送電三維設(shè)計(jì)成果在建設(shè)管理中的應(yīng)用

謝楓 劉耀中 周賀

[摘?要]本文簡(jiǎn)單介紹了線路三維設(shè)計(jì)的概況，并圍繞三維設(shè)計(jì)成果在線路建設(shè)管理過程中所產(chǎn)生的生產(chǎn)效率和管理效益提升展開分析和研究。最終提出通過對(duì)三維設(shè)計(jì)與工程項(xiàng)目管理有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于三維設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目全壽命周期統(tǒng)一管理，將有利于線路工程項(xiàng)目管理水平的提升。

[關(guān)鍵詞]送電;三維設(shè)計(jì);建設(shè)管理

文章編號(hào)：2095-4085（2019）12-0033-03

目前三維設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)和管理中的應(yīng)用已成為各工程行業(yè)衡量工程設(shè)計(jì)水平的標(biāo)志之一?[1]，電力設(shè)計(jì)行業(yè)中發(fā)電及變電設(shè)計(jì)領(lǐng)域起步相對(duì)較早。

線路項(xiàng)目雖然開展三維設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)較晚，但目前發(fā)展較為迅速，多數(shù)設(shè)計(jì)單位已建立或即將建立三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。平臺(tái)以三維地理信息系統(tǒng)為支撐，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息化，軟件集成化，圖紙電子化，管理規(guī)范化。設(shè)計(jì)成果相較二維設(shè)計(jì)更加直觀，設(shè)計(jì)手段更加先進(jìn)，協(xié)同作業(yè)更加便捷，項(xiàng)目管理更加高效，成果移交更加規(guī)范。

本文主要圍繞三維設(shè)計(jì)成果在線路建設(shè)過程中所產(chǎn)生的生產(chǎn)效率和管理效益提升展開分析和研究。

1?利用三維設(shè)計(jì)成果提高工程建設(shè)水平

1.1?設(shè)計(jì)評(píng)審

項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)評(píng)審是建設(shè)過程中審查單位確認(rèn)設(shè)計(jì)方案合理性及可行性并審定工程造價(jià)的重要環(huán)節(jié)。以往工程評(píng)審階段，與會(huì)專家對(duì)本體工程量的審查多是根據(jù)設(shè)計(jì)文件說明及以往經(jīng)驗(yàn)判斷，而通道清理量則是以設(shè)計(jì)單位提供的路徑圖加現(xiàn)場(chǎng)照片為依據(jù)。評(píng)審過程工作量大且對(duì)專家能力要求相對(duì)較高。

采用三維設(shè)計(jì)手段后，設(shè)計(jì)單位提交評(píng)審的資料除了通常紙質(zhì)文件外，還包括全線三維模型。由于設(shè)計(jì)過程中利用基于高精度地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行路徑選擇與桿位預(yù)排，工程本體量準(zhǔn)價(jià)實(shí)，通道清理明晰有據(jù)。以三維數(shù)據(jù)為支撐，能夠輔助評(píng)審單位快速，準(zhǔn)確了解工程信息，提升評(píng)審效率。

1.2?采購(gòu)招標(biāo)

施工招標(biāo)的目的是確定工程施工單位，物資招標(biāo)的目的是確定工程物資供應(yīng)商。兩者雖然面向?qū)ο蟛煌?，但都要求?biāo)書中的工程量翔實(shí)準(zhǔn)確。一旦出現(xiàn)大的偏差，工程實(shí)施及結(jié)算階段可能產(chǎn)生合同變更，簽證索賠等一系列管理問題。對(duì)以往工程中出現(xiàn)的工程量問題進(jìn)行分析可知，主要原因包括設(shè)計(jì)單位招標(biāo)前尚未完成外業(yè)定位及勘察工作或是統(tǒng)計(jì)過程中出現(xiàn)人為失誤。而采用三維設(shè)計(jì)手段后，高精度航飛數(shù)據(jù)能夠大量減少線路外業(yè)調(diào)繪時(shí)間，專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)效率的同時(shí)提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段更能保證施工和物資招標(biāo)工程量的及時(shí)準(zhǔn)確。

