三維數(shù)字化仿真技術(shù)在電纜通道建設(shè)管理中的應(yīng)用

邢昆　 趙立剛　 李利軍　 郭濤　 裴興毅　 楊博超

摘 要：當(dāng)前電力工業(yè)正處在機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的發(fā)展時(shí)期，智能電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)電力管理系統(tǒng)提出了更新、更高的要求。為解決電纜通道人工建模工作效率低、工作量大，成本高的問題，本文應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)三維自動(dòng)建模仿真的技術(shù)，自動(dòng)生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

關(guān)鍵詞：電力工業(yè)；智能電網(wǎng)；計(jì)算機(jī)三維技術(shù)

1 概況

隨著地理信息技術(shù)和三維建模、仿真技術(shù)的發(fā)展，基于地理信息的三維圖像呈現(xiàn)給管網(wǎng)管理帶來極大的直觀性和便利性。推行電纜通道地理信息管理、電纜通道結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電纜設(shè)備三維數(shù)字化仿真，不僅是設(shè)計(jì)企業(yè)自身發(fā)展需求，更是智能電網(wǎng)建設(shè)迫切要求，是關(guān)乎國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展的大事。

在以往的電纜通道工程建設(shè)中，由于不同建設(shè)階段由不同職能部門負(fù)責(zé)，各部門管理方法和理念各不相同，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。所以從來沒有過哪個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以貫通整個(gè)工程，數(shù)據(jù)在一個(gè)階段傳遞給下一個(gè)階段基本都需要人工分類，篩選，記錄，分析再使用。在建設(shè)周期中存在有大量的數(shù)據(jù)冗余、重復(fù)和錯(cuò)誤，造成了大量人力、物力的浪費(fèi)。通過使用GIS地理信息技術(shù)建立的管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，僅使用平面繪圖技術(shù)，較之以前的人工繪圖和CAD輔助繪圖已經(jīng)有了極大的技術(shù)進(jìn)步，但平面視圖仍具有一定的局限性。三維數(shù)字化仿真以面向?qū)ο蟮乃悸罚瑢⑿畔①x予以三維空間信息或多維對(duì)象，使信息貫穿工程項(xiàng)目的全生命周期。三維數(shù)字化仿真內(nèi)容不僅包括建立逼真的三維模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)階段的合理性檢查，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，更為設(shè)計(jì)，施工，運(yùn)行維護(hù)管理各階段提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，提高工程項(xiàng)目的整體建設(shè)效益。

2 電纜通道地理信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

目前各類電纜通道三維應(yīng)用基本上以人工建模，三維展示應(yīng)用為主，為解決人工建模工作效率低、工作量大，成本高的問題，本文設(shè)計(jì)應(yīng)用了一種基于電纜井生成電纜通道路徑以及根據(jù)電纜通道路徑GIS數(shù)據(jù)、規(guī)格類型數(shù)據(jù)、臺(tái)賬信息數(shù)據(jù)和電纜敷設(shè)記錄數(shù)據(jù)作為三維模型的基準(zhǔn)參數(shù)，利用分段樣條插值和曲線平滑算法自動(dòng)生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

電纜通道三維建模示意圖

在工程項(xiàng)目中，在電纜通道信息管理系統(tǒng)中，集成三維引擎，利用電纜通道信息管理系統(tǒng)中的通道及通道內(nèi)設(shè)施/設(shè)備信息，結(jié)合電纜通道三維建模算法，通過采用三維數(shù)字化自動(dòng)建模手段，創(chuàng)建整個(gè)通道不同類型管網(wǎng)設(shè)施的三維模型，實(shí)現(xiàn)電纜通道的三維模型智能生成，自動(dòng)生成的三維模型具體內(nèi)容包括通道結(jié)構(gòu)三維仿真和通道內(nèi)敷設(shè)的電纜線路三維仿真兩部分。

2.1 通道結(jié)構(gòu)三維仿真

頂管支架三維仿真圖 排管保護(hù)管三維仿真圖

2.2 通道內(nèi)敷設(shè)的電纜線路三維仿真

電纜頂管線路敷設(shè)三維仿真圖 排管線路敷設(shè)三維仿真圖

在電纜通道地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過嵌入三維仿真引擎，進(jìn)行動(dòng)態(tài)電纜通道三維模型實(shí)體的計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成；還可以對(duì)電纜規(guī)劃敷設(shè)仿真漫游進(jìn)行視距檢查范圍，確保設(shè)計(jì)與項(xiàng)目現(xiàn)有情況一致，規(guī)劃及預(yù)留合理，保證后期施工的順利進(jìn)行。

在整個(gè)系統(tǒng)的三維仿真應(yīng)用中，無需通過外部三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行人工三維建模工作，電纜通道三維自動(dòng)建模仿真，避免了需人工建模的巨大工作量的投入，極大的節(jié)省了使用三維仿真的時(shí)間，單條電纜通道，常規(guī)人工建模所需的幾周的時(shí)間，現(xiàn)在通過自動(dòng)建模仿真，只需幾秒到幾十秒的計(jì)算機(jī)運(yùn)算和渲染時(shí)間，在提高工作效率的同時(shí)，減少了人工投入，有效地降低了系統(tǒng)實(shí)施和使用成本。

3 三維數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

三維數(shù)字化仿真，與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比，能通過建立三維信息模型直觀地反映出電纜通道結(jié)構(gòu)、內(nèi)部裝置和構(gòu)筑物的空間信息。通過對(duì)信息模型的數(shù)據(jù)提取，為工程全生命周期更好的提供服務(wù)，提升了設(shè)計(jì)的綜合價(jià)值。應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維自動(dòng)建模仿真的技術(shù)，通過基于電纜井生成電纜通道路徑以及根據(jù)電纜通道路徑GIS數(shù)據(jù)、規(guī)格類型數(shù)據(jù)、臺(tái)賬信息數(shù)據(jù)和電纜規(guī)劃/敷設(shè)記錄數(shù)據(jù)作為三維模型的基準(zhǔn)參數(shù)，利用分段樣條插值和曲線平滑算法自動(dòng)生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

基于同樣的數(shù)字化設(shè)計(jì)架構(gòu)，各專業(yè)間能有效開展協(xié)同設(shè)計(jì)工作。集成多專業(yè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共；通過協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)步驟；采用專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化，完善標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程標(biāo)準(zhǔn)化。提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率。GIS地理圖形和三維可視化手段增強(qiáng)了用戶設(shè)計(jì)成果的直觀感受，所見即所得的模式能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上面的缺陷，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中的問題，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在腦海中構(gòu)建三維立體場(chǎng)景。三維可視化的手段能較好地完成布置和空間占用沖突檢查工作。顛覆以往把設(shè)計(jì)資料以圖紙形式移交給下一道工序方的方式，轉(zhuǎn)變成以數(shù)字化模型（二維或者三維）為介質(zhì)移交給下一方，可視化的數(shù)字化模型明確地表現(xiàn)了設(shè)計(jì)的內(nèi)容，所見即所得的表現(xiàn)形式減少了圖紙的解譯和誤差，為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量起到積極有效的作用。