架空輸電線路三維數字化設計關鍵技術分析

劉成

[摘? ? 要]在研究架空輸電線路的三維數字化設計關鍵技術時，通過結合國家電網的實際概況，了解輸電線路三維數字化設計的現狀，強化對其三維數字化設計關鍵技術的研究與分析，從而推動輸電線路三維數字化設計關鍵技術得以更好地應用。主要研究了架空輸電線路三維數字化設計關鍵技術，通過獲取數據、三維建模以及完善三維設計平臺，強化對其設計成果的應用，為三維數字化設計關鍵技術的推廣與應用奠定基礎。

[關鍵詞]輸電線路;架空;三維;數字化設計;關鍵技術

[中圖分類號]TM75 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–02

Analysis of Key Technologies in Three-dimensional Digital Design

of Overhead Transmission Lines

Liu Cheng

[Abstract]When studying the key technologies of the 3D digital design of overhead transmission lines， by combining the actual situation of the State Grid， understand the current situation of the 3D digital design of transmission lines， strengthen the research and analysis of the key technologies of the 3D digital design， so as to promote the 3D transmission line The key technology of digital design can be better applied. The main research of this paper is the key technology of 3D digital design of overhead transmission lines. By acquiring data， 3D modeling and perfecting the 3D design platform， strengthen the application of its design results， and lay the foundation for the popularization and application of 3D digital design.

[Keywords]transmission line; overhead; three-dimensional; digital design; key technology

國家電網的三維數字化技術主要以數據為基礎和前提，設計為先導，借助模型這一載體將整個數字化設計貫穿到每個環節中，如設計環節、運維環節、建設環節以及退役環節等。該設計可以融合與貫徹其整個生命周期中，并將其全生命周期內的每個階段的碎片化數據整合成一個較為完整的信息模型，促進工程建設技術得以更好地創新，助推工程建設質量與效率的更好提高。

1 分析電網單位三維數字化設計的實際情況

2014年，國家電網就已經在構想數字化設計，并逐步進行了數字化框架體系的設計與建立工作，其設計的核心與重點主要在于工程的前期管理與設計評審以及移交數字化上。自此之后，國家電網單位也在持續進行很多數字化設計管理與評審工作，并設置一些管理試點單位，獲得了一定的成就。隨后國家電網單位又下發了《輸變電工程三維數字化移交》《輸變電工程三維設計導則》及《輸變電工程三維設計模型的交互規范》等設計標準，推動了國家電網單位的數字化設計工作得以更好開展與進行。但是經過一系列的情況調研可知，雖然我國的數字化設計及建設相對較早一些，但是很多電網企業在數字化設計方面的發展速度并不迅速，導致其發展速度緩慢的主要因素在于禁錮于傳統的設計思路與模式，沒有全面且深入地對數字化設計技術進行認知、挖掘與理解，片面認為三維數字化技術僅是一種展示功能，設計理念還比較落后，多停留在二維設計時期，思想與觀念較為滯后。同時一些設計人員沒有全面且深入地研究三維設計的整個流程，對于協同的思維與理念并不理解，因而在三維設計過程中沒有進行全過程、全專業的協同設計，沒能對資源進行最大化程度的共享與利用，資源利用率較低。與此同時，國家電網企業在數字化設計方面的資金投入不足，其軟硬件設施缺乏配套性與齊全性，同時也缺乏與數字化需求相匹配的數據信息中心。國家電網在開發與建設三維數字化平臺時，多是依賴于軟件公司，而軟件公司并不能與國家電網單位自身發展的實際需求進行很好地匹配與適應。此外，國家電網在數字化設計模塊的相關功能方面在逐步完善，但是由于用戶應用層存在比較復雜的操作，不能夠高效率地進行建模，這會影響三維數字化設計效果的展示，也會阻礙其更好地開展三維數字化設計與建設工作。

2 分析三維數字化設計的優勢

2.1 設計對象發生變化

傳統的二維設計對象主要是以圖紙、說明書或者材料清冊為對象和基礎。三維設計主要是以數據和模型為基礎，其工作內容主要是對工程邏輯模型進行建立與布置，三維設計的結果主要是結構化與非結構化的數據信息，通過工程模型數據就可以完成二維設計過程中的材料統計與出圖工作。三維設計的理念要比二維的理念更加先進。三維的設計對象是數據建模，替代了二維圖紙設計，推動二維設計逐漸轉向三維設計。

2.2 設計流程發生變化

在初始設計時期，二維設計主要是在地形圖上進行初步選線，對于工程建設的水文、地質、測量、結構以及電氣等條件需要工作人員現場勘查與測量，完善相關資料或者信息。現場勘查后要對其建設方案或者路徑進行調整與修正，最終確定方案路徑后再進行桿塔、桿塔規劃、絕緣配合、導地線選型、氣象條件以及初步設計工作。三維設計主要是各有分工、各司其職，電氣專業出設計范圍、勘測專業出地理信息數據，電氣專業人員再結合數據來進行初步選線，對于水文、地質、測量等信息資料也要進行勘察與補充，電氣專業人員最終確定好方案與路徑，開展桿塔設計、桿塔規劃、絕緣配合、導線型號以及其他基礎設計等，并以桿塔與基礎模型為基礎來三維預排位，進而形成三維設計效果。與二維設計工作比較，三維設計減少了很多跑外的設計環節，節約了很多時間和精力，設計的模型更加形象、具體和直觀。與此同時，在設計施工圖時，二維設計主要按照勘測好的信息與內容來室內排位，當交樁完以后要修正排位，提交塔位明細及其斷面圖，同時基礎施工圖、桿塔以及機電施工圖都要在設計階段完成。在應用三維設計時，勘測專業會進行最終的勘測工作，并將標記出三維的地質、地形以及地物，電氣與結構專業人員會以勘測專業提交的數據與信息為基礎來開展工作，生成基礎模型與精細化桿塔模型，電氣專業人員再按照三維場景數據以及導線絕緣子串、基礎以及桿塔模型來優化塔位，持續開展三維校驗工作，最終生成最佳的施工圖模型或者線路圖模型。三維設計的周期更短、效率更高，在實際應用中值得推廣與應用。

