架空输电线路三维数字化设计关键技术分析

刘成

[摘    要]在研究架空输电线路的三维数字化设计关键技术时，通过结合国家电网的实际概况，了解输电线路三维数字化设计的现状，强化对其三维数字化设计关键技术的研究与分析，从而推动输电线路三维数字化设计关键技术得以更好地应用。主要研究了架空输电线路三维数字化设计关键技术，通过获取数据、三维建模以及完善三维设计平台，强化对其设计成果的应用，为三维数字化设计关键技术的推广与应用奠定基础。

[关键词]输电线路;架空;三维;数字化设计;关键技术

[中图分类号]TM75 [文献标志码]A [文章编号]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

国家电网的三维数字化技术主要以数据为基础和前提，设计为先导，借助模型这一载体将整个数字化设计贯穿到每个环节中，如设计环节、运维环节、建设环节以及退役环节等。该设计可以融合与贯彻其整个生命周期中，并将其全生命周期内的每个阶段的碎片化数据整合成一个较为完整的信息模型，促进工程建设技术得以更好地创新，助推工程建设质量与效率的更好提高。

1 分析电网单位三维数字化设计的实际情况

2014年，国家电网就已经在构想数字化设计，并逐步进行了数字化框架体系的设计与建立工作，其设计的核心与重点主要在于工程的前期管理与设计评审以及移交数字化上。自此之后，国家电网单位也在持续进行很多数字化设计管理与评审工作，并设置一些管理试点单位，获得了一定的成就。随后国家电网单位又下发了《输变电工程三维数字化移交》《输变电工程三维设计导则》及《输变电工程三维设计模型的交互规范》等设计标准，推动了国家电网单位的数字化设计工作得以更好开展与进行。但是经过一系列的情况调研可知，虽然我国的数字化设计及建设相对较早一些，但是很多电网企业在数字化设计方面的发展速度并不迅速，导致其发展速度缓慢的主要因素在于禁锢于传统的设计思路与模式，没有全面且深入地对数字化设计技术进行认知、挖掘与理解，片面认为三维数字化技术仅是一种展示功能，设计理念还比较落后，多停留在二维设计时期，思想与观念较为滞后。同时一些设计人员没有全面且深入地研究三维设计的整个流程，对于协同的思维与理念并不理解，因而在三维设计过程中没有进行全过程、全专业的协同设计，没能对资源进行最大化程度的共享与利用，资源利用率较低。与此同时，国家电网企业在数字化设计方面的资金投入不足，其软硬件设施缺乏配套性与齐全性，同时也缺乏与数字化需求相匹配的数据信息中心。国家电网在开发与建设三维数字化平台时，多是依赖于软件公司，而软件公司并不能与国家电网单位自身发展的实际需求进行很好地匹配与适应。此外，国家電网在数字化设计模块的相关功能方面在逐步完善，但是由于用户应用层存在比较复杂的操作，不能够高效率地进行建模，这会影响三维数字化设计效果的展示，也会阻碍其更好地开展三维数字化设计与建设工作。

2 分析三维数字化设计的优势

2.1 设计对象发生变化

传统的二维设计对象主要是以图纸、说明书或者材料清册为对象和基础。三维设计主要是以数据和模型为基础，其工作内容主要是对工程逻辑模型进行建立与布置，三维设计的结果主要是结构化与非结构化的数据信息，通过工程模型数据就可以完成二维设计过程中的材料统计与出图工作。三维设计的理念要比二维的理念更加先进。三维的设计对象是数据建模，替代了二维图纸设计，推动二维设计逐渐转向三维设计。

2.2 设计流程发生变化

在初始设计时期，二维设计主要是在地形图上进行初步选线，对于工程建设的水文、地质、测量、结构以及电气等条件需要工作人员现场勘查与测量，完善相关资料或者信息。现场勘查后要对其建设方案或者路径进行调整与修正，最终确定方案路径后再进行杆塔、杆塔规划、绝缘配合、导地线选型、气象条件以及初步设计工作。三维设计主要是各有分工、各司其职，电气专业出设计范围、勘测专业出地理信息数据，电气专业人员再结合数据来进行初步选线，对于水文、地质、测量等信息资料也要进行勘察与补充，电气专业人员最终确定好方案与路径，开展杆塔设计、杆塔规划、绝缘配合、导线型号以及其他基础设计等，并以杆塔与基础模型为基础来三维预排位，进而形成三维设计效果。与二维设计工作比较，三维设计减少了很多跑外的设计环节，节约了很多时间和精力，设计的模型更加形象、具体和直观。与此同时，在设计施工图时，二维设计主要按照勘测好的信息与内容来室内排位，当交桩完以后要修正排位，提交塔位明细及其断面图，同时基础施工图、杆塔以及机电施工图都要在设计阶段完成。在应用三维设计时，勘测专业会进行最终的勘测工作，并将标记出三维的地质、地形以及地物，电气与结构专业人员会以勘测专业提交的数据与信息为基础来开展工作，生成基础模型与精细化杆塔模型，电气专业人员再按照三维场景数据以及导线绝缘子串、基础以及杆塔模型来优化塔位，持续开展三维校验工作，最终生成最佳的施工图模型或者线路图模型。三维设计的周期更短、效率更高，在实际应用中值得推广与应用。

