三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在輸電線路工程中的應(yīng)用研究

黃正剛

摘要：我國的電網(wǎng)是世界上規(guī)模最大，最復(fù)雜的電網(wǎng)，在電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)中離不開科學(xué)合理的輸電線路工程。經(jīng)過多年的發(fā)展與應(yīng)用，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成功在輸電線路工程中廣泛應(yīng)用。其主要是通過收集各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)，以地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)已經(jīng)虛擬技術(shù)等，模擬構(gòu)建三維地理模型，為輸電線路工程的設(shè)計(jì)提供可視化的仿真模型。仿真模型的建設(shè)可以有效的為輸電線路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供指導(dǎo)，比如路徑選擇、塔桿排位等。本文對三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在輸電線路工程中的應(yīng)用展開研究，對其主要功能與技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行介紹，然后對其應(yīng)用進(jìn)行分析，以促進(jìn)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展，促進(jìn)輸電線路工程的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：三維;數(shù)字化設(shè)計(jì);輸電線路工程;應(yīng)用研究

引言

近年來，以信息技術(shù)為代表的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅速，與各行各業(yè)都在逐漸融合之中。在輸電線路工程中，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以有效提高設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過地理信息數(shù)據(jù)與輸電工程數(shù)據(jù)的收集、整合、處理、分析等，構(gòu)建三維可視化的仿真模型，為輸電線路工程的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。隨著三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的逐漸成熟與發(fā)展，在電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用也越來越廣泛，其可以有效提升輸電線路工程的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并極大簡化了設(shè)計(jì)程序，成本也更低。

一、三維數(shù)字化設(shè)計(jì)概述

1.三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)是一個(gè)綜合性的集成系統(tǒng)，通過多種技術(shù)系統(tǒng)的整合，比如信息技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)與資源共享。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)現(xiàn)階段在大型建筑工程的設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用非常廣泛和成熟，出現(xiàn)了多種專業(yè)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，比如OpenPlant、Pdms、博超等。但是在輸電線路工程的設(shè)計(jì)中，還沒有出現(xiàn)專業(yè)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)。這一定程度上導(dǎo)致了輸電線路工程應(yīng)用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)不足、工具軟件的整合性不足，溝通不暢等問題。

2、平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

輸電線路工程中三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的搭建與應(yīng)用，然后以虛擬技術(shù)構(gòu)建仿真模型，為輸電線路工程的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，為了適應(yīng)客觀發(fā)展的要求，輸電線路工程的三維數(shù)字化平臺(tái)也應(yīng)該具有可拓展性。在三維數(shù)字化設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的收集的全面性和準(zhǔn)確性較為關(guān)鍵，目前主要是通過遙感技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的收集。

輸電線路數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建的三維仿真模型，可以對輸電線路的路徑規(guī)劃、桿位選擇、施工圖設(shè)計(jì)等多個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)提供可視化的參考與指導(dǎo)價(jià)值，并且可以進(jìn)行模擬操作，針對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行反復(fù)試錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，具有成本低、效率高、質(zhì)量高等特點(diǎn)。

二、三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在輸電線路工程中應(yīng)用的主要功能

1.基礎(chǔ)管理

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)功能主要分為二維層次與三維層次的功能，二維層次的主要有地圖的使用，包括定位、測量等基本功能，還可以進(jìn)行編錄、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及輸出等;三維層次的基礎(chǔ)功能可以實(shí)現(xiàn)視圖瀏覽，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的分析和使用，并且可以在其中適當(dāng)?shù)奶砑右恍┳匀惶匦?，針對主要的?shù)據(jù)或藥店進(jìn)行標(biāo)記。除此之外，還有一些些基礎(chǔ)的錄像功能，并且可以進(jìn)行截屏記錄。此外，系統(tǒng)還可以對用戶進(jìn)行權(quán)限管理，不同權(quán)限的用戶，系統(tǒng)對其開發(fā)的功能與系統(tǒng)也不同。

2.數(shù)據(jù)功能

數(shù)據(jù)功能功能使三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)來源主要有歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)場勘察等數(shù)據(jù)匯集而成的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括有規(guī)劃咨詢內(nèi)容、地理信息數(shù)據(jù)、仿真模型數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的全面性直接關(guān)系到三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和功能，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)可以有效提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集成協(xié)作，管理也更為方面。此外，數(shù)據(jù)的分析處理也是非常重要的工作，主要的操作依靠計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件完成，有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、矢量設(shè)計(jì)等。

