用于規(guī)劃設(shè)計(jì)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)風(fēng)玫瑰圖的研究

文/韓嘉寧（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司）

一、研究、開發(fā)背景

2009年，中國(guó)部分地區(qū)遭受冰雪災(zāi)害導(dǎo)致天然氣供應(yīng)緊張。當(dāng)時(shí)，浙江杭州有三分之一的城區(qū)居民用氣受到影響,因天然氣短缺關(guān)停11家企業(yè)；湖北武漢所有出租車停止供氣，武漢市26座加氣站全面停止供氣。

在這樣的情況下，天然氣價(jià)格暴漲，國(guó)內(nèi)天然氣批發(fā)價(jià)平均每噸已暴漲500元以上，漲幅超過(guò)兩成。專家指出，氣荒、氣價(jià)暴漲的原因主要是突如其來(lái)的雨雪天氣導(dǎo)致國(guó)內(nèi)天然氣需求急劇反彈，造成全國(guó)多處天然氣供應(yīng)告急。

據(jù)2009年預(yù)計(jì)，2010年供氣城市會(huì)增加到270個(gè)，天然氣消費(fèi)將達(dá)到150立方千米。屆時(shí)中國(guó)天然氣供需缺口約30-40立方千米，而到2015年，缺口還將擴(kuò)大到50-60立方千米。全國(guó)各地將面臨“氣荒”的嚴(yán)峻處境。

故此，理順以石油、天然氣等能源資源價(jià)格將成為“十二五”改革的重要措施。《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的第十二個(gè)規(guī)劃的建議》提出，要深化資源性產(chǎn)品價(jià)格和要素市場(chǎng)改革，理順煤、電、油、氣等資源類產(chǎn)品價(jià)格關(guān)系，完善價(jià)格形成機(jī)制。該政策延續(xù)至今，從而促成了近年來(lái)大批量的天然氣管道項(xiàng)目及相關(guān)配套設(shè)施的建設(shè)。

二、當(dāng)前存在問(wèn)題

長(zhǎng)輸天然氣工程的站場(chǎng)及截?cái)嚅y室較多，每個(gè)站場(chǎng)及閥室都需要繪制當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)玫瑰圖（全稱為風(fēng)向頻率玫瑰圖）。繪制風(fēng)玫瑰圖是一項(xiàng)技術(shù)難度不大但比較繁雜的工作，需要收集建設(shè)地點(diǎn)的風(fēng)向頻率資料，這些資料或者來(lái)源于氣象局，或者來(lái)源于規(guī)劃局，前期需要進(jìn)行大量的走訪調(diào)研工作，如需詳細(xì)準(zhǔn)確的資料往往需要前往項(xiàng)目所在地相關(guān)單位詢問(wèn)并索要數(shù)據(jù)，個(gè)別地區(qū)氣象數(shù)據(jù)涉密或由于其他原因，還需調(diào)研人員所屬企業(yè)開具介紹信或收取相關(guān)費(fèi)用，甚至要求單位間公對(duì)公的打款，這些步驟需要消耗不少的時(shí)間和精力。

當(dāng)項(xiàng)目緊急無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往只是根據(jù)從政府網(wǎng)站上截取的圖片進(jìn)行手工描繪，或者來(lái)源于其他渠道，雖大體上無(wú)大的出入，但必然會(huì)存在相關(guān)偏差。繪制風(fēng)玫瑰圖時(shí)，需要先把這些資料轉(zhuǎn)換為代表風(fēng)向頻率的數(shù)據(jù)，然后在CAD圖形中繪制出風(fēng)玫瑰圖來(lái)。繪制完的風(fēng)玫瑰圖，一般保存在設(shè)計(jì)文件中。

當(dāng)前存在的主要問(wèn)題是，過(guò)去已有的各地風(fēng)玫瑰圖，并沒(méi)有進(jìn)行收集整理，這些風(fēng)玫瑰圖還保存在原來(lái)的圖形中，同一地區(qū)的工程，要使用原來(lái)的風(fēng)玫瑰圖，查找起來(lái)比較困難，難以得到重復(fù)使用，往往還要重新收集資料和繪制圖形，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，鑒于這種情況，需要對(duì)過(guò)去的風(fēng)玫瑰圖進(jìn)行收集和整理，便于同一地區(qū)的站場(chǎng)重復(fù)使用，節(jié)約時(shí)間，節(jié)省精力。

