關于水電站220 kV架空輸電線路的三維數字化設計

郭 峰

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

隨著電力勘測技術以及輸電線路設計方法的不斷發展，輸電線路的設計已經逐步從以圖紙設計為核心轉變為以數據建模為核心，實現了二維到三維的轉變，并且逐步實現了基于統一數字化平臺的流水線作業模式，本文選取某水電站220 kV架空輸電線路進行三維數字化設計，并結合工程案例分析關鍵技術驗證其有效性[1，2]。

1 220 kV輸電線路三維數字化設計關鍵技術分析

三維數字化技術以數字地球為主要載體，以高分辨率影像數據為基礎，集地理信息數據、電網專題數據、三維空間選線、二三維同步排位以及實時校核等功能于一體，集成結構設計、電氣設計等模塊設計成果，實現三維可視化狀態下的協同設計[3]。基于圖形圖像軟件強大的功能，通過GIS系統或者無人機航測等手段可將真實的地理環境信息轉化為數字化信息，通過軟件生成虛擬地理環境[4]。

1.1 技術路線

三維設計平臺可將前期的勘測、后期的設計以及相關數據統一在同一平臺內，實現輸電線路的協同設計，相比傳統設計方法整合度更高[5-6]。技術基本步驟如圖1所示。

圖1 輸電線路三維數字化設計技術線路示意圖

1.2 作業流程

在地理測繪方面以無人機航測為主，根據線路走向、劃分航線和相應坐標系完成測繪。采用無人機航測數據作為數據源，在設計平臺上利用影像匹配彩色點云數據技術與三維網格優化算法實現三維建模、紋理映射、連接點重構紋理以及重建約束，建立輸電線路走廊的三維模型[7]。利用已有的模型庫將桿塔、金具等模型加載到三維實景模型當中完成線路設計，并根據平臺提供的電氣檢測等模塊實現電路性能的模擬測試。

1.3 關鍵技術

三維數字化設計可將不同專業的設計人員統一在同一平臺上完成協同設計，實現不同專業設計成果集成[8]。

1.3.1 關鍵技術思考

（1）選線。通過遙感圖像、衛星圖像和無人機航測圖像等構建精細輸電線路走廊的三維立體實景地形，快速生成線路平面圖和斷面圖。

通過設計平臺上的排位聯動設計功能直接導入外部的設計成果，同時將地質水文條件、各類輸電線路的限制性障礙等輸電線路影響因素融入實景模型當中，實現線路的自動優化，從而確定最優設計方案。

（2）絕緣子串設計。利用絕緣子串設計模塊設計完整、標準的金具串三維模型，根據模型完成材料的自動統計，同時組合桿塔模型，并依靠檢測模塊實現模擬試驗，保證作業的精度與效率[9]。

（3）電氣檢測。通過在三維實景模型上加載參數，可檢測電氣間隙風偏、對地距離校核、交叉跨越距離校核、桿塔荷載校核、搖擺角校核、懸點應力校核、導線應力垂弧等。

（4）線路通道清理。由測量人員記錄線路走廊范圍內的擬拆遷房屋建筑，并上傳到平臺，系統對其進行參數化處理，結合實景模型確定的輸電線路走向、檔距、垂弧等以及房屋拆遷規則，對線路走廊范圍內的房屋拆遷進行自動判斷并統計。

（5）桿塔排位。實景模型的各類參數如桿位分坑數量、DEM、地質條件數據、水文條件數據等，為桿塔設計提供快速生成基礎配置以及圖紙數據，設計人員根據實景模型即可驗證其可行性。

（6）GIS。結合GIS系統，將實景模型輸出到GIS系統當中，模擬真實的工程線路走廊模型，讓設計人員可以更加直觀形象地掌握工程現場的地形地貌，從而提高工作效率。

1.3.2 后期設計核心技術首先，采用基于細節層次模型技術的三維渲染技術[10]，將原始多面體所建立的面片模型，根據視景遠近不同，按不同的逼近程度對模型進行簡化，減少結構面，提高三維場景以及模型的繪制效率，為桿塔、絕緣子串等精細三維模型的高速成型奠定基礎。

其次，以三維模型驅動引擎為核心，解析不同格式三維模型結構，并統一渲染方法，同時將各種格式的模型動態插入場景，形成標識，以標識為基礎，建立實際模型的結構與實體參數。

最后，依據多源海量數據管理技術有效解決設計所需的海量地形地質、氣象、模型等數據的管理問題。

2 220 kV架空線路設計案例及其效果分析

2.1 工程案例

以丘陵地區某水電站的220 kV輸電線路為例，本工程具體要求參考表1。

表1 輸電線路工程設計參數一覽表

依據技術線路圖進行航測，按照線路走向，以線路兩側各100 m劃定為線路走廊區域，并將測區劃為多邊形。航測得到的數據直接上傳至設計平臺，便于在二三維場景當中通過直觀的環境、地物來繪制線路路徑。

設計中以GIS為基礎平臺進行三維一體化選線，并根據輸電走廊的地理信息與路徑協議要求，設計出合理的路徑方案。基于路徑方案進行預排位，加載桿塔模型、金具串模型、接地裝置模型、防震錘等，并自動賦予相關參數計算桿塔指標，即排位、交叉跨越、房屋拆遷等。發揮設計平臺選線、排位以及校驗的優勢，針對實景模型進行實時調整，以使線路設計達到最優化，并與二維出圖聯動自動生成施工圖。

2.2 效果分析

利用三維數字化設計平臺，高效快速地完成了設計建設任務。案例以數據庫為核心，以高精度影像數據為基礎，以參數化的輸電線路模型為根據實現協同作業，測繪實踐與設計深度融合，有效提升設計效率。

三維數字化軟件的對設計優化具有積極作用，同時建立地理信息模型、地物模型、三維輸電線路交叉跨越仿真場景，真實還原架空輸電線路實景模型，為優化選線路徑以及交叉跨越地物的空間距離量算提供精確的數據支撐。

3 結語

架空輸電線路三維數字化設計通過前期勘測構建實景地形地貌模型，并結合設計平臺提供的線路實景參數化模型，直觀呈現架空線路，便于施工單位的施工管理，同時可以實現三維數字化移交，大大提高了設計效率。