電網工程三維可視化施工管理系統建設與研究

張芳寧

摘 要：該文研究建立一個三維可視化施工管理系統，提供電網工程施工現場的三維實景模擬，是全數字航空攝影測量技術在電力行業的深化應用。基本思路是利用前期可研階段的小比例尺衛片、初設階段的航片及航空攝影測量成果數據構建一個三維可視化場景，并落入樁位坐標、交叉跨越等信息及桿塔模型，使管理者能夠在三維現場環境中進行多維度分析，充分發揮人的判讀能力和主觀能動性，達到實時了解現場施工進度、遠程輔助施工監理和促進安全生產的目標。該系統的主要作用在于建立一個包括施工過程管理、施工進度上報、電子化移交的綜合三維施工管理平臺，即“數字沙盤”。

關鍵詞：三維可視化 全數字航空攝影測量 施工管理 電子化移交

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0081-02

1 構建背景

（1）建設統一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求。

在信息社會中，社會生產過程和產品將實現數字化、集成化、智能化、參與式和交互式。計算機與信息技術已成為推動社會發展的主流技術。在建設統一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求下，利用信息化、可視化的手段，加強基建全過程控制和精益化管理是一個重要的發展方向。

（2）全數字航空攝影測量技術在電網工程施工管理階段仍然存在很大探索空間。

全數字航空攝影測量技術目前在電網工程的前期勘測設計工作和后續的運行維護管理工作中已經得到了廣泛全面的應用，基本實現了數字化，并取得了良好的經濟、社會和環保效益。如：電網工程在可研階段進行路徑方案的大范圍比選、初設階段進行路徑方案的優化選線、施工圖階段提供的路徑圖及平斷面圖等。然而，在施工管理階段，工程項目信息管理的可視化、集成化和數字化尚未得到很好的推廣應用。

因此，在基建信息化建設的要求下，將三維可視化的技術引入電網工程施工領域則可以達到可視化管理和直觀化認知的效果。而如何在已有的航空攝影測量成果的基礎上，進一步挖掘和開發，拓展常規應用階段，深化利用前期成果構建一個數字化的施工管理系統是一個全新的研究方向。

2 預期目標和作用

（1）實景模擬施工現場的地形、地貌和地物；（2）輔助表現施工地區道路交通條件；（3）立體展現交叉跨越情況；（4）動態更新施工進度；（5）實現“數字化檔案”的電子化移交。

3 系統構建流程

3.1 目前電網工程建設施工過程中存在的問題

在傳統的電網工程建設項目實施過程中，大量工程實踐證明，這種業主、咨詢、設計、施工、監理、供貨商等多家參建單位多層縱向組織方式存在很多弊端。如：管理層次多、監督協調困難、管理效率低下、管理成本過高、信息傳遞失真、職能相互割裂等。另外，傳統的信息傳遞和保存方式主要以紙張為主，由于在眾多項目參與方之間要進行龐大的信息交換，因此會產生大量的文件、圖紙，而紙介質的信息查找和保存非常困難。由于電網工程建設周期長、涉及面廣，必然加大了信息需求方采集分析信息的難度。

3.2 系統建設必要性

文章研究的三維可視化施工管理系統通過對電網工程各參建方的信息實施標準化和集成化管理，可以跟蹤工程施工進度，綜合管理各單位的信息數據，提供圖紙、供貨、施工進度管理，以精益化的單基塔管理為基礎，充分落實從塔圖生產、基礎、組塔、架線等各施工階段的信息匯總，實現了電網建設項目信息的電子化、數字化和可視化，使得信息能夠以更加直觀、快捷的方式在各參建方之間進行高效溝通和共享，查找、保存、交流和采集分析。

3.3 系統設計思路和原則

在電網工程施工管理中建立三維可視化施工管理系統，其應用目標是伴隨施工進程，漸進地、持續地為工程建設施工服務，促進工程建設施工管理水平和效率的提升，實現管理創新和技術創新。主體思路是充分利用工程前期勘測設計階段的攝影測量成果數據和設計資料，構建一個直觀可視化的三維場景，以全數字化的過程資料管理和生產流程管理功能逐漸形成完整的信息資料，實現“數字化檔案”的電子化移交。作為電網工程施工階段的施工管理平臺，總體原則是在全局性和整體性的思路指導下，兼顧技術先進性、成熟性，行業標準性、開放性，系統實用性、可擴展性、經濟性、實效性。

