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GIS 技術(shù)的應用深化以及激光雷達、航空攝影等數據采集技術(shù)的發(fā)展，為輸電線(xiàn)路數字化設計提供了有利技術(shù)支撐。國內電力設計企業(yè)先后對輸電線(xiàn)路數字化設計展開(kāi)了探索與研究，通過(guò)不斷的實(shí)踐，積累了大量的工程應用案例與實(shí)踐經(jīng)驗，為開(kāi)展輸電線(xiàn)路數字化設計奠定了良好的基礎。
1.GIS 選線(xiàn)應用多樣化
很多電力設計企業(yè)都建立了自己的GIS 平臺，借助GIS 平臺，采用高分辨率衛星影像，進(jìn)行大范圍路徑選擇、方案比選，在減少土地占用、房屋拆遷，保護環(huán)境等方面發(fā)揮了重要的作用。
各設計企業(yè)開(kāi)展設計工作的工具軟件種類(lèi)繁多，包括制圖類(lèi)工具、計算類(lèi)工具、管理類(lèi)工具等。由于技術(shù)架構、基礎平臺、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的差異，各軟件系統間相互孤立，數據無(wú)法共享。工程設計數據需要重復錄入到不同的軟件工具中，人工完成系統間數據的傳遞，缺乏一體化管理。
2. 選線(xiàn)過(guò)程可視化
輸電線(xiàn)路經(jīng)常通過(guò)居民區、林區和其他特殊區域，其設計工作廣泛應用基于二維坐標的GIS 系統，輸出成果采用二維方式表達，難以展現三維空間層次及位置關(guān)系。
隨著(zhù)計算機圖形學(xué)的發(fā)展和可視化技術(shù)日益完善，將當前二維設計轉向三維可視化己經(jīng)成為可能(見(jiàn)圖6-1 )。部分設計企業(yè)建立的GIS 輔助應用系統己經(jīng)開(kāi)始探索設計過(guò)程可視化的應用與研究。系統基于三維GIS 平臺，集矢量地圖、影像圖、數字高程模型等基礎地理空間數據，規劃電網(wǎng)數據、設計電網(wǎng)數據、勘測數據、專(zhuān)題數據等各種設計資源數據為一體，能夠真實(shí)再現電網(wǎng)工程及現場(chǎng)地理信息，提供對送電線(xiàn)路導地線(xiàn)、桿塔及金具360 。視角查看、空間分析、跳線(xiàn)計算、三維空間量測，為輸電線(xiàn)路數字化設計提供全新的手段。
3 設計成果移交數字化
隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)工程從規劃設計到施工建設再到運行維護，每個(gè)階段都會(huì )產(chǎn)生數字化成果。即使在設計階段，隨著(zhù)數字化設計工作的開(kāi)展，在電網(wǎng)工程的可研、初設、施工圖設計不同階段也都將產(chǎn)生相應的數字化成果。但是目前的工作模式只關(guān)注當前階段所需要的數據，對整體環(huán)節的信息流通考慮較少，造成信息孤島效應，信息難以貫通，數字化成果共享率低。
為解決該問(wèn)題，電網(wǎng)企業(yè)己經(jīng)探索開(kāi)展數字化移交工作。數字化移交工作以數據流和信息流為主線(xiàn)，以統一的標準和規范為保障，為電網(wǎng)工程建設和管理的全過(guò)程提供、的數據源。數字化移交工作從電網(wǎng)工程建設全過(guò)程入手，對全局進(jìn)行統籌考慮。在電網(wǎng)工程建設初期就建立統一的數字化設計標準，當電網(wǎng)工程向下一階段移交時(shí)數字化成果同步移交。當工程建設完成后，電網(wǎng)工程和數字化成果同步向運行移交，不僅能、完整地反映電網(wǎng)工程的現狀，而且能在時(shí)間維度上進(jìn)行回溯。
