輸電線路張力架線施工計算仿真軟件開發(fā)

王杰

摘 要：張力架線施工由一整套施工工藝構(gòu)成，主要包括放線引繩的展放、張力放線、導(dǎo)地線壓接、錨線、緊線、耐張塔平衡掛線、耐張塔跳線安裝、附件安裝等。該文主要根據(jù)目前我國超、特高壓架空輸電線路放線施工現(xiàn)狀及輔助軟件的實際情況，對貼合工程實際的輸電線路張力架線施工計算及動態(tài)仿真系統(tǒng)的軟件架構(gòu)進行了分析，提出了軟件實現(xiàn)的框架，給出了軟件計算模塊的計算原理，并基于C++和AutoCAD的二次開發(fā)實現(xiàn)了軟件開發(fā)。

關(guān)鍵詞：輸電線路 架線施工 計算軟件開發(fā)

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0035-03

1 軟件結(jié)構(gòu)概述

根據(jù)工程需要將軟件實現(xiàn)過程分為工程管理、文件處理模塊、張力參數(shù)計算模塊和動態(tài)仿真模塊。工程管理模塊實現(xiàn)對整個工程項目的管理，要求能新建工程和打開工程；文件處理功能主要針對DWG型文件，實現(xiàn)工程DWG文件中繪圖比例設(shè)定，完成標注的DWG文件可進行校正及能夠?qū)崿F(xiàn)計算結(jié)果的標注；數(shù)據(jù)提取功能主要是實現(xiàn)計算模塊中一些初始數(shù)據(jù)的提取，其中實現(xiàn)的必需功能包含從DWG文件中提取桿塔坐標和在DWG文件中選取危險點并能夠設(shè)定相對凈空距離；張力計算功能包含整個放線計算過程的相關(guān)計算（包含數(shù)據(jù)讀取、曲線繪制和表格生成等）；連續(xù)上下山的放線過程的動態(tài)顯示。

2 開發(fā)工具

輸電線路張力放線計算機仿真軟件是基于AutoCAD二次開發(fā)平臺產(chǎn)生的，利用VC++與ObjectARX編譯軟件相互配合、相互調(diào)用，從而完成仿真和受力分析。ObjectARX作為AutoCAD面向?qū)ο筇峁┑亩伍_發(fā)工具。它在C++環(huán)境下設(shè)計應(yīng)用程序接口，擴展AutoCAD的功能。同時兼?zhèn)銩utoCAD應(yīng)用程序開發(fā)、創(chuàng)立以及內(nèi)置AutoCAD命令模式相同的新命令、擴展AutoCAD類和方法及協(xié)議的使用等特點。

3 張力放線動態(tài)仿真實現(xiàn)

張力放線動態(tài)仿真主要類有如下幾方面。

（1）tlModel類，用于維護牽放文檔模型的管理類，它又具備如下功能：①是系統(tǒng)運行的樞紐，實現(xiàn)模塊內(nèi)部類的實例之間的數(shù)據(jù)傳遞，如，維護放線檔列表、提供信息列表、調(diào)用求解引擎、設(shè)置圖形的顏色、調(diào)用數(shù)據(jù)庫等；②與視圖進行對接，組織起各種具體的各項功能操作任務(wù)，如，初始化、計算、校核、繪制和動畫各幀計算等；③實現(xiàn)對模型的存取，導(dǎo)出Excel結(jié)果工程表單。

（2）tlEngine類，求解引擎接口類，用抽象類實現(xiàn)，定義了初始化、非線性方程組的steffensen數(shù)值求解方法、根據(jù)危險點求解張力機制張力、連續(xù)上下山的計算、水平張力與掛點張力之間的換算、弧垂計算、張力機到各檔張力的計算、滑車的3種校核（上場校核、垂直載荷校核、包角校核等）。tlEngine類由兩個派生類實現(xiàn)不同的求解，tlCatenaryEngine類是基于懸鏈方程的求解類，因此求解精度更高。但當系統(tǒng)模型復(fù)雜、規(guī)模龐大時，會影響求解運行的速度。tlParabolaEngine類是基于拋物線方程的求解類，求解精度相對較低，但已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)工程應(yīng)用。

（3）tlSegment類，放線檔類，維護由用戶交互輸入的放線檔數(shù)據(jù)，包括檔號、兩側(cè)掛點、檔距、檔高差、掛點張力和水平張力等，并包含了一個危險點類的實例。危險點可以是無定義、危險點定義和水平線定義3種類型。危險點和水平線共用point數(shù)據(jù)描述，加上clearance描述凈空距離。

（4）tlBalloon類，為提示信息類，用于顯示滑車的校核結(jié)果、放線檔計算結(jié)果信息（如弧垂、水平張力）、掛具差等信息。

（5）tlLibrary類，為數(shù)據(jù)庫接口類，它訪問數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)對導(dǎo)引線、牽引繩、導(dǎo)線、地線、光纜、滑車等數(shù)據(jù)表內(nèi)各條數(shù)據(jù)記錄的增加/刪除/修改/查詢等操作。