3.4 系統構建主體步驟

3.4.1 主體架構設計

三維可視化施工管理系統的總體結構如圖1所示。自下而上，圖中數據支持層中的數據包括了整個施工建設管理中需要的大部分數據，如衛星影像圖、正射影像圖、數字高程模型、桿塔設備模型、桿塔樁位表、掛線位置表等空間數據和屬性數據，還有設計資料數據、施工數據、管理數據等資料數據庫。數據服務層為系統提供數據服務組件。功能邏輯層實現系統各種功能的需求。表面層可為客戶展示電網工程的三維場景模擬，顯示各種標準化的數據。

3.4.2 三維施工場景可視化平臺搭建

首先，完成三維可視化數字沙盤搭建。利用Adobe Photoshop、Global Mapper等軟件將前期勘測設計階段的航空攝影測量成果數據如衛星影像、正射影像圖等經過格式轉換、配準、切片等數據處理生成不同層級的金字塔影像，并將攝影測量成果數據數字高程模型（DEM）經過配準、分層等預處理處理，一并以存放項目路徑的形式分別存儲于Oracle數據庫中。

其次，三維模型制作與入庫。根據前期設計單位的設計圖，如桿塔司令圖、絕緣子串圖等列出設備清單和模型列表，然后利用3D Studio Max軟件制作所有涉及到的桿塔和設備的獨立的三維模型，并將這些模型按照施工現場實際的情況組裝起來。使用模型數據處理工具將桿塔模型等模型導入Oracle數據庫中。

最后，整理桿塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越信息并入庫。根據收集的勘測設計資料，如線路終勘定位后樁位成果表、鐵塔及基礎明細表等整理出桿塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越等矢量信息，存入Oracle數據庫中。

三維可視化施工管理系統通過以上3個方面的數據處理，通過邏輯顯示數據庫中的影像、模型等，基本完成了三維場景的實景模擬和整個線路通道情況、鐵塔及架線信息的直觀展示，較好地實現了三維可視化的目標，從而使用戶能夠真實、直觀、全面地了解施工現場的動態信息，為工程決策服務。

3.4.3 檔案資料數據錄入

將前期收集的各種設計資料、圖紙、圖表等資料數據進行標準化處理并建立資料數據庫分專業類別存放，如：電氣、結構、勘測。在Oracle數據庫中以存放項目路徑的形式訪問檔案資料，系統在啟動時自動調用資料數據庫中的數據，授權用戶可以在三維模擬界面中查閱相關電子化檔案資料，例如點擊一基桿塔，可以查詢這基桿塔所有的電氣、結構、勘測方面的收集存儲的電子化檔案。

3.4.4 數據更新機制

電網工程施工建設具有長期性和持續更新的特點，這就要求建立的系統具有實時更新數據的機制，為施工過程數據提供錄入、查詢與展示的平臺。相關設計人員通過外網登入施工進度上報系統，以標準化的統一格式，迅速快捷地提交施工進度計劃和當前施工進度，系統依據這些數據實時地用三維模型模擬符合當前進度的施工場景，直觀展示工程宏觀進度。為保證數據安全，建立了數據安全機制，對相關用戶登陸界面采取驗證用戶名密碼、加密狗驗證等方式來確保系統安全性。

4 應用實例

寧德核電廠～寧德500 kV I、II回架空交流輸電線路是建設海西堅強電網的重大工程之一，該線路工程采用單、雙回路混合架設，全長I回約93.8 km、II回全長約94.4 km，由于該工程線路沿線地形起伏較大，跨越民房、道路等地物眾多，施工難度較大。在該工程施工階段創新使用了該三維可視化施工管理系統，將前期設計人員、現場施工人員、項目監理人員、物資管理部門和基建管理人員有效地聯系在一起，為該工程的施工管理工作提供了很大的快捷和便利。如：有效輔助施工單位開展室內線路調查、技術方案制定、進度分析等工作，節省了大量的時間成本和物力成本，提高了工程建設管理水平和效率。此外，在實體工程建設完成時，同步完成了數字化線路的建設，輔助工程檔案管理水平的提高，基本實現了全過程數據的電子化移交。

5 結語

根據建設統一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求，應用該三維可視化施工管理系統可以更加全面深層地加強質量、技術、安全、經濟等方面的管控，創新常規作業流程和管理方式，輔助提升基建標準化和信息化水平，對提高電網工程的科技水平和管理水平意義重大。但該系統的研究處于剛剛起步的階段，必然也存在一些不足之處，如數據格式的標準化不夠全面等，還需要對各方面進行長期深入研究，進一步改進和優化。

參考文獻

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