1.3?造價(jià)管理

我國(guó)現(xiàn)行的工程結(jié)算方式主要有按月結(jié)算，竣工后一次結(jié)算和分段結(jié)算幾種。工程結(jié)算階段，由于基于傳統(tǒng)二維圖紙下的造價(jià)管理數(shù)據(jù)比較分散，工程量的拆分和匯總就顯得比較困難。而在三維造價(jià)模型的幫助下，這一問題可以輕而易舉地解決，可以獲取工程任意部分的工程量及其造價(jià)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按階段結(jié)算，還可以根據(jù)工程進(jìn)度進(jìn)行精確采購(gòu)和按額領(lǐng)料，編制資金計(jì)劃，物資采購(gòu)計(jì)劃和勞動(dòng)力計(jì)劃等，實(shí)現(xiàn)真正意義上的項(xiàng)目全過程造價(jià)管理。

工程變更在項(xiàng)目施工過程中是不可避免的，使用三維造價(jià)模型，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件替換，相關(guān)的信息也隨之自動(dòng)調(diào)整，可以重新計(jì)算工程量，輸出一個(gè)新的算量文件，所有的工作幾分鐘就可以完成。

在施工階段使用同一個(gè)三維成本模型，添加時(shí)間進(jìn)度和成本信息，分析統(tǒng)計(jì)每階段的成本費(fèi)用，根據(jù)同一個(gè)5D的成本模型支付施工進(jìn)度款，明確每一階段的任務(wù)，準(zhǔn)確直觀地表達(dá)款項(xiàng)信息，不再出現(xiàn)超付或者延付的情況，在此基礎(chǔ)上的索賠現(xiàn)象也會(huì)大大減少。

在三維造價(jià)模型的支持下，所有的物理信息和幾何信息（如各構(gòu)件的工程量信息，施工進(jìn)度信息，材料的價(jià)格、產(chǎn)地及生產(chǎn)廠家等）都可以儲(chǔ)存在三維造價(jià)模型中，并隨著項(xiàng)目的進(jìn)展不斷更新。通過使用三維造價(jià)模型進(jìn)行管理，用計(jì)算機(jī)代替預(yù)算員完成工程量的核對(duì)，大大降低了預(yù)算人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度。

1.4?設(shè)計(jì)交底

設(shè)計(jì)交底及圖紙會(huì)審是設(shè)計(jì)單位向監(jiān)管，施工，監(jiān)理等單位詮釋設(shè)計(jì)方案，提醒工程重點(diǎn)注意事項(xiàng)的重要環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)紙質(zhì)材料相比，在這一環(huán)節(jié)中利用三維技術(shù)輔助二維圖紙開展策劃及相關(guān)工作，能讓設(shè)計(jì)方案更加直觀，易懂，各參建單位更好、更深入的理解設(shè)計(jì)方案，對(duì)于提高工程施工質(zhì)量具有重要意義。

1.4.1?利用三維可視化成果開展數(shù)字化交樁

以往工程施工前施工單位需要根據(jù)設(shè)計(jì)單位線路平斷面定位圖中的樁位位置，桿塔檔距，轉(zhuǎn)角度數(shù)等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)，實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)階段的外業(yè)定位至施工單位進(jìn)場(chǎng)施工時(shí)間長(zhǎng)短不一，受地形條件，地面植被，天氣變化等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)樁位丟失的情況，給施工單位的復(fù)測(cè)帶來一定困難。而通過將空間數(shù)據(jù)組織在三維場(chǎng)景中，形成逼真的三維景觀，構(gòu)建三維可視化GIS場(chǎng)景輔助二維圖紙能夠更加清晰地展示樁位、塔位附近的地形條件及敏感因素，方便施工單位快速、準(zhǔn)確鎖定樁位及塔位。

1.4.2?利用三維可視化成果明確通道敏感點(diǎn)

