張芳寧

摘 要：該文研究建立一個三維可視化施工管理系統(tǒng)，提供電網工程施工現(xiàn)場的三維實景模擬，是全數(shù)字航空攝影測量技術在電力行業(yè)的深化應用?；舅悸肥抢们捌诳裳须A段的小比例尺衛(wèi)片、初設階段的航片及航空攝影測量成果數(shù)據(jù)構建一個三維可視化場景，并落入樁位坐標、交叉跨越等信息及桿塔模型，使管理者能夠在三維現(xiàn)場環(huán)境中進行多維度分析，充分發(fā)揮人的判讀能力和主觀能動性，達到實時了解現(xiàn)場施工進度、遠程輔助施工監(jiān)理和促進安全生產的目標。該系統(tǒng)的主要作用在于建立一個包括施工過程管理、施工進度上報、電子化移交的綜合三維施工管理平臺，即“數(shù)字沙盤”。

關鍵詞：三維可視化 全數(shù)字航空攝影測量 施工管理 電子化移交

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0081-02

1 構建背景

（1）建設統(tǒng)一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求。

在信息社會中，社會生產過程和產品將實現(xiàn)數(shù)字化、集成化、智能化、參與式和交互式。計算機與信息技術已成為推動社會發(fā)展的主流技術。在建設統(tǒng)一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求下，利用信息化、可視化的手段，加強基建全過程控制和精益化管理是一個重要的發(fā)展方向。

（2）全數(shù)字航空攝影測量技術在電網工程施工管理階段仍然存在很大探索空間。

全數(shù)字航空攝影測量技術目前在電網工程的前期勘測設計工作和后續(xù)的運行維護管理工作中已經得到了廣泛全面的應用，基本實現(xiàn)了數(shù)字化，并取得了良好的經濟、社會和環(huán)保效益。如：電網工程在可研階段進行路徑方案的大范圍比選、初設階段進行路徑方案的優(yōu)化選線、施工圖階段提供的路徑圖及平斷面圖等。然而，在施工管理階段，工程項目信息管理的可視化、集成化和數(shù)字化尚未得到很好的推廣應用。

因此，在基建信息化建設的要求下，將三維可視化的技術引入電網工程施工領域則可以達到可視化管理和直觀化認知的效果。而如何在已有的航空攝影測量成果的基礎上，進一步挖掘和開發(fā)，拓展常規(guī)應用階段，深化利用前期成果構建一個數(shù)字化的施工管理系統(tǒng)是一個全新的研究方向。

2 預期目標和作用

（1）實景模擬施工現(xiàn)場的地形、地貌和地物；（2）輔助表現(xiàn)施工地區(qū)道路交通條件；（3）立體展現(xiàn)交叉跨越情況；（4）動態(tài)更新施工進度；（5）實現(xiàn)“數(shù)字化檔案”的電子化移交。

3 系統(tǒng)構建流程

3.1 目前電網工程建設施工過程中存在的問題

在傳統(tǒng)的電網工程建設項目實施過程中，大量工程實踐證明，這種業(yè)主、咨詢、設計、施工、監(jiān)理、供貨商等多家參建單位多層縱向組織方式存在很多弊端。如：管理層次多、監(jiān)督協(xié)調困難、管理效率低下、管理成本過高、信息傳遞失真、職能相互割裂等。另外，傳統(tǒng)的信息傳遞和保存方式主要以紙張為主，由于在眾多項目參與方之間要進行龐大的信息交換，因此會產生大量的文件、圖紙，而紙介質的信息查找和保存非常困難。由于電網工程建設周期長、涉及面廣，必然加大了信息需求方采集分析信息的難度。

3.2 系統(tǒng)建設必要性

文章研究的三維可視化施工管理系統(tǒng)通過對電網工程各參建方的信息實施標準化和集成化管理，可以跟蹤工程施工進度，綜合管理各單位的信息數(shù)據(jù)，提供圖紙、供貨、施工進度管理，以精益化的單基塔管理為基礎，充分落實從塔圖生產、基礎、組塔、架線等各施工階段的信息匯總，實現(xiàn)了電網建設項目信息的電子化、數(shù)字化和可視化，使得信息能夠以更加直觀、快捷的方式在各參建方之間進行高效溝通和共享，查找、保存、交流和采集分析。

3.3 系統(tǒng)設計思路和原則

在電網工程施工管理中建立三維可視化施工管理系統(tǒng)，其應用目標是伴隨施工進程，漸進地、持續(xù)地為工程建設施工服務，促進工程建設施工管理水平和效率的提升，實現(xiàn)管理創(chuàng)新和技術創(chuàng)新。主體思路是充分利用工程前期勘測設計階段的攝影測量成果數(shù)據(jù)和設計資料，構建一個直觀可視化的三維場景，以全數(shù)字化的過程資料管理和生產流程管理功能逐漸形成完整的信息資料，實現(xiàn)“數(shù)字化檔案”的電子化移交。作為電網工程施工階段的施工管理平臺，總體原則是在全局性和整體性的思路指導下，兼顧技術先進性、成熟性，行業(yè)標準性、開放性，系統(tǒng)實用性、可擴展性、經濟性、實效性。

