輸電線路張力架線施工計(jì)算仿真軟件開(kāi)發(fā)

王杰

摘 要：張力架線施工由一整套施工工藝構(gòu)成，主要包括放線引繩的展放、張力放線、導(dǎo)地線壓接、錨線、緊線、耐張塔平衡掛線、耐張塔跳線安裝、附件安裝等。該文主要根據(jù)目前我國(guó)超、特高壓架空輸電線路放線施工現(xiàn)狀及輔助軟件的實(shí)際情況，對(duì)貼合工程實(shí)際的輸電線路張力架線施工計(jì)算及動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的軟件架構(gòu)進(jìn)行了分析，提出了軟件實(shí)現(xiàn)的框架，給出了軟件計(jì)算模塊的計(jì)算原理，并基于C++和AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了軟件開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：輸電線路 架線施工 計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（b）-0035-03

1 軟件結(jié)構(gòu)概述

根據(jù)工程需要將軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為工程管理、文件處理模塊、張力參數(shù)計(jì)算模塊和動(dòng)態(tài)仿真模塊。工程管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的管理，要求能新建工程和打開(kāi)工程；文件處理功能主要針對(duì)DWG型文件，實(shí)現(xiàn)工程DWG文件中繪圖比例設(shè)定，完成標(biāo)注的DWG文件可進(jìn)行校正及能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算結(jié)果的標(biāo)注；數(shù)據(jù)提取功能主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)算模塊中一些初始數(shù)據(jù)的提取，其中實(shí)現(xiàn)的必需功能包含從DWG文件中提取桿塔坐標(biāo)和在DWG文件中選取危險(xiǎn)點(diǎn)并能夠設(shè)定相對(duì)凈空距離；張力計(jì)算功能包含整個(gè)放線計(jì)算過(guò)程的相關(guān)計(jì)算（包含數(shù)據(jù)讀取、曲線繪制和表格生成等）；連續(xù)上下山的放線過(guò)程的動(dòng)態(tài)顯示。

2 開(kāi)發(fā)工具

輸電線路張力放線計(jì)算機(jī)仿真軟件是基于AutoCAD二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)產(chǎn)生的，利用VC++與ObjectARX編譯軟件相互配合、相互調(diào)用，從而完成仿真和受力分析。ObjectARX作為AutoCAD面向?qū)ο筇峁┑亩伍_(kāi)發(fā)工具。它在C++環(huán)境下設(shè)計(jì)應(yīng)用程序接口，擴(kuò)展AutoCAD的功能。同時(shí)兼?zhèn)銩utoCAD應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、創(chuàng)立以及內(nèi)置AutoCAD命令模式相同的新命令、擴(kuò)展AutoCAD類(lèi)和方法及協(xié)議的使用等特點(diǎn)。

3 張力放線動(dòng)態(tài)仿真實(shí)現(xiàn)

張力放線動(dòng)態(tài)仿真主要類(lèi)有如下幾方面。

（1）tlModel類(lèi)，用于維護(hù)牽放文檔模型的管理類(lèi)，它又具備如下功能：①是系統(tǒng)運(yùn)行的樞紐，實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部類(lèi)的實(shí)例之間的數(shù)據(jù)傳遞，如，維護(hù)放線檔列表、提供信息列表、調(diào)用求解引擎、設(shè)置圖形的顏色、調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)等；②與視圖進(jìn)行對(duì)接，組織起各種具體的各項(xiàng)功能操作任務(wù)，如，初始化、計(jì)算、校核、繪制和動(dòng)畫(huà)各幀計(jì)算等；③實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的存取，導(dǎo)出Excel結(jié)果工程表單。

（2）tlEngine類(lèi)，求解引擎接口類(lèi)，用抽象類(lèi)實(shí)現(xiàn)，定義了初始化、非線性方程組的steffensen數(shù)值求解方法、根據(jù)危險(xiǎn)點(diǎn)求解張力機(jī)制張力、連續(xù)上下山的計(jì)算、水平張力與掛點(diǎn)張力之間的換算、弧垂計(jì)算、張力機(jī)到各檔張力的計(jì)算、滑車(chē)的3種校核（上場(chǎng)校核、垂直載荷校核、包角校核等）。tlEngine類(lèi)由兩個(gè)派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)不同的求解，tlCatenaryEngine類(lèi)是基于懸鏈方程的求解類(lèi)，因此求解精度更高。但當(dāng)系統(tǒng)模型復(fù)雜、規(guī)模龐大時(shí)，會(huì)影響求解運(yùn)行的速度。tlParabolaEngine類(lèi)是基于拋物線方程的求解類(lèi)，求解精度相對(duì)較低，但已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)工程應(yīng)用。

（3）tlSegment類(lèi)，放線檔類(lèi)，維護(hù)由用戶交互輸入的放線檔數(shù)據(jù)，包括檔號(hào)、兩側(cè)掛點(diǎn)、檔距、檔高差、掛點(diǎn)張力和水平張力等，并包含了一個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)類(lèi)的實(shí)例。危險(xiǎn)點(diǎn)可以是無(wú)定義、危險(xiǎn)點(diǎn)定義和水平線定義3種類(lèi)型。危險(xiǎn)點(diǎn)和水平線共用point數(shù)據(jù)描述，加上clearance描述凈空距離。

（4）tlBalloon類(lèi)，為提示信息類(lèi)，用于顯示滑車(chē)的校核結(jié)果、放線檔計(jì)算結(jié)果信息（如弧垂、水平張力）、掛具差等信息。

