电网工程三维可视化施工管理系统建设与研究

张芳宁

摘 要：该文研究建立一个三维可视化施工管理系统，提供电网工程施工现场的三维实景模拟，是全数字航空摄影测量技术在电力行业的深化应用。基本思路是利用前期可研阶段的小比例尺卫片、初设阶段的航片及航空摄影测量成果数据构建一个三维可视化场景，并落入桩位坐标、交叉跨越等信息及杆塔模型，使管理者能够在三维现场环境中进行多维度分析，充分发挥人的判读能力和主观能动性，达到实时了解现场施工进度、远程辅助施工监理和促进安全生产的目标。该系统的主要作用在于建立一个包括施工过程管理、施工进度上报、电子化移交的综合三维施工管理平台，即“数字沙盘”。

关键词：三维可视化 全数字航空摄影测量 施工管理 电子化移交

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0081-02

1 构建背景

（1）建设统一坚强智能电网，以基建信息化建设为核心的形势要求。

在信息社会中，社会生产过程和产品将实现数字化、集成化、智能化、参与式和交互式。计算机与信息技术已成为推动社会发展的主流技术。在建设统一坚强智能电网，以基建信息化建设为核心的形势要求下，利用信息化、可视化的手段，加强基建全过程控制和精益化管理是一个重要的发展方向。

（2）全数字航空摄影测量技术在电网工程施工管理阶段仍然存在很大探索空间。

全数字航空摄影测量技术目前在电网工程的前期勘测设计工作和后续的运行维护管理工作中已经得到了广泛全面的应用，基本实现了数字化，并取得了良好的经济、社会和环保效益。如：电网工程在可研阶段进行路径方案的大范围比选、初设阶段进行路径方案的优化选线、施工图阶段提供的路径图及平断面图等。然而，在施工管理阶段，工程项目信息管理的可视化、集成化和数字化尚未得到很好的推广应用。

因此，在基建信息化建设的要求下，将三维可视化的技术引入电网工程施工领域则可以达到可视化管理和直观化认知的效果。而如何在已有的航空摄影测量成果的基础上，进一步挖掘和开发，拓展常规应用阶段，深化利用前期成果构建一个数字化的施工管理系统是一个全新的研究方向。

2 预期目标和作用

（1）实景模拟施工现场的地形、地貌和地物；（2）辅助表现施工地区道路交通条件；（3）立体展现交叉跨越情况；（4）动态更新施工进度；（5）实现“数字化档案”的电子化移交。

3 系統构建流程

3.1 目前电网工程建设施工过程中存在的问题

在传统的电网工程建设项目实施过程中，大量工程实践证明，这种业主、咨询、设计、施工、监理、供货商等多家参建单位多层纵向组织方式存在很多弊端。如：管理层次多、监督协调困难、管理效率低下、管理成本过高、信息传递失真、职能相互割裂等。另外，传统的信息传递和保存方式主要以纸张为主，由于在众多项目参与方之间要进行庞大的信息交换，因此会产生大量的文件、图纸，而纸介质的信息查找和保存非常困难。由于电网工程建设周期长、涉及面广，必然加大了信息需求方采集分析信息的难度。

3.2 系统建设必要性

文章研究的三维可视化施工管理系统通过对电网工程各参建方的信息实施标准化和集成化管理，可以跟踪工程施工进度，综合管理各单位的信息数据，提供图纸、供货、施工进度管理，以精益化的单基塔管理为基础，充分落实从塔图生产、基础、组塔、架线等各施工阶段的信息汇总，实现了电网建设项目信息的电子化、数字化和可视化，使得信息能够以更加直观、快捷的方式在各参建方之间进行高效沟通和共享，查找、保存、交流和采集分析。

3.3 系统设计思路和原则

在电网工程施工管理中建立三维可视化施工管理系统，其应用目标是伴随施工进程，渐进地、持续地为工程建设施工服务，促进工程建设施工管理水平和效率的提升，实现管理创新和技术创新。主体思路是充分利用工程前期勘测设计阶段的摄影测量成果数据和设计资料，构建一个直观可视化的三维场景，以全数字化的过程资料管理和生产流程管理功能逐渐形成完整的信息资料，实现“数字化档案”的电子化移交。作为电网工程施工阶段的施工管理平台，总体原则是在全局性和整体性的思路指导下，兼顾技术先进性、成熟性，行业标准性、开放性，系统实用性、可扩展性、经济性、实效性。