3.三維業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

三維業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)在輸電新路工程中的主要內(nèi)容為項(xiàng)目管理、路徑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)計(jì)等。其可以實(shí)現(xiàn)多種功能的設(shè)計(jì)，比如路徑的優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)、桿位的優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)、電氣的檢查檢驗(yàn)、輸電線路的合理分布等。

三、三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在輸電線路中應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)

1.數(shù)字化協(xié)同

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用與輸電線路之中，可以打破地域與時(shí)間的限制，讓不同地點(diǎn)，不同專業(yè)、不同領(lǐng)域的專家利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)對輸電線路工程實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，提高了連接效率，交流溝通效率，使設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)質(zhì)量更好，成本更低。良好的協(xié)同配合可以有效避免設(shè)計(jì)失誤與疏漏等問題。

2.選線、排位相結(jié)合

在輸電線路工程的實(shí)際使用中，難免會(huì)受到地質(zhì)災(zāi)害，氣象災(zāi)害以及其他意外因素的影響，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響。運(yùn)用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，可以更為科學(xué)合理的規(guī)劃線路路徑，對電線桿位的選擇提供更好的指導(dǎo)。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過遙感技術(shù)攝制的高清影像，對地質(zhì)情況進(jìn)行全面的測算與預(yù)測，通過相關(guān)的協(xié)議與避讓規(guī)則，規(guī)劃處受意外因素影響最小的路徑，實(shí)現(xiàn)路徑的最優(yōu)選擇。在路徑規(guī)劃中，其電線桿位的選擇也是多為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的地質(zhì)區(qū)域，可以為輸電線路工程的運(yùn)行中避免許多不必要的問題，選用最為經(jīng)濟(jì)合理的選路與桿位，不經(jīng)降低了成本，提高了設(shè)計(jì)效率，而且可以有效保證輸電線路的運(yùn)行壽命。

3.空間校驗(yàn)

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)可以構(gòu)建多種仿真模型，包括地理模型與鐵塔模型以及其他的仿真模型，這些模型的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了虛擬可視化。通過模擬輸電線路工程實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境與工作狀態(tài)，可以進(jìn)行空間優(yōu)化。比如當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，輸電線路的受力狀態(tài)與在有風(fēng)環(huán)境下輸電線路的擺動(dòng)狀態(tài)對于桿位或者鐵塔的影響有什么區(qū)別，通過這種模擬，可以對輸電線路實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)合理的空間布置，避免風(fēng)擺情況下輸電線路之間的碰觸等問題。這些操作都是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的校驗(yàn)的，僅需攝入環(huán)境數(shù)據(jù)模型即可完成，可以有效提升設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且成本較低。尤其是對于復(fù)雜地形的設(shè)計(jì)體現(xiàn)的更為明顯，比如埡口、峽谷、喀斯特地貌等，風(fēng)力較大且風(fēng)向復(fù)雜，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)可以有效解決這一問題。

4.4通道清理

輸電線路工程的建設(shè)過程中，雖然大部分時(shí)候是在野外進(jìn)行，但是隨著電網(wǎng)工程越來越密集，規(guī)模越來越大，難免要經(jīng)過一些居住區(qū)域或者林木茂盛的區(qū)域。在這些區(qū)域，大型輸電工程會(huì)對生產(chǎn)生活以及樹木造成一定的影響。因此，進(jìn)行輸電線路工程建設(shè)時(shí)要對于路徑通道進(jìn)行清理工作。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)可以較為合理的規(guī)劃路徑，減少拆遷工作。在進(jìn)行拆遷時(shí)，可以對建筑拆遷與林木砍伐等進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，記錄相關(guān)的參數(shù)，對線路規(guī)劃范圍之內(nèi)的建筑分布與林木分布進(jìn)行整體的分析，并根據(jù)相關(guān)的原則自動(dòng)規(guī)劃拆遷方案與砍伐計(jì)劃，并繪制相關(guān)圖紙。大大提高了效率，減少了工作量。

結(jié)束語：

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)近年來發(fā)展較快的一種設(shè)計(jì)技術(shù)，其主要集成了多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，包括地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及遙感技術(shù)等，隨著人工智能技術(shù)以及其他數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)將更加智能自動(dòng)化。輸電線路工程的設(shè)計(jì)施工較為復(fù)雜，面對的影響因素以及自身質(zhì)量的要求較高，應(yīng)用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)可以有效提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的越來越大和愈發(fā)復(fù)雜，對三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求也越來越強(qiáng)烈，因此應(yīng)該進(jìn)行大力發(fā)展與應(yīng)用。

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（作者單位：長治市容海智成電力勘測設(shè)計(jì)有限公司）