桿塔組立的虛擬施工系統(tǒng)研究

韓剛 張健 張鑫 徐梓馨 于生澤 周闖

摘要：桿塔組立是架空輸電線路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，具有周期長、危險(xiǎn)系數(shù)高等特點(diǎn)。虛擬施工基于虛擬定義，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬和預(yù)演，掌握施工前后及過程中的狀態(tài)。在分析計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)桿塔組立的虛擬施工過程，通過軟件編譯平臺(tái)編寫生成軟件，以期為今后教學(xué)與施工提供便利。

關(guān)鍵詞：虛擬施工;桿塔組立;模型;軟件

中圖分類號(hào)：TP391.9;TM753 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1674-1161（2019）03-0038-02

架空輸電線路施工的三大工程是基礎(chǔ)施工、桿塔組立、架線施工。其中桿塔組立是重要環(huán)節(jié)，其工程大部分位于崎嶇的山區(qū)，施工極為不便，難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高，如果施工不當(dāng)很容易造成人員傷害和工程成本增加。通過虛擬施工技術(shù)可以有效防止上述問題出現(xiàn)，提高施工效率。

1 虛擬施工技術(shù)及建模

虛擬施工（Virtual Construction，簡稱VC），是通過計(jì)算機(jī)以軟件程序來模擬實(shí)際施工過程。在計(jì)算機(jī)硬件的支持下，采用虛擬現(xiàn)實(shí)和結(jié)構(gòu)仿真，對整個(gè)工程中的人力、財(cái)力、物力及信息等條件進(jìn)行比較詳細(xì)的仿真和再現(xiàn)。虛擬施工通過軟件仿真，不必消耗大量的現(xiàn)實(shí)資源和能量，并在其過程中提供有益的經(jīng)驗(yàn)，使業(yè)主、設(shè)計(jì)者及施工方能夠提前有效地了解整個(gè)工程的過程和概況。虛擬施工的流程如圖1所示。

虛擬施工的關(guān)鍵問題是模型的建立。通過建立一個(gè)集成的虛擬模型，實(shí)現(xiàn)對工程信息的組織和描述。根據(jù)虛擬施工中對產(chǎn)品模型的需求，整個(gè)模型可分為核心模型和各種分析模型。核心模型在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中交互式建立，主要由功能描述模型和實(shí)體模型組成。建模過程分為幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、物理建模、對象行為建模及模型分割等（如圖2所示）。

目前，面向?qū)ο蠓椒ǎ∣bject-Oriented Method）在虛擬環(huán)境建模和仿真中得到重視和應(yīng)用，越是大型的、復(fù)雜的系統(tǒng)建模和仿真，越能體現(xiàn)出面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)越性，因此，面向?qū)ο蠓椒ㄗ匀怀蔀檠兄铺摂M施工環(huán)境系統(tǒng)的基本方法。智能體方法（Agent-Oriented Method）可以在對象的多維信息描述、對象的實(shí)時(shí)處理、對象的并發(fā)處理、對象間的多維信息通信、對象間的競爭與合作等方面滿足虛擬環(huán)境系統(tǒng)的特殊要求。

2 桿塔組立虛擬施工系統(tǒng)

2.1 Flash動(dòng)畫制作

Flash是Micromedia公司推出的網(wǎng)頁設(shè)計(jì)和網(wǎng)頁動(dòng)畫制作軟件。Flash支持動(dòng)畫、聲音和交互，具有強(qiáng)大的多媒體編輯功能，使用它可以設(shè)計(jì)出引導(dǎo)時(shí)尚潮流的網(wǎng)站、動(dòng)畫、多媒體及互動(dòng)影像。Flash采用矢量技術(shù)，生成的文件容量小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.2 Java

MyEclipse是一個(gè)十分優(yōu)秀的用于開發(fā)Java，J2EE的Eclipse插件集合。MyEclipse的功能非常強(qiáng)大，支持也十分廣泛，尤其對各種開源產(chǎn)品的支持相當(dāng)不錯(cuò)。

2.3 install4j

install4j是一個(gè)功能強(qiáng)大的、多平臺(tái)Java安裝文件生成工具。install4j的圖形用戶界面中可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1） 完全自定義發(fā)布樹;2） 處理特定平臺(tái)的差異;3） 針對Unix，Linux及Mac OS X所定義的文件權(quán)限;4） 定義優(yōu)良的卸載策略;5） 定義覆蓋策略;6） 定義安裝的組件。

3 高壓架空輸電線路桿塔組立

桿塔的主要作用是懸掛、支撐導(dǎo)線和避雷線，按照其材質(zhì)可分為鋼筋混凝土電桿和鐵塔。電壓等級(jí)較高的線路桿塔高度很高，達(dá)到30 m以上，多采用內(nèi)拉線或外拉線懸浮抱桿進(jìn)行桿塔組立。

以內(nèi)懸浮外拉線抱桿為例。內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔方法是將抱桿的臨時(shí)拉線下端固定在鐵塔以外的地面（即外拉線），抱桿根部置于鐵塔結(jié)構(gòu)軸心線，通過承托繩懸浮于鐵塔的4根主材。

由于抱桿在鐵塔內(nèi)部中心呈懸浮狀態(tài)，內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔的優(yōu)點(diǎn)有：1） 施工現(xiàn)場緊湊，不受地形、地物限制。2） 簡化組塔工具，提高施工效率。3） 抱桿提升安全可靠，起吊構(gòu)件平穩(wěn)方便。4） 吊裝塔材過程中，抱桿始終處于鐵塔的結(jié)構(gòu)中心，鐵塔四角主材受力均勻，不會(huì)因受力不均而使局部塔材變形;同時(shí)，4個(gè)塔腿受力均勻，避免了基礎(chǔ)的不均勻沉降，對底板較小的基礎(chǔ)型式如金屬基礎(chǔ)尤其有利。

內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔虛擬施工的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

4 結(jié)語

選擇合適的施工工具是解決傳統(tǒng)電力施工成本高、工期長且施工質(zhì)量低等問題的根本方法，并且能夠保證施工安全、準(zhǔn)確、可靠。借助Adobe Flash，MyEclipse和install4j等軟件編譯程序，制作桿塔組立虛擬施工系統(tǒng)，可以將施工人員從復(fù)雜、容易出錯(cuò)的桿塔組立計(jì)算和施工布置中解放出來。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖田元，韓向利，王新龍，等.國家CIMS工程技術(shù)研究中心的虛擬制造基地及研究進(jìn)展[J].高技術(shù)通訊，1999（1）：4-9.

[2] 趙粵濤.虛擬建造技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（32）：36.

[3] 張宏勝.虛擬建造在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2004.

[4] 李琳，張子遜，何玉林.虛擬環(huán)境建模方法及應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002（6）：32-34.

[5] 劉思佳.騎行西藏信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2018.

[6] 張利.基于計(jì)劃、控制實(shí)施的數(shù)字化建筑施工體系的研究與實(shí)踐[D].重慶：重慶大學(xué)，2003.

[7] 李琳.虛擬環(huán)境建模方法及應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2002.