三、前期風(fēng)頻數(shù)據(jù)收集

要制作風(fēng)玫瑰自動(dòng)生成模塊，首先需要大量的各地區(qū)風(fēng)玫瑰數(shù)據(jù)；風(fēng)頻數(shù)據(jù)采集程序的作用是將各地的風(fēng)頻數(shù)據(jù)提取到EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)庫(kù)與動(dòng)態(tài)模塊通過(guò)編程處理來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接，便于調(diào)用。

使用專門開發(fā)的風(fēng)玫瑰數(shù)據(jù)采集程序（具備編程常識(shí)的工作人員均可制作），將現(xiàn)有收集到的風(fēng)玫瑰圖的風(fēng)頻數(shù)據(jù)自動(dòng)提取出來(lái)并保存到EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。編程內(nèi)容多樣化且涉及個(gè)人研究成果信息，這里不再贅述。

以下是三種常見的風(fēng)頻數(shù)據(jù)采集方式。

（一）通過(guò)傳統(tǒng)的cad文件風(fēng)玫瑰圖

通過(guò)日常工作及長(zhǎng)時(shí)間的項(xiàng)目積累，我們會(huì)收集到大量cad（dwg）格式的風(fēng)玫瑰圖。

示例：如圖1是某一項(xiàng)目中，重慶市酉陽(yáng)縣的風(fēng)玫瑰圖。

圖1 重慶市酉陽(yáng)縣的風(fēng)玫瑰圖（dwg格式）

圖2黃色部分是根據(jù)圖1提取到EXCEL中的風(fēng)頻數(shù)據(jù)黃色部分。

圖2 根據(jù)dwg格式風(fēng)玫瑰提取到的風(fēng)頻數(shù)據(jù)

（二）圖片型的風(fēng)玫瑰圖

來(lái)源于網(wǎng)上或者從規(guī)劃局拍照取得的圖片型風(fēng)玫瑰圖，如圖3需要人工采集各方向的風(fēng)頻數(shù)據(jù)，填入到EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖3 圖片格式的風(fēng)玫瑰圖

（三）通過(guò)WORD或EXCEL型數(shù)據(jù)文件

有些工程項(xiàng)目經(jīng)過(guò)多方單位溝通及協(xié)調(diào)，獲得的是WORD或EXCEL格式的詳細(xì)的風(fēng)頻數(shù)據(jù)，可以通過(guò)復(fù)制粘貼或人工輸入的方式保存到EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)中。如圖4。

圖4 EXCEL風(fēng)頻數(shù)據(jù)庫(kù)

四、風(fēng)玫瑰動(dòng)態(tài)圖塊

（一）制作動(dòng)態(tài)風(fēng)玫瑰圖圖塊

目前根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及專業(yè)人員開發(fā)，圖塊已經(jīng)制作完成，并以實(shí)際投入項(xiàng)目應(yīng)用，成果穩(wěn)定且便利、準(zhǔn)確。此圖塊需要十分煩瑣但不復(fù)雜的編程步驟，不便在此描述。各單位及個(gè)人實(shí)際需要應(yīng)用時(shí)可委托相關(guān)軟件公司或具備相應(yīng)知識(shí)的人員進(jìn)行制作，制作完畢的動(dòng)態(tài)圖塊大致如圖5所示。

圖5 制作完成的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)玫瑰圖塊

（二）具體操作步驟及要求

（1）拖動(dòng)北方向旋轉(zhuǎn)夾點(diǎn)，建北及其軸線不動(dòng)，其他部分都繞中心旋轉(zhuǎn)，使測(cè)北、建北與建筑坐標(biāo)系保持一致。

（2）單擊地區(qū)選擇夾點(diǎn)，可選擇不同的城市，將自動(dòng)切換為新城市的風(fēng)玫瑰圖。

注：這些操作不需要專門程序的支持，動(dòng)態(tài)圖塊制作完成后復(fù)制到任何計(jì)算機(jī)上都可以具有如上特點(diǎn)。

（三）為動(dòng)態(tài)風(fēng)玫瑰圖圖塊指定風(fēng)頻數(shù)據(jù)