線路路徑及塔位的選擇實(shí)際上受大量敏感因素的影響，如沿線地方規(guī)劃，軍事設(shè)施，礦產(chǎn)資源，通航河流，文物分布以及公路，高速等設(shè)施主管部門要求等，在開工圖交底階段提供基于三維可視化GIS平臺(tái)的線路路徑圖，并將沿線受控敏感點(diǎn)類型、范圍及保護(hù)距離的要求進(jìn)行分類標(biāo)識(shí)，可以更好的讓建管單位了解工程主要矛盾，合理安排建設(shè)協(xié)調(diào)工作，進(jìn)一步優(yōu)化人力資源配置。

1.4.3?基礎(chǔ)交底

融合地形，地質(zhì)信息的三維交底模型，可以方便施工單位更加直觀的了解線路沿線的地形，地貌，道路交通，基礎(chǔ)型式等情況，通過比對(duì)實(shí)際地形，避免了后期澆錯(cuò)塔位的情況。對(duì)于特殊塔位，設(shè)計(jì)人員調(diào)用更加詳細(xì)的細(xì)部模型，進(jìn)行交底，直觀、可視化。

三維交底模型中，明確了環(huán)保，水保措施，以及相應(yīng)的位置，工程量，方便后期實(shí)施、驗(yàn)收的開展。

1.4.4?桿塔交底

三維可視化桿塔交底避免了二維交底，以文字描述為主的弊病。使用融合圖紙信息的三維桿塔模型進(jìn)行交底，可以十分細(xì)致的反映桿塔腳釘，爬梯，接地孔，螺栓穿向等的布置情況。直觀、真實(shí)的提出對(duì)于加工放樣的要求，以及組塔施工的要求。通過可視化交底，業(yè)主，監(jiān)理，施工單位更容易發(fā)現(xiàn)，指出圖紙中存的不足，設(shè)計(jì)人員通過修改三維模型，直接生成新的圖紙或變更單，并在平臺(tái)中留存記錄。

1.4.5?利用三維可視化成果詮釋金具串連接

傳統(tǒng)的二維圖紙通常采用正視與俯視兩種視角展示金具串中各金具型式及連接情況，隨著電壓等級(jí)的提高，金具串組裝越來越復(fù)雜，紙質(zhì)圖紙難以清晰的對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行表述，后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)的金具組裝對(duì)施工人員的經(jīng)驗(yàn)要求也相對(duì)較高。交底階段通過提供三維可視化金具串組裝模型，可以自由的從不同視角檢視金具連接，幫助其他參建人員更迅速準(zhǔn)確地掌握設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)三維可視化成果基于金具國(guó)標(biāo)及國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)繪制而成，對(duì)于金具螺栓穿孔方向等細(xì)節(jié)描述更加清晰，便于各參建單位達(dá)成一致意見。

1.4.6?利用三維可視化成果詮釋導(dǎo)線布置

常規(guī)線路工程接線簡(jiǎn)單的情況下紙質(zhì)圖紙基本可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工管理的需求，而部分開斷線，改接線等工程由于線路存在單雙回路變化，導(dǎo)線布置方式變化等因素，接線較為復(fù)雜，盡管圖紙對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行了說明，但并不直觀。采用三維可視化交底，通過提供三維模型讓參加單位以不同視角了解工程接線方案可以讓設(shè)計(jì)方案變得更為直觀，也易于施工單位開展方案策劃。

1.5?施工組織及風(fēng)險(xiǎn)管控

對(duì)于工程建設(shè)而言，設(shè)計(jì)和施工是緊密相連且互相影響的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)方案在合理控制工程造價(jià)的同時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮施工安全風(fēng)險(xiǎn)。因此設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)一是需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行多方案比選，在不大幅增加工程造價(jià)的前提下盡量選擇施工風(fēng)險(xiǎn)低的設(shè)計(jì)方案，二是輔助施工單位開展施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管控。

