三維設(shè)計(jì)在架空輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用

李乾飛

璞信電力工程設(shè)計(jì)有限公司 武漢 430040

1 研究背景

架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)電力輸送的基礎(chǔ)設(shè)施,是提高供電穩(wěn)定性與安全性的關(guān)鍵,直接影響變電站的安全可靠運(yùn)行及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。以110 kV架空輸電線路為例,一般單條線路路徑長(zhǎng)度在10 km～20 km之間,或多或少會(huì)與公路、鐵路、河流,以及其它電壓等級(jí)的架空輸電線路平行或交叉,因此,在設(shè)計(jì)階段對(duì)路徑選擇、交叉跨越等有很高的要求。對(duì)此,筆者研究三維設(shè)計(jì)在架空輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用。

筆者在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用道亨三維設(shè)計(jì)平臺(tái),這一平臺(tái)主要包括數(shù)字化選線系統(tǒng)、架空輸電線路三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)、金具三維組裝系統(tǒng)和交叉跨越三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)等。

2 前期勘測(cè)

無(wú)人機(jī)航拍后,可提供數(shù)字高程模型、文檔對(duì)象模型等數(shù)據(jù),同期進(jìn)行坐標(biāo)系選用及控制點(diǎn)合理設(shè)置等工作,并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密,利用這些數(shù)據(jù)在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)上進(jìn)行路徑初選及優(yōu)化處理[2-4]。

在項(xiàng)目立項(xiàng)后,錄入電力線、通信線、管線、獨(dú)立地表附著物及附屬設(shè)施等的屬性和數(shù)量,并將形成的數(shù)據(jù)文件加載至三維設(shè)計(jì)平臺(tái)。

基于正攝影像,疊加等高線、坐標(biāo)線,以及其它相關(guān)交叉跨越信息數(shù)據(jù),形成全數(shù)字三維影像地形圖。正攝影像可以通過(guò)無(wú)人機(jī)方式拍攝,高程精度為10～20 cm,相比激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)和傾斜攝影,價(jià)格便宜,但數(shù)據(jù)量相對(duì)較少。一般獲取輸電線路三維地理信息時(shí),均采用正攝影像技術(shù),這樣基本能夠滿足輸電線路三維可行性研究階段和初步設(shè)計(jì)階段的要求。在施工圖階段,還需要進(jìn)行房屋、通信線、電力線、公路、鐵路等路徑障礙物的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,然后再進(jìn)行建模。

3 設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字化選線

在三維場(chǎng)景中,依托電網(wǎng)各種數(shù)據(jù)及相關(guān)交叉跨越信息,借助數(shù)字高程模型和文檔對(duì)象模型數(shù)據(jù)來(lái)模擬真實(shí)的地形地貌情況,通過(guò)測(cè)量完成三維數(shù)據(jù)建模后,在數(shù)字三維影像地形圖中進(jìn)行路徑選線作業(yè)。這樣做,相比傳統(tǒng)方式選線有較大優(yōu)勢(shì),沿線地形地貌、地表附著物等信息一目了然,尤其是現(xiàn)場(chǎng)的重要交叉跨越位置,如高速鐵路、高速公路、重要輸電通道等,為設(shè)計(jì)人員提供了必要的數(shù)據(jù)支撐,進(jìn)而得到最優(yōu)的選線路徑[5-6]。

3.2 桿塔定位

桿塔定位是架空輸電線路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分,直接影響后期施工階段時(shí)的占地協(xié)調(diào)、樹(shù)木砍伐及相關(guān)交叉跨越的安全距離。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),桿塔定位圖包括斷面圖和平面圖兩部分,雖然可以在斷面圖中看到相關(guān)數(shù)據(jù)信息,但是不夠直觀。桿塔定位斷面圖如圖1所示,平面圖如圖2所示。

圖1 桿塔定位斷面圖

圖2 桿塔定位平面圖

相比傳統(tǒng)桿塔定位斷面圖和平面圖,在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中,結(jié)合三維地形地貌數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)三維立塔、移動(dòng)塔、刪除塔、替換塔、升降塔等操作,并可以在調(diào)整桿塔的過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行安全距離校驗(yàn),依據(jù)三維影像進(jìn)行輸電線路路徑選擇及優(yōu)化。在三維軟件中,可以實(shí)時(shí)顯示桿塔定位設(shè)計(jì)圖,如圖3所示。