3 架空输电线路三维数字化设计关键技术

3.1 获取工程地理信息数据技术

当前，获取地理信息数据的手段有多种方式和途径，如航空摄影测量、卫星数据、人工测量、激光雷达以及倾斜摄影等。在输电线路三维数字化设计方面，要从其经济特性、适用范围以及工作方式等方面入手，通过充分对比来寻找适合的获取方式，推动输电线路三维数字化设计工作更好开展与进行。但是在应用激光雷达、倾斜摄影以及航空摄影测量方式来测量工程地理信息数据时，必须要对空域进行申请，申请费用较高，过程比较繁琐，信息数据获取的时间很长。而运用传统人工测量方式来获取工程地理信息数据时，其容易受到天气、自然环境等影响，且外出工作时间较长，花费大量的人力。测量方式费用与优劣势对比数据分析见表1。

经过综合对比，在平原地形线路建议应用卫星测量与人工测量相结合的方式;在丘陵或者山地线路建议运用航测手段。如果在建筑物较多的城区、走廊比较紧张、通道清理量很大的地段，可以运用倾斜摄影的手段来进行。而对于丛林、植被较为茂密的特殊地区，一般运用激光雷达的方法。在植被很少的地区可以运用航空摄影的方式来进行测量。

3.2 智能化批量建模技术的应用

在架空输电线路中，其应用的设备模型以及材料主要涵盖导地线、绝缘子串、杆塔等，这些设备有很多类型的模型，且在整个工程中应用的数量较大。在输电线路经过的区域，其容易受到地貌、地形等因素的影响，同一类型的设备从不同的位置看，其姿态与外观都存在一定的差异。国网架空输电线路的设施建模主要有河流、树林、房屋、等级公路、铁路、架空的石油与天然气管道、地下通信线缆、地下电缆、地下石油天然气管道、综合管廊、电缆隧道、架空线路等。当前的地理信息技术并不能够全面地对通管道范围内的主要设施模型进行直接的获取，需要三维设计人员手工进行建模，并针对不同建模类型进行添加，大量的建模工作会极大增加三维设计人员的工作量，影响了工程设计效果与水平的提升。而建模工作量主要分配在初步设计阶段和施工图阶段。因此，为了能够将三维数字化设计的优势与价值更好地发挥与诠释出来，节约更多的建模时间，针对基础建模以及杆塔来应用批量参数化、智能化的建模方法，并以Excel表格作为辅助，将每个模型的参数批量输入后即可输出三维模型，有效地节约了三维建模的时间。

在建立金具、绝缘子串以及导地线等三维模型时，可以通过建立三维模型系统或者三维模型库进行已完成的三维模型的累积，从而促进后期工程建模时间得以有效减少或者节约。在线路通道范围内的设施模型，由于其线路的形状不同，变化差异很大，一般应用智能参数来进行三维建模。实地勘测人员要对详细的参数信息进行采集与提供，以辅助完成线路通道内设施模型的三维建模工作。

3.3 多功能三维设计软件技术的应用

当前，电力设计院在三维软件的开发与利用方面并不健全和完善，而在市场上主要依靠的是三维设计平台或者软件。经过调查与研究，我国很多商业三维设计软件存在软件兼容性不强、数据测量与输入较为复杂、软件的运行缺乏一定的智能性与流畅性等不足。因此，为了能够将三维数字化设计的优势作用更好地发挥出来，重视三维数字化设计平台的优化与健全，实现全专业的协同设计，将大数据技术以及智能化手段应用到三维设计软件的完善方面，促进三维设计软件技术功能更加多样化与多元化。在开展三维设计平台建设与完善工作时，要重视信息资源的共享，从而促进软件卡顿、不流畅以及兼容性不强等不足得以有效弥补与健全，增强工程三维数字化设计的实效性。此外，在信息化与现代化的时代中，大数据内涵丰富的数据资源，重视对海量数据的挖掘与处理，将人工智能技术逐渐引入到三维数字化设计软件系统或者平台中，能够更好地提升三维数字化设计的品质与效率。

4 结束语

在进行架空输电线路三维数字化设计关键技术研究的过程中，三维数字化设计能够促进工程设计质量与效率的更好提升，具有高效、直观、精准等优势，能够对工程建设周期进行科学、合理的缩减，还能够更好地节约工程造价，受到广大业内人士的认可与赞许。与此同时，在数字化技术不断发展的大环境下，利用数字化方法建立与完善工程信息模型库，以地区数据中心平台为基础，对工程进行协调设计，可促进其设计效益与质量的更好提升，同时也能够促进国网建设更加智能化、数字化。

参考文献

[1] 李乾飞.三维设计在架空输电线路建设中的应用[J].上海电气技术，2019，12（3）：17-19.

[2] 楊明力，赖旭华.输电线路三维设计基本方法的研究[J].江西电力职业技术学院学报，2019，32（9）：5-7.