輸電工程架空線路參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃福水

（智方設(shè)計(jì)股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力設(shè)施的建設(shè)也在穩(wěn)步發(fā)展。由于電力線項(xiàng)目的復(fù)雜性高，工期長且地理覆蓋范圍廣，因此從項(xiàng)目到施工都會(huì)產(chǎn)生大量的工程圖和材料。但是，二維圖形表達(dá)信息的能力有限并且使用過程中缺乏交流，導(dǎo)致不同學(xué)科之間涉及信息的交換程度很低[1]。此時(shí)利用中央模型實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、調(diào)用與控制可以方便施工各方查看和制定解決方案，從而提高解決方案的工作效率。

1 架空線路參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

典型的架空輸電線路設(shè)計(jì)主要包括線路選擇和布置、塔架設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及絕緣子組件設(shè)計(jì)等部分。本文研究輸電工程架空線路參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用時(shí)，該部分設(shè)計(jì)主要分為塔架設(shè)計(jì)和支撐件設(shè)計(jì)兩部分。其中，塔架設(shè)計(jì)的支撐類型可以分為懸掛支撐和張力支撐兩種，其功能是承受導(dǎo)體和絕緣線的負(fù)載[2]。支撐件設(shè)計(jì)指的是包括支撐件在內(nèi)的電線、避雷針、絕緣線、跳線、地線以及墊圈等組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，絕緣線由多個(gè)絕緣體和配件組成，用于懸掛電線以及將其與支撐物和地面隔離。根據(jù)支架的類型，絕緣線可以分為懸掛式花環(huán)和拉力式花環(huán)，架空線路參數(shù)化設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 流程圖

根據(jù)圖1所示的流程，設(shè)計(jì)人員可以使用Revit軟件中的CAD導(dǎo)入功能，導(dǎo)入帶有以DWG格式存儲(chǔ)的路線選擇信息的路線底圖，并在3D渲染環(huán)境中選擇2D桿塔的選點(diǎn)，并為點(diǎn)分配信息，如高程和跟蹤代碼。然后，通過調(diào)用早期創(chuàng)建的參數(shù)化族庫，在2D點(diǎn)完成支架和塔架的選擇及自動(dòng)建模。根據(jù)建立的模型自動(dòng)生成架空線路，以模型中的極點(diǎn)和支撐信息在指定位置生成零件，包括沿高架線路徑的懸架柱或張力柱的自動(dòng)環(huán)路和相位旋轉(zhuǎn)[3]。最后，在3D渲染環(huán)境中設(shè)置模型，完成架空線路參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化族庫的構(gòu)建

為了滿足架空線路后期設(shè)計(jì)過程中可以隨時(shí)調(diào)用相關(guān)參數(shù)信息，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化族庫。本文結(jié)合較早提出的3D參數(shù)架空線設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化族庫，其中包括2D路線點(diǎn)注釋族和架空電力線組件族。

2.1 2D路線點(diǎn)注釋族

在傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)中，選擇架空布線后，設(shè)計(jì)人員通常需要組合多個(gè)橫截面圖以定位支撐物和塔架。在隨后的設(shè)計(jì)中，圖紙對(duì)帳工作也降低了輸電工程架空線路設(shè)計(jì)的工作效率[4]。因此，本文將Revit軟件中的2D路線點(diǎn)作為參數(shù)化的標(biāo)簽族，其類型、高度、路徑代碼、數(shù)字及其他信息用作族參數(shù)，表示有關(guān)該位置的塔架類型的信息。下部中心點(diǎn)的空間位置信息以及塔架傳輸線的路徑信息是下一步設(shè)計(jì)選擇和自動(dòng)生成模型的重要信息支撐。

2.2 架空電力線組件族

傳輸線設(shè)計(jì)中的大多數(shù)設(shè)備和結(jié)構(gòu)都是標(biāo)準(zhǔn)零件，通過創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化族并根據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)命名，將幾何信息和標(biāo)準(zhǔn)零件的一般屬性存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)族庫中[5]。本文結(jié)合重新設(shè)計(jì)技術(shù)，在Revit軟件環(huán)境中創(chuàng)建除極以外組件的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化族庫。極以外的組件通常由懸掛板、懸掛夾以及絕緣子元件等各種零件組成，這些零件屬于設(shè)計(jì)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)化零件。具體實(shí)現(xiàn)過程中先創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化零件庫，以絕緣子串為例，將絕緣子串設(shè)置為調(diào)用所需內(nèi)容，通過更改其參數(shù)實(shí)現(xiàn)絕緣子串的自動(dòng)組裝[6]。考慮到不同絕緣子串之間存在不同的幾何特征和非幾何特征，因此對(duì)絕緣子串參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，統(tǒng)一將幾何信息和一般特性均作為族參數(shù)，為后續(xù)的參數(shù)驅(qū)動(dòng)模擬創(chuàng)建輸電線參數(shù)化族庫。

在輸電工程架空線路實(shí)際施工中，經(jīng)常會(huì)調(diào)用到大量的絕緣子串。為避免通過基于上述標(biāo)準(zhǔn)化系列庫結(jié)合二次開發(fā)技術(shù)導(dǎo)致重新更改參數(shù)，方法是調(diào)用API中提供的應(yīng)用程序編程接口Revit API功能，該功能可讀取組件家族信息并根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)狀管理參數(shù)的修改，通過這一過程自動(dòng)創(chuàng)建和完整命名每個(gè)組件類型和模型，進(jìn)一步提高組件的利用率。

