架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

紀(jì)江

摘 要：文章主要是是分析了三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)差異，在此基礎(chǔ)上講解了三維設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，最后探討了設(shè)計(jì)成果的實(shí)際應(yīng)用，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：輸電線路;三維設(shè)計(jì);關(guān)鍵技術(shù)

1、前言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和人們生活質(zhì)量的提升，對(duì)電力的需求也在隨之而上升。數(shù)字化設(shè)計(jì)作為一個(gè)多專業(yè)、多參與方的過(guò)程，其與以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比存在的差異是其主要是以數(shù)據(jù)為主要基礎(chǔ)，有效融合和統(tǒng)一了工程模型和信息模型，實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享。

2、三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)差異分析

2.1、設(shè)計(jì)對(duì)象差異

與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)相比，三維設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)理念上發(fā)生了根本性的變化，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)對(duì)象主要是二維圖紙、材料清單和描述，而三維設(shè)計(jì)的主要目的是模型和數(shù)據(jù)，主要工作內(nèi)容是建立工程邏輯模型和布局模型，設(shè)計(jì)結(jié)果包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用工程模型數(shù)據(jù)完成必要的二維繪圖和材料統(tǒng)計(jì)，二維和三維設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)建模為核心，以圖紙?jiān)O(shè)計(jì)替換模式為核心，從二維圖形設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化。

2.2、設(shè)計(jì)流程差異

完成二維設(shè)計(jì)后，初步線路調(diào)查在地形圖上進(jìn)行，電氣，結(jié)構(gòu)，測(cè)量，地質(zhì)，水文和其他人員轉(zhuǎn)到現(xiàn)場(chǎng)的特殊位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)和補(bǔ)充，收集障礙和協(xié)議信息;在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議完成后，需要修改路徑方案;在確定路線方案之后，進(jìn)行氣象條件，導(dǎo)體選擇，隔熱，塔規(guī)劃，塔和基礎(chǔ)初步設(shè)計(jì);電氣專業(yè)提出三維設(shè)計(jì)范圍后，調(diào)查大部分電氣專業(yè)初步路線選擇的地理信息數(shù)據(jù)，電氣、結(jié)構(gòu)、測(cè)量、地質(zhì)、水文等人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專項(xiàng)局部勘察，補(bǔ)充和收集相關(guān)的障礙和協(xié)議數(shù)據(jù)，電氣專業(yè)確定線路規(guī)劃、導(dǎo)線模型設(shè)計(jì)、絕緣配合和桿塔規(guī)劃，按照荷載和三維間隙球進(jìn)行塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，基于塔架和基礎(chǔ)模型，電氣專業(yè)學(xué)生進(jìn)行三維預(yù)排，生成三維結(jié)果，與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)相比，該設(shè)計(jì)專門設(shè)計(jì)了一些工作時(shí)間的場(chǎng)景。首先按照調(diào)查提供的分割圖進(jìn)行二維設(shè)計(jì)。必要時(shí)，地質(zhì)和水文人員在塔上開展了某些探索工作，完成了現(xiàn)場(chǎng)付款，正式提出訂單，在此階段還完成了桌子，塔，基礎(chǔ)建設(shè)繪圖，機(jī)械和電氣施工繪圖等。路徑通過(guò)三維設(shè)計(jì)確定，通過(guò)測(cè)量專業(yè)進(jìn)行最終調(diào)查，三維地形地質(zhì)擬合和表面特征映射。電氣專業(yè)和結(jié)構(gòu)特色并行。在整改塔和基礎(chǔ)模型由結(jié)構(gòu)專業(yè)產(chǎn)生之后，電學(xué)專業(yè)按照三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)和塔，基礎(chǔ)和導(dǎo)體絕緣子串模型優(yōu)化塔位置，并通過(guò)傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)進(jìn)行三維驗(yàn)證。并行工作模式縮短了整個(gè)工程設(shè)計(jì)周期并提高了設(shè)計(jì)效率。

3、三維設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1、工程地理信息數(shù)據(jù)