采用三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)后由于工程基于高精度的地理信息系統(tǒng)構(gòu)建了精細(xì)化的三維模型，通過自動(dòng)生成施工環(huán)節(jié)演示視頻并在關(guān)鍵步驟處進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示可以輔助施工單位開展現(xiàn)場(chǎng)施工安全培訓(xùn)，在此基礎(chǔ)上，利用VR技術(shù)優(yōu)異的可交互性，可以讓施工人員在一個(gè)完全虛擬的場(chǎng)景里進(jìn)行施工步驟演練，排查現(xiàn)場(chǎng)施工安全隱患。

1.6?通道清理

通道清理主要包括房屋拆遷和林木砍伐。傳統(tǒng)的房屋拆遷圖主要缺點(diǎn)為由于線路尚未建成，房屋拆遷范圍現(xiàn)場(chǎng)沒有參考物，且施工圖中房屋影像很難反映現(xiàn)場(chǎng)全貌，導(dǎo)致查證工作相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。利用無人機(jī)飛行平臺(tái)搭載傾斜相機(jī)，獲取沿線密集房屋區(qū)的傾斜影像并通過影像建模生成真實(shí)度極高的房屋模型（見圖1），能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)施工人員快速鎖定目標(biāo)，提高工作效率。工程開工后定期對(duì)通道進(jìn)行航飛取證，可以讓建設(shè)單位及時(shí)跟進(jìn)通道清理進(jìn)度，掌握清理工作難點(diǎn)，同時(shí)線路開工前及工程竣工后的通道影像對(duì)比也可對(duì)工程結(jié)算及移交做出有效的數(shù)據(jù)支撐。

圖1?無人機(jī)拍攝的密集房屋區(qū)的傾斜影像

傳統(tǒng)林木砍伐圖的主要缺點(diǎn)是只能反映林木砍伐范圍，具體砍伐工程量多是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)林木株距和行距進(jìn)行估算，無法做到精確統(tǒng)計(jì)。通過地面三維激光掃描技術(shù)獲取通道內(nèi)林木區(qū)段三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在方便設(shè)計(jì)人員對(duì)林木砍伐范圍校核的同時(shí)也可以精確統(tǒng)計(jì)林木砍伐數(shù)量，避免后續(xù)工程竣工階段發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)砍伐量與設(shè)計(jì)量不一致的問題。

2?利用三維設(shè)計(jì)成果提高運(yùn)維管理水平

根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司《輸變電工程三維設(shè)計(jì)成果數(shù)字化移交導(dǎo)則第2部分、架空線路部分》的要求，本工程后續(xù)設(shè)計(jì)完成后應(yīng)利用三維建模技術(shù)和三維可視化技術(shù)，結(jié)合地理信息和工程信息，以數(shù)字化模型的形式，整合輸電線路工程的地理數(shù)據(jù)，設(shè)備數(shù)字化模型數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，移交給相關(guān)使用或管理部門，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路工程數(shù)字化模型的直觀展示和工程資料的綜合管理。因此，工程在三維設(shè)計(jì)階段需同步考慮工程數(shù)據(jù)接口應(yīng)盡可能滿足后期運(yùn)維單位的生產(chǎn)需求。

2.1?利用三維成果開展運(yùn)行狀態(tài)校核

2.1.1?開展重要交跨校核

線路的通道情況隨著時(shí)間的推移可能不斷發(fā)生變化，對(duì)于新增重要交叉跨越，如電力線路，高速公路，鐵路，民房等設(shè)施應(yīng)在建設(shè)前對(duì)其進(jìn)行安全距離的校驗(yàn)。以往設(shè)計(jì)單位移交資料均為紙質(zhì)版本，運(yùn)行單位需對(duì)平斷面圖中導(dǎo)線對(duì)地距離進(jìn)行測(cè)量及比例換算后確認(rèn)交跨安全距離，部分特殊情況要求按特定溫度開展校核工作更是需要進(jìn)行復(fù)雜換算，專業(yè)性強(qiáng)，不易運(yùn)行人員操作。而采用三維數(shù)字化移交后，可在運(yùn)維平臺(tái)內(nèi)預(yù)留數(shù)據(jù)導(dǎo)入通道及指定導(dǎo)線運(yùn)行溫度，將新增交跨信息一鍵導(dǎo)入后即時(shí)顯示交跨電氣距離，從而極大減輕運(yùn)維人員工作量，同時(shí)校核結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。