我國(guó)國(guó)土遼闊，各省、直轄市、自治區(qū)下區(qū)、縣數(shù)量繁多，在前期風(fēng)頻資料收集時(shí)往往無(wú)法得到全部資料，在后續(xù)項(xiàng)目中如遇到動(dòng)態(tài)風(fēng)玫瑰中不存在該項(xiàng)目所在地區(qū)風(fēng)頻數(shù)據(jù)的情況，則可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次收集，拿到所需資料后可手動(dòng)添加至EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)中。

風(fēng)玫瑰圖塊附上的風(fēng)頻數(shù)據(jù)如圖6所示。

在圖6的風(fēng)頻數(shù)據(jù)表中點(diǎn)取地區(qū)選擇夾點(diǎn)后，將彈出各省名稱的菜單，然后點(diǎn)擊省名，再?gòu)棾龀鞘忻Q，最后選取城市，風(fēng)玫瑰圖就變成選取城市的風(fēng)玫瑰圖了。

圖6 EXCEL風(fēng)頻數(shù)據(jù)庫(kù)

例如：如要將安徽蚌埠的風(fēng)玫瑰圖改為廣西桂林的風(fēng)玫瑰圖，步驟如下:點(diǎn)擊風(fēng)玫瑰圖后，出現(xiàn)多個(gè)夾點(diǎn)，再點(diǎn)擊最下側(cè)的夾點(diǎn)，會(huì)彈出選擇省的菜單,這時(shí)選擇廣西,又彈出選擇城市的菜單,最后選擇桂林。這樣,就自動(dòng)改為桂林的風(fēng)玫瑰圖了，見圖7。

圖7 數(shù)字驅(qū)動(dòng)風(fēng)玫瑰的操作步驟示意

（四）當(dāng)無(wú)法使用EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)形成風(fēng)玫瑰圖時(shí)的應(yīng)對(duì)方法

有些CAD平臺(tái)并不支持動(dòng)態(tài)圖塊或者不完全支持動(dòng)態(tài)圖塊，可能無(wú)法使用動(dòng)態(tài)圖塊或其部分功能，可能不能切換城市，并不能實(shí)現(xiàn)“全兼容”。

使用這樣的CAD或者繪圖平臺(tái)時(shí)，就不必使用動(dòng)態(tài)圖塊，可使用本文中介紹的通過(guò)技術(shù)人員專門開發(fā)的程序，從EXCEL文件中讀取數(shù)據(jù)，在CAD上繪制風(fēng)玫瑰圖。如圖8。

圖8 從EXCEL文件中讀取數(shù)據(jù)時(shí)顯示的風(fēng)玫瑰

五、成果作用

（1）可將過(guò)去的所有風(fēng)玫瑰圖數(shù)據(jù)都提取出來(lái)，形成數(shù)據(jù)庫(kù),供后續(xù)工程直接使用，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。這樣，已有風(fēng)玫瑰圖的地點(diǎn)，就不必再次收集資料和繪制圖形了，節(jié)省時(shí)間和精力。

（2）可將新城市的風(fēng)玫瑰資料快速加入數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于擴(kuò)展，然后直接調(diào)用，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖，不必人工繪圖，簡(jiǎn)化了繪圖流程，提高了設(shè)計(jì)效率。

（3）新的動(dòng)態(tài)風(fēng)玫瑰圖具有更好的操作特性，可快速實(shí)現(xiàn)北方向的旋轉(zhuǎn)，與建筑坐標(biāo)系的角度保持一致；可快速切換任意城市，并在圖上有城市名稱提示,避免用錯(cuò)地點(diǎn)。

（4)本成果應(yīng)用后，可大量利用現(xiàn)有的風(fēng)玫瑰數(shù)據(jù)，很多站場(chǎng)都不用再次收集風(fēng)玫瑰資料了，也不用重新繪制風(fēng)玫瑰了，減少了工作程序，提高了設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)為企業(yè)節(jié)約人力，為部門節(jié)約大量的調(diào)研時(shí)間，從而提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。