有不同形式的地理信息收集方法，如手動(dòng)調(diào)查，傾斜攝影，激光雷達(dá)等，本文從工作模式，應(yīng)用范圍，經(jīng)濟(jì)特征等方面進(jìn)行了完整的比較找到一種相對(duì)合適的采集方法來(lái)服務(wù)于傳輸線的三維數(shù)字設(shè)計(jì)，空中攝影測(cè)量（UAV系統(tǒng)約60萬(wàn)元），空中攝影測(cè)量（UAV系統(tǒng)約60萬(wàn)元），傾斜攝影（約300000元為傾斜相機(jī)UAV系統(tǒng)60萬(wàn)元），LIDAR（一套雷達(dá)設(shè)備150-800萬(wàn)元），等等，您需要在您工作時(shí)申請(qǐng)空域。實(shí)施過(guò)程很麻煩，空域應(yīng)用成本為30000-50000元，數(shù)據(jù)處理時(shí)間很長(zhǎng)。傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量方法（兩套GPS設(shè)備約500000元）無(wú)法獲得特殊的地形信息，因此可以通過(guò)手動(dòng)測(cè)量裙數(shù)據(jù)進(jìn)行。該模型的外部數(shù)據(jù)收集受到自然環(huán)境和氣象條件的大大影響。外國(guó)行業(yè)的規(guī)模很大，工作時(shí)間很短。通過(guò)全面的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較，建議采用普通地形線和Skand數(shù)據(jù)的手動(dòng)測(cè)量方法;山地或丘陵地形線，一種空中調(diào)查方法，為渠道清潔量的特殊位置，走廊緊張，更多的建筑物（城市），使用斜攝影。鑒于相對(duì)密集的植被，重要的交叉口和其他特殊部件，使用LIDAR模式空氣攝影儀（與單鏡頭相機(jī)的無(wú)人機(jī)）可用于較少的植被。在河北省云通電力廠國(guó)家網(wǎng)格三維試點(diǎn)項(xiàng)目，三維試點(diǎn)項(xiàng)目尹瓜屯（市東部）220kV輸電線路項(xiàng)目，中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)河北電力調(diào)查，設(shè)計(jì)學(xué)院有限公司（以下簡(jiǎn)稱河北院）作為地區(qū)測(cè)量的例子。總電臺(tái)是便攜式的，攜帶易于攜帶，測(cè)量速度快，測(cè)量精度可以滿足施工圖紙的深度要求。它是目前測(cè)量線高度的主要方法。但是三維重建的效果很差。當(dāng)交叉點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，需要再次測(cè)量。地面激光掃描儀具有高測(cè)量精度。超高速掃描可以減少現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間并恢復(fù)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。當(dāng)交叉路口發(fā)生變化時(shí)，不需要重新測(cè)量，節(jié)省時(shí)間和人力。此外，當(dāng)它用于山塔基礎(chǔ)地形調(diào)查時(shí)，它可以大大提高工作效率。然而，由于地面激光掃描儀沒有完全小型化和輕質(zhì)，而且設(shè)備成本昂貴，因此在實(shí)用工程中受到極大限制。

3.2、批量智能化建模技術(shù)

頂部輸電線路的材料和設(shè)備型號(hào)主要包括桿塔、絕緣子串和地線，這些設(shè)備型號(hào)種類繁多，在整個(gè)工程中使用量很大，由于地形面積等因素，同一設(shè)備在不同位置的外觀和姿態(tài)，當(dāng)前國(guó)家電網(wǎng)公司2018年8月發(fā)布的三維設(shè)計(jì)通用模型庫(kù)（220-750kV線路部件）的改進(jìn)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司在初始設(shè)計(jì)階段的一些建模工作有所減少。在施工圖階段和高壓等級(jí)的三維設(shè)計(jì)中，必然會(huì)出現(xiàn)大量的模型施工，這大大增加了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)時(shí)間。架空輸電線路的設(shè)施建模主要包括線路、鐵路、坡度、房屋、森林、河流、架空管道（含天然氣和石油）、地下電纜、地下通信線路等地下管線、電纜隧道、綜合走廊、架空線路和當(dāng)前地理信息收集方式是指走廊內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的主要設(shè)施模型。三維設(shè)計(jì)師需要添加手動(dòng)建模，這增加了設(shè)計(jì)人員的工作內(nèi)容并降低了工程設(shè)計(jì)的效率。

3.3、功能完善的三維設(shè)計(jì)軟件支撐

數(shù)字設(shè)計(jì)平臺(tái)可以集成不同的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件和應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)集成的信息共享，通過(guò)集成實(shí)現(xiàn)計(jì)算和繪圖的集成，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)集成所獲得的內(nèi)容，并確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。在商業(yè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)其自身的二次開發(fā)，軟件功能應(yīng)不斷改進(jìn)，全面解決操作和軟件故障差的問(wèn)題，以滿足未來(lái)工程數(shù)字設(shè)計(jì)和生命周期管理的需求，以及管理機(jī)制應(yīng)不斷改進(jìn)。

4、設(shè)計(jì)成果分析

在提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的前提下，三維數(shù)字設(shè)計(jì)產(chǎn)生的數(shù)字結(jié)果也是重要的資產(chǎn)。按照三維設(shè)計(jì)結(jié)果，通過(guò)工廠精細(xì)的寬松和視覺組裝，鐵塔供應(yīng)商驗(yàn)證配件串和鐵塔之間的碰撞，地線、鐵塔和桿材料，才可以有效的便降到了低產(chǎn)品錯(cuò)誤率，提高供應(yīng)質(zhì)量并縮短施工期。通過(guò)三維數(shù)字設(shè)計(jì)產(chǎn)品，建筑單元可以推斷施工方案，并使用三維技術(shù)來(lái)幫助模擬整個(gè)過(guò)程。同時(shí)，三維設(shè)計(jì)結(jié)果有效地與現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)結(jié)合，實(shí)時(shí)互動(dòng)模擬可以指導(dǎo)建筑方從宏觀角度控制施工機(jī)械和資源分配，完善運(yùn)輸方案，站點(diǎn)布局和過(guò)程模擬從微觀的角度來(lái)看，全面，有效地促進(jìn)機(jī)械化建設(shè)的整個(gè)過(guò)程。

5、結(jié)束語(yǔ)

由上可知，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能夠有效提高到工程的整體質(zhì)量、節(jié)約成本以及縮短施工時(shí)間，已被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用，將其應(yīng)用在地區(qū)數(shù)據(jù)中心平臺(tái)中能夠有效提升到工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，為我國(guó)的智能電網(wǎng)的建設(shè)提供到一定的保障。

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