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摘要：输电线路工程正在大力推进三维数字化和智能电网的建设，实现对设备设施全寿命周期的管理。数字化技术以及基于模型定义（MBD，ModelBasedDefinition）技术促使现有的设计和工艺由二维向三维、由纸质向数字化、由离散向集成、结构化转变，这对设计、工艺等数据质量提出了更高的要求。通过对企业业务和三维数字化产品与工艺设计数据的研究，综合数字化系统和标准化建设，提出了数据质量的综合控制体系。规范了产品与工艺设计数据集及其检查要求，建立了数据的软件检测系统，运用结构化技术实现了数据规范性在设计和工艺软件中的自动保障。基于此，本文首先分析了输电三维数字化模型，接下来详细阐述了三维场景构建，最后对输电线路模型构建做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：三维设计；输变电；工程；应用
引言
近年来，建筑信息模型化技术在建筑、水力、化工、石油等行业进入应用阶段，但在输电线路行业尚处于探索阶段。即使将BIM技术应用于实际工程，也仅作为辅助施工和加工的一种手段。为建设智能电网，输电线路行业正大力推进三维数字化设计，力求建立全线路完整的三维数字化模型，满足工程全寿命周期管理的需要。输电线路模型主要包括、基础、金具、绝缘子串、导地线等设备设施等，其三维数字化模型中包含了丰富的数据信息，既可表达外形等几何信息，又包含设备的属性信息以及与关联设备间的逻辑关联信息。基础、金具、绝缘子串和导地线因其部件少，形状特征可归纳提取，早已实现参数化建模。而输电铁塔因其具有塔型多样、结构布置形式种类多、零件数量巨大，多接身多接腿组合、挂点和塔脚局部构造复杂等特点，已成为输电线路三维数字化模型的关键。
1输电三维数字化模型
1.1单线简化模型
采用单线方式准确构建形成的杆塔模型，模型主体结构由杆件及杆件节点组成，同时包括杆件参数等设计信息。单线模型可以被赋予呼高、挂点位置、尺寸信息，满足电气设计和结构计算要求。
1.2实体模型
实体模型是指根据杆件截面信息，将单线模型中每根单线赋予型材截面属性转换为各个单元的实体，然后根据图纸确定螺栓、芯线、火曲等装配关系，构成具有截面特征的三维模型。它与单线模型相比，信息量更大，视觉上更接近真实铁塔，模型各部件空间位置、结构特征均符合实际情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实体模型的精度可分为2个层次：1）产品模型：包含构件、节点板和螺栓信息，忽略小的垫板等零件，能直观查看采用的构件型式和基本构造，并可进行构件碰撞校验，节点板的计算。但主要服务于展示和节点校验，模型精度不能达到加工要求。2）制造模型：包含所有零件高精度的加工放样信息，不仅可用于展示，也可方便查看详细的尺寸参数和材料表，可直接用于加工。精细化实体模型可直接应用于加工，通过多维模型技术对所有零部件的全寿命周期进行统一管理。由以上分析可以得出，不同模型包含的数据内容和类型都是不同的，这也体现出在不同设计阶段需要表达的信息是不同的。因此可以认为输电三维数字化模型是反映几何特征、属性、加工图纸以及模型全生命周期中各时间段的信息，能进行三维可视化编辑，以数字化形式管理，可在不同时域和空间进行分析的数据文件。单线简化模型因无法反映的真实形态，尚不能满足三维数字化模型的要求，因此在本文主要探讨实体模型建模。
2三维场景构建
