架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

劉成

[摘? ? 要]在研究架空輸電線路的三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)時，通過結(jié)合國家電網(wǎng)的實際概況，了解輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計的現(xiàn)狀，強化對其三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的研究與分析，從而推動輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)得以更好地應(yīng)用。主要研究了架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，通過獲取數(shù)據(jù)、三維建模以及完善三維設(shè)計平臺，強化對其設(shè)計成果的應(yīng)用，為三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的推廣與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]輸電線路;架空;三維;數(shù)字化設(shè)計;關(guān)鍵技術(shù)

[中圖分類號]TM75 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–02

Analysis of Key Technologies in Three-dimensional Digital Design

of Overhead Transmission Lines

Liu Cheng

[Abstract]When studying the key technologies of the 3D digital design of overhead transmission lines， by combining the actual situation of the State Grid， understand the current situation of the 3D digital design of transmission lines， strengthen the research and analysis of the key technologies of the 3D digital design， so as to promote the 3D transmission line The key technology of digital design can be better applied. The main research of this paper is the key technology of 3D digital design of overhead transmission lines. By acquiring data， 3D modeling and perfecting the 3D design platform， strengthen the application of its design results， and lay the foundation for the popularization and application of 3D digital design.

[Keywords]transmission line; overhead; three-dimensional; digital design; key technology

國家電網(wǎng)的三維數(shù)字化技術(shù)主要以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和前提，設(shè)計為先導(dǎo)，借助模型這一載體將整個數(shù)字化設(shè)計貫穿到每個環(huán)節(jié)中，如設(shè)計環(huán)節(jié)、運維環(huán)節(jié)、建設(shè)環(huán)節(jié)以及退役環(huán)節(jié)等。該設(shè)計可以融合與貫徹其整個生命周期中，并將其全生命周期內(nèi)的每個階段的碎片化數(shù)據(jù)整合成一個較為完整的信息模型，促進工程建設(shè)技術(shù)得以更好地創(chuàng)新，助推工程建設(shè)質(zhì)量與效率的更好提高。

1 分析電網(wǎng)單位三維數(shù)字化設(shè)計的實際情況

2014年，國家電網(wǎng)就已經(jīng)在構(gòu)想數(shù)字化設(shè)計，并逐步進行了數(shù)字化框架體系的設(shè)計與建立工作，其設(shè)計的核心與重點主要在于工程的前期管理與設(shè)計評審以及移交數(shù)字化上。自此之后，國家電網(wǎng)單位也在持續(xù)進行很多數(shù)字化設(shè)計管理與評審工作，并設(shè)置一些管理試點單位，獲得了一定的成就。隨后國家電網(wǎng)單位又下發(fā)了《輸變電工程三維數(shù)字化移交》《輸變電工程三維設(shè)計導(dǎo)則》及《輸變電工程三維設(shè)計模型的交互規(guī)范》等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，推動了國家電網(wǎng)單位的數(shù)字化設(shè)計工作得以更好開展與進行。但是經(jīng)過一系列的情況調(diào)研可知，雖然我國的數(shù)字化設(shè)計及建設(shè)相對較早一些，但是很多電網(wǎng)企業(yè)在數(shù)字化設(shè)計方面的發(fā)展速度并不迅速，導(dǎo)致其發(fā)展速度緩慢的主要因素在于禁錮于傳統(tǒng)的設(shè)計思路與模式，沒有全面且深入地對數(shù)字化設(shè)計技術(shù)進行認(rèn)知、挖掘與理解，片面認(rèn)為三維數(shù)字化技術(shù)僅是一種展示功能，設(shè)計理念還比較落后，多停留在二維設(shè)計時期，思想與觀念較為滯后。同時一些設(shè)計人員沒有全面且深入地研究三維設(shè)計的整個流程，對于協(xié)同的思維與理念并不理解，因而在三維設(shè)計過程中沒有進行全過程、全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，沒能對資源進行最大化程度的共享與利用，資源利用率較低。與此同時，國家電網(wǎng)企業(yè)在數(shù)字化設(shè)計方面的資金投入不足，其軟硬件設(shè)施缺乏配套性與齊全性，同時也缺乏與數(shù)字化需求相匹配的數(shù)據(jù)信息中心。國家電網(wǎng)在開發(fā)與建設(shè)三維數(shù)字化平臺時，多是依賴于軟件公司，而軟件公司并不能與國家電網(wǎng)單位自身發(fā)展的實際需求進行很好地匹配與適應(yīng)。此外，國家電網(wǎng)在數(shù)字化設(shè)計模塊的相關(guān)功能方面在逐步完善，但是由于用戶應(yīng)用層存在比較復(fù)雜的操作，不能夠高效率地進行建模，這會影響三維數(shù)字化設(shè)計效果的展示，也會阻礙其更好地開展三維數(shù)字化設(shè)計與建設(shè)工作。