數字化移交工作貫穿電網(wǎng)工程規劃、設計、施工和運行等各個(gè)階段，移交過(guò)程中主要涉及數據采集、數據整理和數據移交3 個(gè)階段。此外，制定規范化的移交流程、標準化的移交內容和統一的數據規約，也是保證數字化移交工作有效開(kāi)展的關(guān)鍵環(huán)節。在少數工程上已經(jīng)開(kāi)始嘗試進(jìn)行數字化移交，應用效果己經(jīng)初步體現。
從國內的總體情況看，數字化設計技術(shù)在輸電線(xiàn)路中的應用，基本上還停留在選線(xiàn)、方案比選階段，已經(jīng)引入了可視化理念，但多數集中在終設計成果的三維展示上，還未真正實(shí)現可視化設計。數字化移交己開(kāi)始初步嘗試，工程設計階段的數字化移交己有少量應用。
02輸電線(xiàn)路數字化設計的特點(diǎn)
與傳統設計相比，輸電線(xiàn)路數字化設計大的特點(diǎn)是改變設計工作模式降低設計人員現場(chǎng)踏勘的頻度與工作強度，將設計人員的精力解放出來(lái)，投入到路徑方案比選與優(yōu)化工作中。同時(shí)實(shí)現數字化設計是個(gè)漫長(cháng)的探索過(guò)程，需要進(jìn)行大量的模型積累和數字化軟件開(kāi)發(fā)工作。輸電線(xiàn)路數字化設計的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
(1) GIS 平臺一體化
輸電線(xiàn)路的特點(diǎn)決定了輸電線(xiàn)路數字化設計必須以GIS 平臺為載體，因此在數字化設計過(guò)程中， GIS 將起到統一工作平臺和全過(guò)程數據載體的作用。首先要實(shí)現GIS 平臺實(shí)時(shí)化，就是指利用GPS 及RS 技術(shù)，對數據進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，保證GIS 平臺數據的時(shí)效性。在數據層面，依托GIS 平臺對地理信息數據進(jìn)行組織與管理，確保各個(gè)工程建設階段GIS 平臺的連續有效。其次是實(shí)現GIS 平臺應用過(guò)程化，指的是在應用層面，覆蓋輸電線(xiàn)路設計的可研、初設、施工圖設計各階段。后是GIS 平臺應用協(xié)同化，在路徑選擇、電氣設計、結構設計、協(xié)同設計及數據移交等方面實(shí)現協(xié)同應用。
(2) 設計對象標準化
輸電線(xiàn)路設計元素包括導地線(xiàn)、絕緣子串及其他金具，桿塔、基礎及附屬設施。在開(kāi)展數字化設計時(shí)，需要調用數據庫中設計元素參數，進(jìn)行校核、計算與優(yōu)化。建立設計元素標準化模型是開(kāi)展數字化設計的基礎。
電網(wǎng)企業(yè)制定的輸變電工程通用設計涵蓋各電壓等級的桿塔模塊、絕緣子串等，給出了使用條件等設計參數，還提供了詳細的結構參數，為輸電線(xiàn)路設計對象標準化提供了依據。
(3) 設計過(guò)程可視化
數字化設計引入了可視化技術(shù)，使人能夠在三維圖形中直接對具有形體的信息進(jìn)行操作。它打破傳統的二維平面圖思維的束縛，使參與者在三維環(huán)境中實(shí)現實(shí)時(shí)仿真設計。
輸電線(xiàn)路數字化設計不僅能夠使設計人員體會(huì )到身臨其境的感覺(jué)，還提供在三維空間中計算、分析、校核與優(yōu)化。輸電線(xiàn)路數字化設計可視化特點(diǎn)體現在設計過(guò)程、設計成果兩方面，具體包括以下幾點(diǎn):
1 )利用可視化技術(shù)，實(shí)現場(chǎng)景再現
采用可視化技術(shù)與GIS 技術(shù)的結合，實(shí)現地理信息系統的數字化展現，通過(guò)與各種專(zhuān)題圖(地震烈度圖、污區圖、雷電強度分布圖等)的綜合應用，實(shí)現線(xiàn)路路徑的優(yōu)化設計，為設計者、評審者和建設者提供三維可視化的現場(chǎng)再現，協(xié)助相關(guān)人員確定技術(shù)原則和方案。
2) 可視化空氣間隙校驗