基于桿塔定位校驗(yàn)的結(jié)果,三維設(shè)計(jì)平臺(tái)可以自動(dòng)完成金具串匹配,并快速進(jìn)行相關(guān)材料量的統(tǒng)計(jì)工作,節(jié)約人力,縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。應(yīng)用三維設(shè)計(jì),不僅可以直觀地顯示相關(guān)地表信息,而且能夠使設(shè)計(jì)人員、評(píng)審人員及后期施工人員清晰了解每一基桿塔的周邊地形地貌,并模擬輸電線路竣工后的場(chǎng)景,為桿塔定位提供了決策性的數(shù)據(jù)支持。

圖3 桿塔定位設(shè)計(jì)圖

3.3 金具組裝及校驗(yàn)

在金具三維組裝系統(tǒng)中,可以實(shí)現(xiàn)金具的模塊化組裝、三維可視化組裝,為后期施工圖階段金具出圖奠定基礎(chǔ)。根據(jù)組裝圖冊(cè)或部件連接關(guān)系,完成輸電線路金具串的組裝設(shè)計(jì)工作,輸出組裝圖、材料表、三維實(shí)體串模型等文件。系統(tǒng)會(huì)校核各部件的連接配合情況,尤其是金具第一連接掛點(diǎn)與鐵塔預(yù)留掛線孔的匹配,避免實(shí)際施工安裝過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。金具校驗(yàn)如圖4所示。

圖4 金具校驗(yàn)

3.4 距離測(cè)量

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪及終勘桿塔定位后,輸電線路走廊范圍內(nèi)的房屋、樹(shù)木、河流、公路,以及其它電力通信線路等信息可作為矢量立方體轉(zhuǎn)換至三維設(shè)計(jì)平臺(tái),便于進(jìn)行三維空間的水平距離、豎直距離、斜距和方位角等的測(cè)量,以及對(duì)居民住宅、電力線路和其它特殊交叉跨越物安全距離的計(jì)算分析,滿足國(guó)家電網(wǎng)十八項(xiàng)反事故措施及相關(guān)手冊(cè)規(guī)范等的要求[7-8]。

3.5 通道清理

利用航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行房屋、林木實(shí)景建模,繪制空間控制面,實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋拆遷、林木砍伐的精確設(shè)計(jì)。多角度觀察三維走廊環(huán)境,準(zhǔn)確獲取房屋、公路、鐵路、河流等的位置與高程信息,為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件[9]。基于三維場(chǎng)景,可以在地表基礎(chǔ)上繪制樹(shù)木自然生長(zhǎng)高度面,與砍伐控制面交匯并投影,從而形成精確的樹(shù)木砍伐范圍。這樣做避免了傳統(tǒng)二維平臺(tái)下無(wú)法計(jì)算丘陵、山區(qū)樹(shù)木砍伐信息的缺點(diǎn)。通道清理如圖5所示。

圖5 通道清理

4 施工

對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行三維仿真,通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)地形地貌,可以便捷規(guī)劃沿線進(jìn)場(chǎng)的臨時(shí)道路,合理利用現(xiàn)有資源,減少對(duì)環(huán)境的破壞。同時(shí)可以提前發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的難點(diǎn),以便在實(shí)際施工中采取有效措施克服技術(shù)難點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的可控性,降低輸電線路的施工成本,優(yōu)化施工方案。這樣做,還可以推進(jìn)輸電線路工程施工管理模式轉(zhuǎn)變,真正實(shí)現(xiàn)輸電線路施工的精細(xì)化管理,提高施工效率和效益[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)三維設(shè)計(jì)在架空輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在三維設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí),采用全流程設(shè)計(jì)和多窗口聯(lián)動(dòng)的桿塔定位技術(shù),有效減少人力、物力的投入,減小設(shè)計(jì)返工量。應(yīng)用三維設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了各種施工圖設(shè)計(jì)模塊的有機(jī)集成,通過(guò)三維精細(xì)化設(shè)計(jì)和校驗(yàn),有效提高了工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。在三維場(chǎng)景中,可以快捷進(jìn)行交叉跨越分析等工作,進(jìn)而減小工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響,達(dá)到預(yù)期的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。