（5）tlLibrary類(lèi)，為數(shù)據(jù)庫(kù)接口類(lèi)，它訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)引線、牽引繩、導(dǎo)線、地線、光纜、滑車(chē)等數(shù)據(jù)表內(nèi)各條數(shù)據(jù)記錄的增加/刪除/修改/查詢等操作。

（6）tlPalette類(lèi)，主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：①各個(gè)實(shí)現(xiàn)的圖形對(duì)象和文字對(duì)象的顏色數(shù)據(jù)的維護(hù)；②輔助信息圖層的數(shù)據(jù)。

4 軟件界面實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)的主界面，工具欄中含有【文件】、【放線計(jì)算】、【連續(xù)上下山】、【弧垂觀測(cè)】、【計(jì)算成果】、【數(shù)據(jù)庫(kù)】、【視圖】、【幫助】等選項(xiàng)。在菜單欄下面提供了幾種典型操作的快捷方式，如，項(xiàng)目新建、文件打開(kāi)、文件保存、放線計(jì)算等。

文件菜單下包含常見(jiàn)的文件操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)已有的張力放線計(jì)算進(jìn)行保存、查看、修改和牽放過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示。基本的張力放線過(guò)程分為3個(gè)步驟，如圖1所示：（1）張力放線向?qū)В唬?）放線檔數(shù)據(jù)采集；（3）計(jì)算參數(shù)設(shè)定并計(jì)算。

在軟件啟動(dòng)后，選擇“放線計(jì)算”，系統(tǒng)出現(xiàn)張力放線的設(shè)置向?qū)АＭㄟ^(guò)設(shè)置向?qū)瓿蓪?duì)數(shù)據(jù)源、牽放參數(shù)和牽放對(duì)象的設(shè)置。

（1）數(shù)據(jù)源設(shè)置。

數(shù)據(jù)源設(shè)置如圖2所示。數(shù)據(jù)源有兩種：一種是放線檔表格，使用者可以指定用Excel記錄的放線檔檔距、高差等數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄入；另一種是完成向?qū)Ш?，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)AutoCAD，使用者在AutoCAD環(huán)境中采集已有DWG文件中的掛點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入。對(duì)于DWG文件，除了指定放線檔數(shù)據(jù)的來(lái)源之外，用戶還可以指定DWG文件中斷面圖的X和Y軸的縮放比例。

（2）牽放參數(shù)設(shè)置。

牽放參數(shù)設(shè)置如圖3所示。牽放參數(shù)包括牽放方向和牽引的對(duì)象選擇。雖然大多數(shù)情況下，都是張力機(jī)在左側(cè)，牽引機(jī)在右側(cè)進(jìn)行牽放的。但也有少數(shù)場(chǎng)合是牽引機(jī)在左側(cè)，張力機(jī)在右側(cè)。軟件提供了兩種方式。

軟件提供了4種牽引方式，包括導(dǎo)引繩牽牽引繩、牽引繩牽導(dǎo)線、牽引繩牽地線、牽引繩牽光纜。每一次張力放線的模型只針對(duì)一種牽引方式。

（3）牽放對(duì)象設(shè)置。

在設(shè)定了牽放方式后，系統(tǒng)將針對(duì)牽放方式的類(lèi)型，設(shè)置對(duì)應(yīng)的牽放對(duì)象參數(shù)。以圖4所示為例，在上一步選擇了“牽引繩牽導(dǎo)線”的方式后，在這一步，將出現(xiàn)牽引繩和導(dǎo)線的參數(shù)對(duì)話框。

牽引繩的參數(shù)包括名稱(chēng)、截面積、單位長(zhǎng)度自重、許用張力等。導(dǎo)線包括名稱(chēng)、截面積、單位長(zhǎng)度自重、彈性模量及導(dǎo)線根數(shù)等。光纜、地線的參數(shù)和牽繩的參數(shù)基本相同。使用者可選擇采取新參數(shù)，也可點(diǎn)擊“型號(hào)庫(kù)”按鍵，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇已有的線繩型號(hào)，這樣就大大簡(jiǎn)化了錄入過(guò)程。圖5所示為連續(xù)上下山計(jì)算的過(guò)程，通過(guò)選擇開(kāi)始段和結(jié)束段及導(dǎo)線類(lèi)型和水平安裝應(yīng)力要求值，實(shí)現(xiàn)對(duì)上下山放線過(guò)程的計(jì)算。

弧垂觀測(cè)提供了3種計(jì)算方式，即檔端法、檔內(nèi)法和檔外法。通過(guò)點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)方法名稱(chēng)，則進(jìn)入相應(yīng)的觀測(cè)計(jì)算，輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)，計(jì)算弧垂觀測(cè)值。

計(jì)算結(jié)果分為兩類(lèi)，為方便操作，軟件提供了直接通過(guò)點(diǎn)擊計(jì)算成果菜單下面的“Excel文件”查閱計(jì)算結(jié)果和“動(dòng)畫(huà)”觀看動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的方式。

5 結(jié)語(yǔ)

該文主要介紹了軟件的開(kāi)發(fā)原則及開(kāi)發(fā)工具，并給出了數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇，給出了張力放線動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)。軟件實(shí)現(xiàn)后，幾個(gè)主要界面分別實(shí)現(xiàn)不同的操作，軟件界面具有Windows風(fēng)格，并且每一步都做了輸入向?qū)?，?jiǎn)化了輸入的步驟，提高了軟件的可用性。

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