線(xiàn)路電氣設計通過(guò)三維可視化設計，實(shí)現了空氣間隙的自動(dòng)校驗。數字化設計技術(shù)可以準確模擬出實(shí)際情況，結合參數化模型
信息，可以快速完成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的安全距離校驗。
3) 可視化的統計功能
采用數字化設計，依托于強大的數據庫支撐，實(shí)現自動(dòng)生成材料總表等設計文件，大大節省了設計工作量，統計成果準確、美觀(guān)。
(4) 專(zhuān)業(yè)設計協(xié)同化
輸電線(xiàn)路設計工作涉及勘測、系統、變電、電氣、結構、技經(jīng)等專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)相互交叉，共同完成設計工作。引入數字化設計技術(shù)，結合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、業(yè)務(wù)流程，通過(guò)數據同步、碰撞處理、版本管理、網(wǎng)絡(luò )信息發(fā)布等技術(shù)，將各專(zhuān)業(yè)納入統一的數據模型、統一的平臺管理，各專(zhuān)業(yè)能夠并行完成各自設計工作，及時(shí)將專(zhuān)業(yè)成果和信息向外發(fā)布和傳遞，實(shí)現異地設計、工程管理及互提資料在內的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設計。
(5) 設計成果數字化
輸電線(xiàn)路數字化設計終產(chǎn)生的成果，將以數字化的形式通過(guò)數據庫技術(shù)進(jìn)行存儲、組織管理，形成數字化設計成果，包括工程數據、地理信息數據、文件資料以及三維模型4 種類(lèi)型數據。各種數據通過(guò)統一的模型描述，具備可查詢(xún)、可追溯的特點(diǎn)，在輸變電工程全壽命周期內流轉，滿(mǎn)足電網(wǎng)企業(yè)對數據使用的需求。
03輸電線(xiàn)路數字化設計功能
數字化設計技術(shù)改變了設計的工作模式，解決多專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作的碰撞與沖突問(wèn)題，全面實(shí)現設計信息的共享，是設計企業(yè)發(fā)展與進(jìn)步的必然選擇。輸電線(xiàn)路數字化設計功能包括以下幾方面。
( 1 )輸電線(xiàn)路路徑比選方面
數字化選線(xiàn)重點(diǎn)應用高分辨率衛星影像，結合規劃區、保護區、煤礦采空區等專(zhuān)題數據，對線(xiàn)路路徑進(jìn)行大范圍選擇、方案優(yōu)化等工作，具體提供路徑選擇(包括人工選線(xiàn)、自動(dòng)選線(xiàn))、方案比對、宏觀(guān)技術(shù)技經(jīng)指標統計等功能。終成果包括數字化模型、路徑方案圖、方案技術(shù)經(jīng)濟比較表等，滿(mǎn)足可研選線(xiàn)階段設計應用。
(2) 電氣設計方面
數字化電氣設計重點(diǎn)在于應用標準數據庫，結合空間分析技術(shù)、動(dòng)態(tài)規劃算法等相關(guān)技術(shù)，在選線(xiàn)成果基礎上進(jìn)行桿塔選型、排位等工作，具體提供桿塔排位(包括人工排位、優(yōu)化排位>、桿塔選型(包括人工選型、自動(dòng)選型)、電氣計算、空間距離校驗及材料設備統計等功能。終成果包括數字化模型、排位后的平斷面圖、路徑圖、電氣特性圖、計算書(shū)、桿塔明細表、材料設備統計清冊等，滿(mǎn)足初步設計及施工圖設計階段的業(yè)務(wù)應用。
(3) 結構設計方面
數字化結構設計重點(diǎn)在于應用數據庫中電氣、測量、水文、地質(zhì)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的提資數據，結合力學(xué)計算、強度計算、穩定計算、連接計算等相關(guān)技術(shù)，開(kāi)展桿塔結構設計、基礎結構設計工作，具體提供桿塔受力分析、桿材優(yōu)化、有限元分析、大開(kāi)挖基礎設計、原狀土基礎設計、鐵塔高低腿配置、基礎配置等功能。終成果包括數字化模型、桿塔結構施工圖、基礎結構施工圖、設計參數等。