3 架空輸電線路三維數字化設計關鍵技術

3.1 獲取工程地理信息數據技術

當前，獲取地理信息數據的手段有多種方式和途徑，如航空攝影測量、衛星數據、人工測量、激光雷達以及傾斜攝影等。在輸電線路三維數字化設計方面，要從其經濟特性、適用范圍以及工作方式等方面入手，通過充分對比來尋找適合的獲取方式，推動輸電線路三維數字化設計工作更好開展與進行。但是在應用激光雷達、傾斜攝影以及航空攝影測量方式來測量工程地理信息數據時，必須要對空域進行申請，申請費用較高，過程比較繁瑣，信息數據獲取的時間很長。而運用傳統人工測量方式來獲取工程地理信息數據時，其容易受到天氣、自然環境等影響，且外出工作時間較長，花費大量的人力。測量方式費用與優劣勢對比數據分析見表1。

經過綜合對比，在平原地形線路建議應用衛星測量與人工測量相結合的方式;在丘陵或者山地線路建議運用航測手段。如果在建筑物較多的城區、走廊比較緊張、通道清理量很大的地段，可以運用傾斜攝影的手段來進行。而對于叢林、植被較為茂密的特殊地區，一般運用激光雷達的方法。在植被很少的地區可以運用航空攝影的方式來進行測量。

3.2 智能化批量建模技術的應用

在架空輸電線路中，其應用的設備模型以及材料主要涵蓋導地線、絕緣子串、桿塔等，這些設備有很多類型的模型，且在整個工程中應用的數量較大。在輸電線路經過的區域，其容易受到地貌、地形等因素的影響，同一類型的設備從不同的位置看，其姿態與外觀都存在一定的差異。國網架空輸電線路的設施建模主要有河流、樹林、房屋、等級公路、鐵路、架空的石油與天然氣管道、地下通信線纜、地下電纜、地下石油天然氣管道、綜合管廊、電纜隧道、架空線路等。當前的地理信息技術并不能夠全面地對通管道范圍內的主要設施模型進行直接的獲取，需要三維設計人員手工進行建模，并針對不同建模類型進行添加，大量的建模工作會極大增加三維設計人員的工作量，影響了工程設計效果與水平的提升。而建模工作量主要分配在初步設計階段和施工圖階段。因此，為了能夠將三維數字化設計的優勢與價值更好地發揮與詮釋出來，節約更多的建模時間，針對基礎建模以及桿塔來應用批量參數化、智能化的建模方法，并以Excel表格作為輔助，將每個模型的參數批量輸入后即可輸出三維模型，有效地節約了三維建模的時間。

在建立金具、絕緣子串以及導地線等三維模型時，可以通過建立三維模型系統或者三維模型庫進行已完成的三維模型的累積，從而促進后期工程建模時間得以有效減少或者節約。在線路通道范圍內的設施模型，由于其線路的形狀不同，變化差異很大，一般應用智能參數來進行三維建模。實地勘測人員要對詳細的參數信息進行采集與提供，以輔助完成線路通道內設施模型的三維建模工作。

3.3 多功能三維設計軟件技術的應用

當前，電力設計院在三維軟件的開發與利用方面并不健全和完善，而在市場上主要依靠的是三維設計平臺或者軟件。經過調查與研究，我國很多商業三維設計軟件存在軟件兼容性不強、數據測量與輸入較為復雜、軟件的運行缺乏一定的智能性與流暢性等不足。因此，為了能夠將三維數字化設計的優勢作用更好地發揮出來，重視三維數字化設計平臺的優化與健全，實現全專業的協同設計，將大數據技術以及智能化手段應用到三維設計軟件的完善方面，促進三維設計軟件技術功能更加多樣化與多元化。在開展三維設計平臺建設與完善工作時，要重視信息資源的共享，從而促進軟件卡頓、不流暢以及兼容性不強等不足得以有效彌補與健全，增強工程三維數字化設計的實效性。此外，在信息化與現代化的時代中，大數據內涵豐富的數據資源，重視對海量數據的挖掘與處理，將人工智能技術逐漸引入到三維數字化設計軟件系統或者平臺中，能夠更好地提升三維數字化設計的品質與效率。

4 結束語

在進行架空輸電線路三維數字化設計關鍵技術研究的過程中，三維數字化設計能夠促進工程設計質量與效率的更好提升，具有高效、直觀、精準等優勢，能夠對工程建設周期進行科學、合理的縮減，還能夠更好地節約工程造價，受到廣大業內人士的認可與贊許。與此同時，在數字化技術不斷發展的大環境下，利用數字化方法建立與完善工程信息模型庫，以地區數據中心平臺為基礎，對工程進行協調設計，可促進其設計效益與質量的更好提升，同時也能夠促進國網建設更加智能化、數字化。

參考文獻

[1] 李乾飛.三維設計在架空輸電線路建設中的應用[J].上海電氣技術，2019，12（3）：17-19.

[2] 楊明力，賴旭華.輸電線路三維設計基本方法的研究[J].江西電力職業技術學院學報，2019，32（9）：5-7.