2 分析三維數(shù)字化設(shè)計的優(yōu)勢

2.1 設(shè)計對象發(fā)生變化

傳統(tǒng)的二維設(shè)計對象主要是以圖紙、說明書或者材料清冊為對象和基礎(chǔ)。三維設(shè)計主要是以數(shù)據(jù)和模型為基礎(chǔ)，其工作內(nèi)容主要是對工程邏輯模型進行建立與布置，三維設(shè)計的結(jié)果主要是結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)信息，通過工程模型數(shù)據(jù)就可以完成二維設(shè)計過程中的材料統(tǒng)計與出圖工作。三維設(shè)計的理念要比二維的理念更加先進。三維的設(shè)計對象是數(shù)據(jù)建模，替代了二維圖紙設(shè)計，推動二維設(shè)計逐漸轉(zhuǎn)向三維設(shè)計。

2.2 設(shè)計流程發(fā)生變化

在初始設(shè)計時期，二維設(shè)計主要是在地形圖上進行初步選線，對于工程建設(shè)的水文、地質(zhì)、測量、結(jié)構(gòu)以及電氣等條件需要工作人員現(xiàn)場勘查與測量，完善相關(guān)資料或者信息?，F(xiàn)場勘查后要對其建設(shè)方案或者路徑進行調(diào)整與修正，最終確定方案路徑后再進行桿塔、桿塔規(guī)劃、絕緣配合、導(dǎo)地線選型、氣象條件以及初步設(shè)計工作。三維設(shè)計主要是各有分工、各司其職，電氣專業(yè)出設(shè)計范圍、勘測專業(yè)出地理信息數(shù)據(jù)，電氣專業(yè)人員再結(jié)合數(shù)據(jù)來進行初步選線，對于水文、地質(zhì)、測量等信息資料也要進行勘察與補充，電氣專業(yè)人員最終確定好方案與路徑，開展桿塔設(shè)計、桿塔規(guī)劃、絕緣配合、導(dǎo)線型號以及其他基礎(chǔ)設(shè)計等，并以桿塔與基礎(chǔ)模型為基礎(chǔ)來三維預(yù)排位，進而形成三維設(shè)計效果。與二維設(shè)計工作比較，三維設(shè)計減少了很多跑外的設(shè)計環(huán)節(jié)，節(jié)約了很多時間和精力，設(shè)計的模型更加形象、具體和直觀。與此同時，在設(shè)計施工圖時，二維設(shè)計主要按照勘測好的信息與內(nèi)容來室內(nèi)排位，當(dāng)交樁完以后要修正排位，提交塔位明細(xì)及其斷面圖，同時基礎(chǔ)施工圖、桿塔以及機電施工圖都要在設(shè)計階段完成。在應(yīng)用三維設(shè)計時，勘測專業(yè)會進行最終的勘測工作，并將標(biāo)記出三維的地質(zhì)、地形以及地物，電氣與結(jié)構(gòu)專業(yè)人員會以勘測專業(yè)提交的數(shù)據(jù)與信息為基礎(chǔ)來開展工作，生成基礎(chǔ)模型與精細(xì)化桿塔模型，電氣專業(yè)人員再按照三維場景數(shù)據(jù)以及導(dǎo)線絕緣子串、基礎(chǔ)以及桿塔模型來優(yōu)化塔位，持續(xù)開展三維校驗工作，最終生成最佳的施工圖模型或者線路圖模型。三維設(shè)計的周期更短、效率更高，在實際應(yīng)用中值得推廣與應(yīng)用。

3 架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

3.1 獲取工程地理信息數(shù)據(jù)技術(shù)

當(dāng)前，獲取地理信息數(shù)據(jù)的手段有多種方式和途徑，如航空攝影測量、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、人工測量、激光雷達以及傾斜攝影等。在輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計方面，要從其經(jīng)濟特性、適用范圍以及工作方式等方面入手，通過充分對比來尋找適合的獲取方式，推動輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計工作更好開展與進行。但是在應(yīng)用激光雷達、傾斜攝影以及航空攝影測量方式來測量工程地理信息數(shù)據(jù)時，必須要對空域進行申請，申請費用較高，過程比較繁瑣，信息數(shù)據(jù)獲取的時間很長。而運用傳統(tǒng)人工測量方式來獲取工程地理信息數(shù)據(jù)時，其容易受到天氣、自然環(huán)境等影響，且外出工作時間較長，花費大量的人力。測量方式費用與優(yōu)劣勢對比數(shù)據(jù)分析見表1。

經(jīng)過綜合對比，在平原地形線路建議應(yīng)用衛(wèi)星測量與人工測量相結(jié)合的方式;在丘陵或者山地線路建議運用航測手段。如果在建筑物較多的城區(qū)、走廊比較緊張、通道清理量很大的地段，可以運用傾斜攝影的手段來進行。而對于叢林、植被較為茂密的特殊地區(qū)，一般運用激光雷達的方法。在植被很少的地區(qū)可以運用航空攝影的方式來進行測量。

