三維數字化仿真技術在電纜通道建設管理中的應用

邢昆　 趙立剛　 李利軍　 郭濤　 裴興毅　 楊博超

摘 要：當前電力工業正處在機遇與挑戰并存的發展時期，智能電網的發展對電力管理系統提出了更新、更高的要求。為解決電纜通道人工建模工作效率低、工作量大，成本高的問題，本文應用計算機機三維自動建模仿真的技術，自動生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

關鍵詞：電力工業；智能電網；計算機三維技術

1 概況

隨著地理信息技術和三維建模、仿真技術的發展，基于地理信息的三維圖像呈現給管網管理帶來極大的直觀性和便利性。推行電纜通道地理信息管理、電纜通道結構及內部電纜設備三維數字化仿真，不僅是設計企業自身發展需求，更是智能電網建設迫切要求，是關乎國家電網發展的大事。

在以往的電纜通道工程建設中，由于不同建設階段由不同職能部門負責，各部門管理方法和理念各不相同，沒有統一標準和規則。所以從來沒有過哪個數據庫可以貫通整個工程，數據在一個階段傳遞給下一個階段基本都需要人工分類，篩選，記錄，分析再使用。在建設周期中存在有大量的數據冗余、重復和錯誤，造成了大量人力、物力的浪費。通過使用GIS地理信息技術建立的管網信息管理系統，僅使用平面繪圖技術，較之以前的人工繪圖和CAD輔助繪圖已經有了極大的技術進步，但平面視圖仍具有一定的局限性。三維數字化仿真以面向對象的思路，將信息賦予以三維空間信息或多維對象，使信息貫穿工程項目的全生命周期。三維數字化仿真內容不僅包括建立逼真的三維模型，進行設計階段的合理性檢查，提高設計質量，更為設計，施工，運行維護管理各階段提供詳細的數據支撐，提高工程項目的整體建設效益。

2 電纜通道地理信息管理系統的設計應用

目前各類電纜通道三維應用基本上以人工建模，三維展示應用為主，為解決人工建模工作效率低、工作量大，成本高的問題，本文設計應用了一種基于電纜井生成電纜通道路徑以及根據電纜通道路徑GIS數據、規格類型數據、臺賬信息數據和電纜敷設記錄數據作為三維模型的基準參數，利用分段樣條插值和曲線平滑算法自動生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

電纜通道三維建模示意圖

在工程項目中，在電纜通道信息管理系統中，集成三維引擎，利用電纜通道信息管理系統中的通道及通道內設施/設備信息，結合電纜通道三維建模算法，通過采用三維數字化自動建模手段，創建整個通道不同類型管網設施的三維模型，實現電纜通道的三維模型智能生成，自動生成的三維模型具體內容包括通道結構三維仿真和通道內敷設的電纜線路三維仿真兩部分。

2.1 通道結構三維仿真

頂管支架三維仿真圖 排管保護管三維仿真圖

2.2 通道內敷設的電纜線路三維仿真

電纜頂管線路敷設三維仿真圖 排管線路敷設三維仿真圖

在電纜通道地理信息數據基礎上，通過嵌入三維仿真引擎，進行動態電纜通道三維模型實體的計算機自動生成；還可以對電纜規劃敷設仿真漫游進行視距檢查范圍，確保設計與項目現有情況一致，規劃及預留合理，保證后期施工的順利進行。

在整個系統的三維仿真應用中，無需通過外部三維設計軟件進行人工三維建模工作，電纜通道三維自動建模仿真，避免了需人工建模的巨大工作量的投入，極大的節省了使用三維仿真的時間，單條電纜通道，常規人工建模所需的幾周的時間，現在通過自動建模仿真，只需幾秒到幾十秒的計算機運算和渲染時間，在提高工作效率的同時，減少了人工投入，有效地降低了系統實施和使用成本。

3 三維數字化仿真技術的應用價值

三維數字化仿真，與傳統二維設計相比，能通過建立三維信息模型直觀地反映出電纜通道結構、內部裝置和構筑物的空間信息。通過對信息模型的數據提取，為工程全生命周期更好的提供服務，提升了設計的綜合價值。應用計算機三維自動建模仿真的技術，通過基于電纜井生成電纜通道路徑以及根據電纜通道路徑GIS數據、規格類型數據、臺賬信息數據和電纜規劃/敷設記錄數據作為三維模型的基準參數，利用分段樣條插值和曲線平滑算法自動生成各類電纜通道模型，各種不同類型通道銜接自然，仿真程度高，極大地解決了信息管理三維可視化與人工建模工作量大難以匹配的問題。

基于同樣的數字化設計架構，各專業間能有效開展協同設計工作。集成多專業數據，數據共；通過協同優化設計流程，簡化設計步驟；采用專業設計數據驅動，實現設計過程自動化，完善標準化設計體系，實現設計過程標準化。提高設計質量，提高設計效率。GIS地理圖形和三維可視化手段增強了用戶設計成果的直觀感受，所見即所得的模式能及時發現設計上面的缺陷，及時糾正設計中的問題，避免傳統設計在腦海中構建三維立體場景。三維可視化的手段能較好地完成布置和空間占用沖突檢查工作。顛覆以往把設計資料以圖紙形式移交給下一道工序方的方式，轉變成以數字化模型（二維或者三維）為介質移交給下一方，可視化的數字化模型明確地表現了設計的內容，所見即所得的表現形式減少了圖紙的解譯和誤差，為優化設計方案，提高設計質量起到積極有效的作用。