本文使用C＃對(duì)Visual Studio軟件進(jìn)行編譯，并通過dll文件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序參數(shù)自動(dòng)仿真[7]。與此同時(shí)，為了幫助用戶更容易調(diào)用此功能，本文通過編寫外部應(yīng)用程序文件在Revit軟件的工具欄中創(chuàng)建功能按鈕，當(dāng)用戶點(diǎn)擊功能按鈕并輸入相關(guān)信息時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)與程序的交互。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 數(shù)字化選線

3D數(shù)據(jù)建模完成后，依靠輸電線路相關(guān)數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)換信息，利用數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)真實(shí)的輸電線路設(shè)計(jì)中經(jīng)過的地形地貌特征，并生成數(shù)字3D地形圖像模型，以此作為線路選擇依據(jù)。該方法相比傳統(tǒng)的路由選擇具有更多的優(yōu)勢，其主要原因在于數(shù)字3D地形圖圖像模型可以清晰地展現(xiàn)輸電線路沿線的地形地貌信息，并且可以顯示高速鐵路和高速公路等交通線路中重要的交叉點(diǎn)以及重要的電力傳輸通道，在一定程度上可以為輸電線路設(shè)計(jì)人員提供必要的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步獲取最佳的輸電線路。

3.2 桿塔定位

桿塔定位是架空輸電線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，其直接影響土地使用、植被覆蓋以及后期輸電工程建設(shè)中交叉點(diǎn)的協(xié)調(diào)調(diào)度等方面。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，架空輸電線路的支柱位置圖主要分為斷面圖和平面圖兩部分。上述兩種位置圖雖然可以觀測到輸電線路的相關(guān)數(shù)據(jù)，但是不能直觀地觀測到輸電線路交叉點(diǎn)位置分布情況。本文設(shè)計(jì)的桿塔定位示意如圖2所示。

圖2 桿塔定位示意圖

與傳統(tǒng)的橫截面圖和支撐塔架布局相比，在3D設(shè)計(jì)平臺(tái)中，結(jié)合3D地形數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)3D塔架的建造、移動(dòng)、拆卸以及更換等操作，并且可以在操作過程中進(jìn)行調(diào)整。實(shí)時(shí)檢查安全距離，并基于3D圖像選擇和優(yōu)化傳輸線的路徑。在3D軟件中，塔架布局的設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)顯示輸電線路沿線分布的相關(guān)情況。

3D設(shè)計(jì)平臺(tái)基于對(duì)支撐物和塔架位置進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果可以自動(dòng)完成設(shè)備校準(zhǔn)，并可以第一時(shí)間統(tǒng)計(jì)輸電線路的使用數(shù)量，從而節(jié)省人力并減少輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)間。3D設(shè)計(jì)在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅可以直觀地顯示輸電線路沿線相關(guān)的地表信息，還可以促使設(shè)計(jì)人員和施工人員清楚地了解每個(gè)輸電線路基礎(chǔ)桿和塔架的周圍地形地貌，并在輸電線施工完成后模擬輸電場景，為塔架正常運(yùn)行提供保障。

3.3 距離測量

在對(duì)塔架之間距離進(jìn)行現(xiàn)場制圖和最終勘測之后，有關(guān)電力線設(shè)計(jì)中房屋、樹木、道路分布等自然景觀和其他電力線的信息可以傳輸至3D設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過測量垂直距離、坡度距離、方位角以及住宅建筑物之間的距離，測算電力線和其他特殊相交物體的安全距離，分析安全距離是否符合國家電力系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 電力金具組裝及校驗(yàn)

在上述塔架定位以及距離測量完成后，需要對(duì)電力金具組裝并對(duì)行校驗(yàn)。通過模塊化組裝和3D視覺組裝實(shí)現(xiàn)3D電力金具設(shè)備組裝，根據(jù)裝配圖或零部件關(guān)系完成輸電線路配件線的裝配設(shè)計(jì)并輸出裝配圖、材料表以及3D實(shí)體線模型等文件。同時(shí)將實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)組件的連接和協(xié)調(diào)情況，以避免在實(shí)際施工和安裝過程中出現(xiàn)問題。校驗(yàn)過程主要體現(xiàn)在將線路中每個(gè)組件的實(shí)際工作情況與標(biāo)準(zhǔn)工況進(jìn)行匹配。

3.5 通道清理

使用航拍圖像為房屋和森林建模并繪制平面圖，從不同角度觀察輸電線路周邊的三維環(huán)境，獲取輸電線路周邊房屋、道路以及河流等位置和高度的精確信息，為實(shí)現(xiàn)輸電線路精確設(shè)計(jì)提供前提條件。輸電線路設(shè)計(jì)人員可以在3D設(shè)計(jì)平臺(tái)界面中繪制樹木自然生長表面情況，并且可以遍歷和投影表面信息進(jìn)一步劃分準(zhǔn)確的砍伐范圍，有效解決了使用傳統(tǒng)2D平臺(tái)無法計(jì)算有關(guān)在山丘上砍伐樹木信息的缺陷。

4 結(jié) 論

本文通過將參數(shù)化設(shè)計(jì)和二次開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)架空線中心模型的自動(dòng)創(chuàng)建，顯著提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。該項(xiàng)目的研究結(jié)果可作為未來架空輸電線路項(xiàng)目的指南，但是本文尚未針對(duì)輸電項(xiàng)目實(shí)施路徑選擇和路徑優(yōu)化，對(duì)此在今后將進(jìn)行更加深入的研究。