2.1.2?開展林木跨越電氣距離校核

從以往我院及其他設(shè)計(jì)單位承擔(dān)的工程經(jīng)驗(yàn)來看，線路投運(yùn)后另一個(gè)對(duì)運(yùn)行可能產(chǎn)生重要隱患的因素為林木。尤其對(duì)于通道內(nèi)部分電氣安全距離裕度不大的區(qū)段，由于樹木仍在不斷生長(zhǎng)，需要經(jīng)常性開展現(xiàn)場(chǎng)高度測(cè)量統(tǒng)計(jì)及電氣距離校核工作，這一過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用三維平臺(tái)加在線監(jiān)測(cè)的方案可以有效減少現(xiàn)場(chǎng)工作量。具體方案為針對(duì)需要重點(diǎn)關(guān)注的林木區(qū)段，在線路鄰近塔位安裝林木高度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)控樹木高度并定期向三維平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，平臺(tái)根據(jù)林木位置和高度分別開展高溫及大風(fēng)工況下電氣距離校核，一旦接近安全限制，平臺(tái)自動(dòng)報(bào)警并顯示具體數(shù)值，方便運(yùn)維人員擬定后續(xù)處理方案。

2.2?輔助自然災(zāi)害預(yù)警檢測(cè)

2.2.1?建立地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)

首先通過北斗定位自然災(zāi)害所威脅的對(duì)象，并通過高分遙感影像標(biāo)識(shí)入庫(kù)。其次將降水預(yù)報(bào)等氣象數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。雨量站均由北斗定位。

2.2.2?建立輸電線路地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害與降水關(guān)系的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合預(yù)報(bào)降水量，進(jìn)行預(yù)警判斷。當(dāng)達(dá)到預(yù)警級(jí)別后，快速發(fā)布預(yù)警信息，通知相關(guān)責(zé)任人，確保啟動(dòng)相關(guān)級(jí)別的應(yīng)急預(yù)案，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較大的情況及時(shí)采取避讓措施。

2.2.3?建立輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)平臺(tái)

根據(jù)區(qū)域預(yù)警結(jié)果及線路分布情況，列出位于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段的桿塔風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)情況。逐基建立三維地質(zhì)模型，同時(shí)在重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域利用傳感器進(jìn)行長(zhǎng)期的自動(dòng)化精密監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)了根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化的三維地質(zhì)模型的協(xié)同動(dòng)態(tài)變化，體現(xiàn)了模型的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點(diǎn)，為有限元地質(zhì)災(zāi)害分析奠定了基礎(chǔ)。

2.2.4?建立氣象災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)機(jī)制

通過將設(shè)計(jì)平臺(tái)與本地氣象臺(tái)站進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，獲取氣象預(yù)測(cè)成果。當(dāng)未來可能發(fā)生覆冰，風(fēng)速等氣象要素超設(shè)計(jì)條件的情況時(shí)，平臺(tái)將自動(dòng)開展桿塔，基礎(chǔ)，導(dǎo)地線，金具荷載計(jì)算和線路電氣距離校驗(yàn)工作，并對(duì)可能無法滿足安全運(yùn)行要求的危險(xiǎn)點(diǎn)發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)提示，提醒運(yùn)維人員提前謀劃應(yīng)對(duì)措施。

3?結(jié)?論

通過對(duì)三維設(shè)計(jì)及工程項(xiàng)目管理的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)基于三維設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目全壽命周期的統(tǒng)一管理，更有利于項(xiàng)目最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。三維設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，不僅有利于技術(shù)的更新與換代，更將促使生產(chǎn)組織模式和管理方式的轉(zhuǎn)型，并長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響人們對(duì)于項(xiàng)目的思維模式。

參考文獻(xiàn)：

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