3.4 系統(tǒng)構建主體步驟

3.4.1 主體架構設計

三維可視化施工管理系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。自下而上，圖中數(shù)據(jù)支持層中的數(shù)據(jù)包括了整個施工建設管理中需要的大部分數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星影像圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型、桿塔設備模型、桿塔樁位表、掛線位置表等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，還有設計資料數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等資料數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)服務層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務組件。功能邏輯層實現(xiàn)系統(tǒng)各種功能的需求。表面層可為客戶展示電網工程的三維場景模擬，顯示各種標準化的數(shù)據(jù)。

3.4.2 三維施工場景可視化平臺搭建

首先，完成三維可視化數(shù)字沙盤搭建。利用Adobe Photoshop、Global Mapper等軟件將前期勘測設計階段的航空攝影測量成果數(shù)據(jù)如衛(wèi)星影像、正射影像圖等經過格式轉換、配準、切片等數(shù)據(jù)處理生成不同層級的金字塔影像，并將攝影測量成果數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）經過配準、分層等預處理處理，一并以存放項目路徑的形式分別存儲于Oracle數(shù)據(jù)庫中。

其次，三維模型制作與入庫。根據(jù)前期設計單位的設計圖，如桿塔司令圖、絕緣子串圖等列出設備清單和模型列表，然后利用3D Studio Max軟件制作所有涉及到的桿塔和設備的獨立的三維模型，并將這些模型按照施工現(xiàn)場實際的情況組裝起來。使用模型數(shù)據(jù)處理工具將桿塔模型等模型導入Oracle數(shù)據(jù)庫中。

最后，整理桿塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越信息并入庫。根據(jù)收集的勘測設計資料，如線路終勘定位后樁位成果表、鐵塔及基礎明細表等整理出桿塔樁位表、掛線位置表及各種交叉跨越等矢量信息，存入Oracle數(shù)據(jù)庫中。

三維可視化施工管理系統(tǒng)通過以上3個方面的數(shù)據(jù)處理，通過邏輯顯示數(shù)據(jù)庫中的影像、模型等，基本完成了三維場景的實景模擬和整個線路通道情況、鐵塔及架線信息的直觀展示，較好地實現(xiàn)了三維可視化的目標，從而使用戶能夠真實、直觀、全面地了解施工現(xiàn)場的動態(tài)信息，為工程決策服務。

3.4.3 檔案資料數(shù)據(jù)錄入

將前期收集的各種設計資料、圖紙、圖表等資料數(shù)據(jù)進行標準化處理并建立資料數(shù)據(jù)庫分專業(yè)類別存放，如：電氣、結構、勘測。在Oracle數(shù)據(jù)庫中以存放項目路徑的形式訪問檔案資料，系統(tǒng)在啟動時自動調用資料數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，授權用戶可以在三維模擬界面中查閱相關電子化檔案資料，例如點擊一基桿塔，可以查詢這基桿塔所有的電氣、結構、勘測方面的收集存儲的電子化檔案。

3.4.4 數(shù)據(jù)更新機制

電網工程施工建設具有長期性和持續(xù)更新的特點，這就要求建立的系統(tǒng)具有實時更新數(shù)據(jù)的機制，為施工過程數(shù)據(jù)提供錄入、查詢與展示的平臺。相關設計人員通過外網登入施工進度上報系統(tǒng)，以標準化的統(tǒng)一格式，迅速快捷地提交施工進度計劃和當前施工進度，系統(tǒng)依據(jù)這些數(shù)據(jù)實時地用三維模型模擬符合當前進度的施工場景，直觀展示工程宏觀進度。為保證數(shù)據(jù)安全，建立了數(shù)據(jù)安全機制，對相關用戶登陸界面采取驗證用戶名密碼、加密狗驗證等方式來確保系統(tǒng)安全性。

4 應用實例

寧德核電廠～寧德500 kV I、II回架空交流輸電線路是建設海西堅強電網的重大工程之一，該線路工程采用單、雙回路混合架設，全長I回約93.8 km、II回全長約94.4 km，由于該工程線路沿線地形起伏較大，跨越民房、道路等地物眾多，施工難度較大。在該工程施工階段創(chuàng)新使用了該三維可視化施工管理系統(tǒng)，將前期設計人員、現(xiàn)場施工人員、項目監(jiān)理人員、物資管理部門和基建管理人員有效地聯(lián)系在一起，為該工程的施工管理工作提供了很大的快捷和便利。如：有效輔助施工單位開展室內線路調查、技術方案制定、進度分析等工作，節(jié)省了大量的時間成本和物力成本，提高了工程建設管理水平和效率。此外，在實體工程建設完成時，同步完成了數(shù)字化線路的建設，輔助工程檔案管理水平的提高，基本實現(xiàn)了全過程數(shù)據(jù)的電子化移交。

5 結語

根據(jù)建設統(tǒng)一堅強智能電網，以基建信息化建設為核心的形勢要求，應用該三維可視化施工管理系統(tǒng)可以更加全面深層地加強質量、技術、安全、經濟等方面的管控，創(chuàng)新常規(guī)作業(yè)流程和管理方式，輔助提升基建標準化和信息化水平，對提高電網工程的科技水平和管理水平意義重大。但該系統(tǒng)的研究處于剛剛起步的階段，必然也存在一些不足之處，如數(shù)據(jù)格式的標準化不夠全面等，還需要對各方面進行長期深入研究，進一步改進和優(yōu)化。

參考文獻

[1] 李曉駿，邱家駒.基于三維GIS技術的輸電線路地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2003，15（1）：5-9.

[2] 牛兵，陳誼.二維GIS與三維視景仿真技術的結合及其在視景仿真中的應用[J].北京工商大學學報，2005，23（2）：56-59.