3.4 系统构建主体步骤

3.4.1 主体架构设计

三维可视化施工管理系统的总体结构如图1所示。自下而上，图中数据支持层中的数据包括了整个施工建设管理中需要的大部分数据，如卫星影像图、正射影像图、数字高程模型、杆塔设备模型、杆塔桩位表、挂线位置表等空间数据和属性数据，还有设计资料数据、施工数据、管理数据等资料数据库。数据服务层为系统提供数据服务组件。功能逻辑层实现系统各种功能的需求。表面层可为客户展示电网工程的三维场景模拟，显示各种标准化的数据。

3.4.2 三维施工场景可视化平台搭建

首先，完成三维可视化数字沙盘搭建。利用Adobe Photoshop、Global Mapper等软件将前期勘测设计阶段的航空摄影测量成果数据如卫星影像、正射影像图等经过格式转换、配准、切片等数据处理生成不同层级的金字塔影像，并将摄影测量成果数据数字高程模型（DEM）经过配准、分层等预处理处理，一并以存放项目路径的形式分别存储于Oracle数据库中。

其次，三维模型制作与入库。根据前期设计单位的设计图，如杆塔司令图、绝缘子串图等列出设备清单和模型列表，然后利用3D Studio Max软件制作所有涉及到的杆塔和设备的独立的三维模型，并将这些模型按照施工现场实际的情况组装起来。使用模型数据处理工具将杆塔模型等模型导入Oracle数据库中。

最后，整理杆塔桩位表、挂线位置表及各种交叉跨越信息并入库。根据收集的勘测设计资料，如线路终勘定位后桩位成果表、铁塔及基础明细表等整理出杆塔桩位表、挂线位置表及各种交叉跨越等矢量信息，存入Oracle数据库中。

三维可视化施工管理系统通过以上3个方面的数据处理，通过逻辑显示数据库中的影像、模型等，基本完成了三维场景的实景模拟和整个线路通道情况、铁塔及架线信息的直观展示，较好地实现了三维可视化的目标，从而使用户能够真实、直观、全面地了解施工现场的动态信息，为工程决策服务。

3.4.3 档案资料数据录入

将前期收集的各种设计资料、图纸、图表等资料数据进行标准化处理并建立资料数据库分专业类别存放，如：电气、结构、勘测。在Oracle数据库中以存放项目路径的形式访问档案资料，系统在启动时自动调用资料数据库中的数据，授权用户可以在三维模拟界面中查阅相关电子化档案资料，例如点击一基杆塔，可以查询这基杆塔所有的电气、结构、勘测方面的收集存储的电子化档案。

3.4.4 数据更新机制

电网工程施工建设具有长期性和持续更新的特点，这就要求建立的系统具有实时更新数据的机制，为施工过程数据提供录入、查询与展示的平台。相关设计人员通过外网登入施工进度上报系统，以标准化的统一格式，迅速快捷地提交施工进度计划和当前施工进度，系统依据这些数据实时地用三维模型模拟符合当前进度的施工场景，直观展示工程宏观进度。为保证数据安全，建立了数据安全机制，对相关用户登陆界面采取验证用户名密码、加密狗验证等方式来确保系统安全性。

4 应用实例

宁德核电厂～宁德500 kV I、II回架空交流输电线路是建设海西坚强电网的重大工程之一，该线路工程采用单、双回路混合架设，全长I回约93.8 km、II回全长约94.4 km，由于该工程线路沿线地形起伏较大，跨越民房、道路等地物众多，施工难度较大。在该工程施工阶段创新使用了该三维可视化施工管理系统，将前期設计人员、现场施工人员、项目监理人员、物资管理部门和基建管理人员有效地联系在一起，为该工程的施工管理工作提供了很大的快捷和便利。如：有效辅助施工单位开展室内线路调查、技术方案制定、进度分析等工作，节省了大量的时间成本和物力成本，提高了工程建设管理水平和效率。此外，在实体工程建设完成时，同步完成了数字化线路的建设，辅助工程档案管理水平的提高，基本实现了全过程数据的电子化移交。

5 结语

根据建设统一坚强智能电网，以基建信息化建设为核心的形势要求，应用该三维可视化施工管理系统可以更加全面深层地加强质量、技术、安全、经济等方面的管控，创新常规作业流程和管理方式，辅助提升基建标准化和信息化水平，对提高电网工程的科技水平和管理水平意义重大。但该系统的研究处于刚刚起步的阶段，必然也存在一些不足之处，如数据格式的标准化不够全面等，还需要对各方面进行长期深入研究，进一步改进和优化。

参考文献

[1] 李晓骏，邱家驹.基于三维GIS技术的输电线路地理信息系统的设计与实现[J].电力系统及其自动化学报，2003，15（1）：5-9.

[2] 牛兵，陈谊.二维GIS与三维视景仿真技术的结合及其在视景仿真中的应用[J].北京工商大学学报，2005，23（2）：56-59.