桿塔組立的虛擬施工系統(tǒng)研究

韓剛 張健 張鑫 徐梓馨 于生澤 周闖

摘要：桿塔組立是架空輸電線路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，具有周期長、危險系數(shù)高等特點(diǎn)。虛擬施工基于虛擬定義，依托計算機(jī)技術(shù)的模擬和預(yù)演，掌握施工前后及過程中的狀態(tài)。在分析計算機(jī)軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)桿塔組立的虛擬施工過程，通過軟件編譯平臺編寫生成軟件，以期為今后教學(xué)與施工提供便利。

關(guān)鍵詞：虛擬施工;桿塔組立;模型;軟件

中圖分類號：TP391.9;TM753 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2019）03-0038-02

架空輸電線路施工的三大工程是基礎(chǔ)施工、桿塔組立、架線施工。其中桿塔組立是重要環(huán)節(jié)，其工程大部分位于崎嶇的山區(qū)，施工極為不便，難度大、危險系數(shù)高，如果施工不當(dāng)很容易造成人員傷害和工程成本增加。通過虛擬施工技術(shù)可以有效防止上述問題出現(xiàn)，提高施工效率。

1 虛擬施工技術(shù)及建模

虛擬施工（Virtual Construction，簡稱VC），是通過計算機(jī)以軟件程序來模擬實(shí)際施工過程。在計算機(jī)硬件的支持下，采用虛擬現(xiàn)實(shí)和結(jié)構(gòu)仿真，對整個工程中的人力、財力、物力及信息等條件進(jìn)行比較詳細(xì)的仿真和再現(xiàn)。虛擬施工通過軟件仿真，不必消耗大量的現(xiàn)實(shí)資源和能量，并在其過程中提供有益的經(jīng)驗(yàn)，使業(yè)主、設(shè)計者及施工方能夠提前有效地了解整個工程的過程和概況。虛擬施工的流程如圖1所示。

虛擬施工的關(guān)鍵問題是模型的建立。通過建立一個集成的虛擬模型，實(shí)現(xiàn)對工程信息的組織和描述。根據(jù)虛擬施工中對產(chǎn)品模型的需求，整個模型可分為核心模型和各種分析模型。核心模型在產(chǎn)品的設(shè)計過程中交互式建立，主要由功能描述模型和實(shí)體模型組成。建模過程分為幾何建模、運(yùn)動建模、物理建模、對象行為建模及模型分割等（如圖2所示）。

目前，面向?qū)ο蠓椒ǎ∣bject-Oriented Method）在虛擬環(huán)境建模和仿真中得到重視和應(yīng)用，越是大型的、復(fù)雜的系統(tǒng)建模和仿真，越能體現(xiàn)出面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)越性，因此，面向?qū)ο蠓椒ㄗ匀怀蔀檠兄铺摂M施工環(huán)境系統(tǒng)的基本方法。智能體方法（Agent-Oriented Method）可以在對象的多維信息描述、對象的實(shí)時處理、對象的并發(fā)處理、對象間的多維信息通信、對象間的競爭與合作等方面滿足虛擬環(huán)境系統(tǒng)的特殊要求。

2 桿塔組立虛擬施工系統(tǒng)

2.1 Flash動畫制作

Flash是Micromedia公司推出的網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)頁動畫制作軟件。Flash支持動畫、聲音和交互，具有強(qiáng)大的多媒體編輯功能，使用它可以設(shè)計出引導(dǎo)時尚潮流的網(wǎng)站、動畫、多媒體及互動影像。Flash采用矢量技術(shù)，生成的文件容量小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.2 Java

MyEclipse是一個十分優(yōu)秀的用于開發(fā)Java，J2EE的Eclipse插件集合。MyEclipse的功能非常強(qiáng)大，支持也十分廣泛，尤其對各種開源產(chǎn)品的支持相當(dāng)不錯。

2.3 install4j

install4j是一個功能強(qiáng)大的、多平臺Java安裝文件生成工具。install4j的圖形用戶界面中可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1） 完全自定義發(fā)布樹;2） 處理特定平臺的差異;3） 針對Unix，Linux及Mac OS X所定義的文件權(quán)限;4） 定義優(yōu)良的卸載策略;5） 定義覆蓋策略;6） 定義安裝的組件。

3 高壓架空輸電線路桿塔組立

桿塔的主要作用是懸掛、支撐導(dǎo)線和避雷線，按照其材質(zhì)可分為鋼筋混凝土電桿和鐵塔。電壓等級較高的線路桿塔高度很高，達(dá)到30 m以上，多采用內(nèi)拉線或外拉線懸浮抱桿進(jìn)行桿塔組立。

以內(nèi)懸浮外拉線抱桿為例。內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔方法是將抱桿的臨時拉線下端固定在鐵塔以外的地面（即外拉線），抱桿根部置于鐵塔結(jié)構(gòu)軸心線，通過承托繩懸浮于鐵塔的4根主材。

由于抱桿在鐵塔內(nèi)部中心呈懸浮狀態(tài)，內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔的優(yōu)點(diǎn)有：1） 施工現(xiàn)場緊湊，不受地形、地物限制。2） 簡化組塔工具，提高施工效率。3） 抱桿提升安全可靠，起吊構(gòu)件平穩(wěn)方便。4） 吊裝塔材過程中，抱桿始終處于鐵塔的結(jié)構(gòu)中心，鐵塔四角主材受力均勻，不會因受力不均而使局部塔材變形;同時，4個塔腿受力均勻，避免了基礎(chǔ)的不均勻沉降，對底板較小的基礎(chǔ)型式如金屬基礎(chǔ)尤其有利。

內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔虛擬施工的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

4 結(jié)語

選擇合適的施工工具是解決傳統(tǒng)電力施工成本高、工期長且施工質(zhì)量低等問題的根本方法，并且能夠保證施工安全、準(zhǔn)確、可靠。借助Adobe Flash，MyEclipse和install4j等軟件編譯程序，制作桿塔組立虛擬施工系統(tǒng)，可以將施工人員從復(fù)雜、容易出錯的桿塔組立計算和施工布置中解放出來。

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