模擬符合當(dāng)前進(jìn)度的施工場(chǎng)景，直觀展示工程宏觀進(jìn)度。為保證數(shù)據(jù)安全，建立了數(shù)據(jù)安全機(jī)制，對(duì)相關(guān)用戶登陸界面采取驗(yàn)證用戶名密碼、加密狗驗(yàn)證等方式來(lái)確保系統(tǒng)安全性。

4 應(yīng)用實(shí)例

寧德核電廠～寧德500 kV I、II回架空交流輸電線路是建設(shè)海西堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的重大工程之一，該線路工程采用單、雙回路混合架設(shè)，全長(zhǎng)I回約93.8 km、II回全長(zhǎng)約94.4 km，由于該工程線路沿線地形起伏較大，跨越民房、道路等地物眾多，施工難度較大。在該工程施工階段創(chuàng)新使用了該三維可視化施工管理系統(tǒng)，將前期設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)施工人員、項(xiàng)目監(jiān)理人員、物資管理部門(mén)和基建管理人員有效地聯(lián)系在一起，為該工程的施工管理工作提供了很大的快捷和便利。如：有效輔助施工單位開(kāi)展室內(nèi)線路調(diào)查、技術(shù)方案制定、進(jìn)度分析等工作，節(jié)省了大量的時(shí)間成本和物力成本，提高了工程建設(shè)管理水平和效率。此外，在實(shí)體工程建設(shè)完成時(shí)，同步完成了數(shù)字化線路的建設(shè)，輔助工程檔案管理水平的提高，基本實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程數(shù)據(jù)的電子化移交。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以基建信息化建設(shè)為核心的形勢(shì)要求，應(yīng)用該三維可視化施工管理系統(tǒng)可以更加全面深層地加強(qiáng)質(zhì)量、技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)等方面的管控，創(chuàng)新常規(guī)作業(yè)流程和管理方式，輔助提升基建標(biāo)準(zhǔn)化和信息化水平，對(duì)提高電網(wǎng)工程的科技水平和管理水平意義重大。但該系統(tǒng)的研究處于剛剛起步的階段，必然也存在一些不足之處，如數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化不夠全面等，還需要對(duì)各方面進(jìn)行長(zhǎng)期深入研究，進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

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