(4) 協(xié)同設計方面
協(xié)同設計重點(diǎn)解決輸電線(xiàn)路設計工作中所涉及的勘測、電氣、結構、技經(jīng)等各相關(guān)專(zhuān)業(yè)間的相互提資、工作沖突、成果共享等問(wèn)題，具體提供工程管理、流程管理、成果發(fā)布、集成出圖、設計成果管理等功能。
04輸電線(xiàn)路數字化設計的流程
四、輸電線(xiàn)路數字化設計的流程
輸電線(xiàn)路數字化設計流程包括地理信息數據準備、路徑規劃、線(xiàn)路設計、數字化成果四部分(見(jiàn)下圖) 。在進(jìn)行輸電線(xiàn)路數字化設計時(shí)，首先需要針對項目數字化設計開(kāi)展基礎性、規劃性工作，確定數字化設計技術(shù)原則和技術(shù)方案，選定數字化編碼系統，確定數字化設計中的各種規則、模板。在技術(shù)原則和技術(shù)方案框架內，各專(zhuān)業(yè)根據項目?jì)热菁跋嚓P(guān)設計規程規范要求進(jìn)行數字化設計、校核及成品成圖。
輸電線(xiàn)路數字化設計框架圖
( 1 )地理信息數據準備
地理信息數據是輸電線(xiàn)路數字化設計的基礎，包括數字正射影像、數字高程模型、基礎矢量數據和電網(wǎng)專(zhuān)題數據。
數字正射影像是對航空(或航天>相片進(jìn)行數字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數字影像集。
數字正射影像
數字高程模型是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型，常與數字正射影像配合構建地理信息三維場(chǎng)景(如下左圖)
數字高程模型
基礎矢量數據是指按地理信息要素分類(lèi)的數據，包括水系、居民區、交通和行政區、地貌植被與土質(zhì)、注記等基礎數據(見(jiàn)上右圖 ) 。
電網(wǎng)專(zhuān)題數據包括污穢區、氣象區、覆冰區、雷害區、規劃區、自然保護區、風(fēng)景區、舞動(dòng)區、煤礦采空區、林區、建筑群、鐵路、公路、河流、線(xiàn)路、管線(xiàn)等重點(diǎn)區域、交叉跨越及標注數據(見(jiàn)下圖) 。
不同設計階段需要準備的地理信息數據類(lèi)型基本相同，但對數據的精度要求不同，具體開(kāi)展工作時(shí)，需要根據設計階段應用要求進(jìn)行準備。
(2) 路徑規劃
基于多元地理信息系統可以進(jìn)行線(xiàn)路路徑選擇，通過(guò)對現有地理信息數據、電網(wǎng)建設區域內的電網(wǎng)專(zhuān)題數據的集成，使輸電線(xiàn)路設計相關(guān)的專(zhuān)業(yè)數據資料信息化、數字化，從而提高路徑選擇的質(zhì)量和效率。
(3) 線(xiàn)路設計
利用建立的多維信息模型，開(kāi)展線(xiàn)路數字化設計。所有設計信息加載于多維信息模型中。
輸電線(xiàn)路的多維信息模型庫包含桿塔庫、絕緣子串庫、導地線(xiàn)庫、基礎庫等。桿塔、基礎、絕緣子串模型建立的過(guò)程其實(shí)就是相關(guān)專(zhuān)業(yè)設計的過(guò)程。依靠計算機技術(shù)，實(shí)現由設計成果參數自動(dòng)形成設備的三維模型文件。
(4) 數字化成果
輸電線(xiàn)路工程數字化設計技術(shù)基于全壽命周期管理理念，以編碼標準體系貫穿始終，以設計為信息源頭，通過(guò)各種數字化技術(shù)的應用，使工程數字化信息在各工程參與方之間傳遞，在工程可行性研究、初步設計、招投標、建設、運行和退役等各個(gè)階段實(shí)現全過(guò)程管理。