（6）tlPalette類，主要實現(xiàn)兩個功能：①各個實現(xiàn)的圖形對象和文字對象的顏色數(shù)據(jù)的維護；②輔助信息圖層的數(shù)據(jù)。

4 軟件界面實現(xiàn)

軟件實現(xiàn)的主界面，工具欄中含有【文件】、【放線計算】、【連續(xù)上下山】、【弧垂觀測】、【計算成果】、【數(shù)據(jù)庫】、【視圖】、【幫助】等選項。在菜單欄下面提供了幾種典型操作的快捷方式，如，項目新建、文件打開、文件保存、放線計算等。

文件菜單下包含常見的文件操作，實現(xiàn)對已有的張力放線計算進行保存、查看、修改和牽放過程的動畫演示。基本的張力放線過程分為3個步驟，如圖1所示：（1）張力放線向?qū)В唬?）放線檔數(shù)據(jù)采集；（3）計算參數(shù)設(shè)定并計算。

在軟件啟動后，選擇“放線計算”，系統(tǒng)出現(xiàn)張力放線的設(shè)置向?qū)АＭㄟ^設(shè)置向?qū)瓿蓪?shù)據(jù)源、牽放參數(shù)和牽放對象的設(shè)置。

（1）數(shù)據(jù)源設(shè)置。

數(shù)據(jù)源設(shè)置如圖2所示。數(shù)據(jù)源有兩種：一種是放線檔表格，使用者可以指定用Excel記錄的放線檔檔距、高差等數(shù)據(jù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動錄入；另一種是完成向?qū)Ш螅到y(tǒng)自動啟動AutoCAD，使用者在AutoCAD環(huán)境中采集已有DWG文件中的掛點和危險點，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入。對于DWG文件，除了指定放線檔數(shù)據(jù)的來源之外，用戶還可以指定DWG文件中斷面圖的X和Y軸的縮放比例。

（2）牽放參數(shù)設(shè)置。

牽放參數(shù)設(shè)置如圖3所示。牽放參數(shù)包括牽放方向和牽引的對象選擇。雖然大多數(shù)情況下，都是張力機在左側(cè)，牽引機在右側(cè)進行牽放的。但也有少數(shù)場合是牽引機在左側(cè)，張力機在右側(cè)。軟件提供了兩種方式。

軟件提供了4種牽引方式，包括導(dǎo)引繩牽牽引繩、牽引繩牽導(dǎo)線、牽引繩牽地線、牽引繩牽光纜。每一次張力放線的模型只針對一種牽引方式。

（3）牽放對象設(shè)置。

在設(shè)定了牽放方式后，系統(tǒng)將針對牽放方式的類型，設(shè)置對應(yīng)的牽放對象參數(shù)。以圖4所示為例，在上一步選擇了“牽引繩牽導(dǎo)線”的方式后，在這一步，將出現(xiàn)牽引繩和導(dǎo)線的參數(shù)對話框。

牽引繩的參數(shù)包括名稱、截面積、單位長度自重、許用張力等。導(dǎo)線包括名稱、截面積、單位長度自重、彈性模量及導(dǎo)線根數(shù)等。光纜、地線的參數(shù)和牽繩的參數(shù)基本相同。使用者可選擇采取新參數(shù)，也可點擊“型號庫”按鍵，進入數(shù)據(jù)庫中選擇已有的線繩型號，這樣就大大簡化了錄入過程。圖5所示為連續(xù)上下山計算的過程，通過選擇開始段和結(jié)束段及導(dǎo)線類型和水平安裝應(yīng)力要求值，實現(xiàn)對上下山放線過程的計算。

弧垂觀測提供了3種計算方式，即檔端法、檔內(nèi)法和檔外法。通過點擊對應(yīng)方法名稱，則進入相應(yīng)的觀測計算，輸入對應(yīng)的參數(shù)，計算弧垂觀測值。

計算結(jié)果分為兩類，為方便操作，軟件提供了直接通過點擊計算成果菜單下面的“Excel文件”查閱計算結(jié)果和“動畫”觀看動態(tài)仿真結(jié)果的方式。

5 結(jié)語

該文主要介紹了軟件的開發(fā)原則及開發(fā)工具，并給出了數(shù)據(jù)庫的選擇，給出了張力放線動態(tài)仿真的實現(xiàn)數(shù)據(jù)類。軟件實現(xiàn)后，幾個主要界面分別實現(xiàn)不同的操作，軟件界面具有Windows風格，并且每一步都做了輸入向?qū)В喕溯斎氲牟襟E，提高了軟件的可用性。

參考文獻

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