实景建模技术处理流程丰富,实景模型的生成一般为软件全自动化方式生成。获得航拍影像后,经过匀光匀色等步骤,然后通过专业的自动建模软件生产三维模型。一般建模过程需要经过多视角影像的几何校正、联合平差等处理流程。通过Bentley软件ContextCaptureCenter进行空三运算后可生成基于影像的超高密度点云,并以此生成基于影像纹理的高分辨率实景模型。软件建模过程主要分为空三计算和模型构建两个过程。在空三计算过程中,软件对影像进行大量特征点的计算提取,对获取的特征点再采用多视角匹配同名点,然后反向计算出每张图片的空间位置和拍摄的姿态角度,从而确定图片间的关系。在空三计算完成后,可以在软件中查看到整个航带的飞行情况、解算出空三点的位置密度、每张图片的相对位置还有图片所覆盖的范围方位角等信息。在模型构建过程中软件通过空三计算的结果进行三维场景的重建。在这个过程中软件计算得到模型的稠密点云,通过简化构建不规则三角网TIN,且其不同的简化比例可以使模型自带多级LOD,以满足海量数据模型的高调度能力和渲染性能。然后,根据TIN生成白模的三维模型,再通过三维模型形状位置从航片里面选取最合适的进行纹理的贴合,最后输出纹理逼真的实景模型。
3输变电工程中铁塔建模方法分析
维数字化建模实际是通过计算机技术将设计数据以数字形式进行表达的过程。对铁塔实体模型建模，需要考虑如何建立角钢和钢板构件、螺栓、垫板等零件组成的模型。目前国内已经取得了部分研究成果，如：周静瑜采用Inventor建立铁塔实体模型，进行吊装施工分析。以ObjectARX作为Auto-CAD二次开发工具，研究了基于AutoCAD的输电铁塔零件三维模型管理系统。采用3DMAX和AutoCAD，建立了输电铁塔的三维模型，并在虚拟场景中进行了展示。以我国首个特高压交流试验示范工程输电线路三维可视化研究为目标，根据输电杆塔等实际数据和图片资料，研究了基于GoogleSketchUp软件平台进行输电杆塔、绝缘子及金具三维建模的具体实现过程。通过对国内外研究成果和工程实践的分析，总结目前建模方法主要有2种：1）由零件到整体组装：设计计算文件—铁塔结构图—构件及零件参数化建模—构件及零件整体组装—模型入库及调用。2）由整体到零件组装：设计计算文件—铁塔结构图—铁塔整体模型搭建—构件及零件放样—模型入库及调用。
3.1由零件到整体组装的方式
这种方式先根据结构图生成角钢、节点板和螺栓等构件参数化模型，构件的长度、截面特性等都可根据图纸进行调整和修改。然后根据结构图的布置规则对所有构件进行组装。其优点在于可对所有构件和零件进行参数化建模，通过数据库进行管理，信息交互通畅，材料统计方便。但缺点是铁塔组装工作量较大，建模过程与加工脱节，目前还没有解决模型或零件与加工数据的对接问题。
3.2由整体到零件组装的方式
这种方式是目前国内铁塔加工的建模方法，即通过设计单位提供的铁塔结构图首先生成铁塔几何模型，然后在几何模型中对构件进行逐一录入，使单线具备构件属性，并进行节点板绘制和螺栓配置，利用计算机图形技术将构件的几何信息用三维图元表达出来，形成完整的三维模型。程序可从三维模型中提取二维平面信息，形成不同剖面的结构图与设计蓝图核对，打印图纸和样板，交付专人审核，提交生产加工。
结语
总之，不同于传统输电线路设计手段的降维简化的设计方法利用三维设计软件的功能进行距离校验等设计校核工作生成的模型较为方便编辑,节约设计、校核时间,降低了劳动强度,可以为输电线路工程提供应用参考。
参考文献:
［1］孙凤杰，刘慧娟，陈鹤.输电线路虚拟三维场景建模方法研究与实现［J］.中国电力，2015，48（9）：86-89.
［2］高剑，曹洁华，贺明玄.TeklaStructures的二次开发在工程中的应用［J］.施工技术，2008，37（5）：166-167.
论文作者:郝权军1,陈娅2
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/30
标签：模型论文; 建模论文; 铁塔论文; 构件论文; 零件论文; 单线论文; 信息论文; 《当代电力文化》2019年第12期论文;