3.2 智能化批量建模技術(shù)的應(yīng)用

在架空輸電線路中，其應(yīng)用的設(shè)備模型以及材料主要涵蓋導(dǎo)地線、絕緣子串、桿塔等，這些設(shè)備有很多類型的模型，且在整個工程中應(yīng)用的數(shù)量較大。在輸電線路經(jīng)過的區(qū)域，其容易受到地貌、地形等因素的影響，同一類型的設(shè)備從不同的位置看，其姿態(tài)與外觀都存在一定的差異。國網(wǎng)架空輸電線路的設(shè)施建模主要有河流、樹林、房屋、等級公路、鐵路、架空的石油與天然氣管道、地下通信線纜、地下電纜、地下石油天然氣管道、綜合管廊、電纜隧道、架空線路等。當(dāng)前的地理信息技術(shù)并不能夠全面地對通管道范圍內(nèi)的主要設(shè)施模型進行直接的獲取，需要三維設(shè)計人員手工進行建模，并針對不同建模類型進行添加，大量的建模工作會極大增加三維設(shè)計人員的工作量，影響了工程設(shè)計效果與水平的提升。而建模工作量主要分配在初步設(shè)計階段和施工圖階段。因此，為了能夠?qū)⑷S數(shù)字化設(shè)計的優(yōu)勢與價值更好地發(fā)揮與詮釋出來，節(jié)約更多的建模時間，針對基礎(chǔ)建模以及桿塔來應(yīng)用批量參數(shù)化、智能化的建模方法，并以Excel表格作為輔助，將每個模型的參數(shù)批量輸入后即可輸出三維模型，有效地節(jié)約了三維建模的時間。

在建立金具、絕緣子串以及導(dǎo)地線等三維模型時，可以通過建立三維模型系統(tǒng)或者三維模型庫進行已完成的三維模型的累積，從而促進后期工程建模時間得以有效減少或者節(jié)約。在線路通道范圍內(nèi)的設(shè)施模型，由于其線路的形狀不同，變化差異很大，一般應(yīng)用智能參數(shù)來進行三維建模。實地勘測人員要對詳細(xì)的參數(shù)信息進行采集與提供，以輔助完成線路通道內(nèi)設(shè)施模型的三維建模工作。

3.3 多功能三維設(shè)計軟件技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，電力設(shè)計院在三維軟件的開發(fā)與利用方面并不健全和完善，而在市場上主要依靠的是三維設(shè)計平臺或者軟件。經(jīng)過調(diào)查與研究，我國很多商業(yè)三維設(shè)計軟件存在軟件兼容性不強、數(shù)據(jù)測量與輸入較為復(fù)雜、軟件的運行缺乏一定的智能性與流暢性等不足。因此，為了能夠?qū)⑷S數(shù)字化設(shè)計的優(yōu)勢作用更好地發(fā)揮出來，重視三維數(shù)字化設(shè)計平臺的優(yōu)化與健全，實現(xiàn)全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，將大數(shù)據(jù)技術(shù)以及智能化手段應(yīng)用到三維設(shè)計軟件的完善方面，促進三維設(shè)計軟件技術(shù)功能更加多樣化與多元化。在開展三維設(shè)計平臺建設(shè)與完善工作時，要重視信息資源的共享，從而促進軟件卡頓、不流暢以及兼容性不強等不足得以有效彌補與健全，增強工程三維數(shù)字化設(shè)計的實效性。此外，在信息化與現(xiàn)代化的時代中，大數(shù)據(jù)內(nèi)涵豐富的數(shù)據(jù)資源，重視對海量數(shù)據(jù)的挖掘與處理，將人工智能技術(shù)逐漸引入到三維數(shù)字化設(shè)計軟件系統(tǒng)或者平臺中，能夠更好地提升三維數(shù)字化設(shè)計的品質(zhì)與效率。

4 結(jié)束語

在進行架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究的過程中，三維數(shù)字化設(shè)計能夠促進工程設(shè)計質(zhì)量與效率的更好提升，具有高效、直觀、精準(zhǔn)等優(yōu)勢，能夠?qū)こ探ㄔO(shè)周期進行科學(xué)、合理的縮減，還能夠更好地節(jié)約工程造價，受到廣大業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可與贊許。與此同時，在數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，利用數(shù)字化方法建立與完善工程信息模型庫，以地區(qū)數(shù)據(jù)中心平臺為基礎(chǔ)，對工程進行協(xié)調(diào)設(shè)計，可促進其設(shè)計效益與質(zhì)量的更好提升，同時也能夠促進國網(wǎng)建設(shè)更加智能化、數(shù)字化。

參考文獻

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