李乾飛

璞信電力工程設(shè)計有限公司 武漢 430040

1 研究背景

架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分,是實現(xiàn)電力輸送的基礎(chǔ)設(shè)施,是提高供電穩(wěn)定性與安全性的關(guān)鍵,直接影響變電站的安全可靠運行及國民經(jīng)濟的發(fā)展[1]。以110 kV架空輸電線路為例,一般單條線路路徑長度在10 km～20 km之間,或多或少會與公路、鐵路、河流,以及其它電壓等級的架空輸電線路平行或交叉,因此,在設(shè)計階段對路徑選擇、交叉跨越等有很高的要求。對此,筆者研究三維設(shè)計在架空輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用。

筆者在設(shè)計時應(yīng)用道亨三維設(shè)計平臺,這一平臺主要包括數(shù)字化選線系統(tǒng)、架空輸電線路三維設(shè)計系統(tǒng)、金具三維組裝系統(tǒng)和交叉跨越三維設(shè)計系統(tǒng)等。

2 前期勘測

無人機航拍后,可提供數(shù)字高程模型、文檔對象模型等數(shù)據(jù),同期進行坐標(biāo)系選用及控制點合理設(shè)置等工作,并進行數(shù)據(jù)加密,利用這些數(shù)據(jù)在三維設(shè)計平臺上進行路徑初選及優(yōu)化處理[2-4]。

在項目立項后,錄入電力線、通信線、管線、獨立地表附著物及附屬設(shè)施等的屬性和數(shù)量,并將形成的數(shù)據(jù)文件加載至三維設(shè)計平臺。

基于正攝影像,疊加等高線、坐標(biāo)線,以及其它相關(guān)交叉跨越信息數(shù)據(jù),形成全數(shù)字三維影像地形圖。正攝影像可以通過無人機方式拍攝,高程精度為10～20 cm,相比激光雷達點云數(shù)據(jù)和傾斜攝影,價格便宜,但數(shù)據(jù)量相對較少。一般獲取輸電線路三維地理信息時,均采用正攝影像技術(shù),這樣基本能夠滿足輸電線路三維可行性研究階段和初步設(shè)計階段的要求。在施工圖階段,還需要進行房屋、通信線、電力線、公路、鐵路等路徑障礙物的現(xiàn)場測量,然后再進行建模。

3 設(shè)計

3.1 數(shù)字化選線

在三維場景中,依托電網(wǎng)各種數(shù)據(jù)及相關(guān)交叉跨越信息,借助數(shù)字高程模型和文檔對象模型數(shù)據(jù)來模擬真實的地形地貌情況,通過測量完成三維數(shù)據(jù)建模后,在數(shù)字三維影像地形圖中進行路徑選線作業(yè)。這樣做,相比傳統(tǒng)方式選線有較大優(yōu)勢,沿線地形地貌、地表附著物等信息一目了然,尤其是現(xiàn)場的重要交叉跨越位置,如高速鐵路、高速公路、重要輸電通道等,為設(shè)計人員提供了必要的數(shù)據(jù)支撐,進而得到最優(yōu)的選線路徑[5-6]。

3.2 桿塔定位

桿塔定位是架空輸電線路設(shè)計中的關(guān)鍵部分,直接影響后期施工階段時的占地協(xié)調(diào)、樹木砍伐及相關(guān)交叉跨越的安全距離。傳統(tǒng)設(shè)計時,桿塔定位圖包括斷面圖和平面圖兩部分,雖然可以在斷面圖中看到相關(guān)數(shù)據(jù)信息,但是不夠直觀。桿塔定位斷面圖如圖1所示,平面圖如圖2所示。

圖1 桿塔定位斷面圖

圖2 桿塔定位平面圖

相比傳統(tǒng)桿塔定位斷面圖和平面圖,在三維設(shè)計平臺中,結(jié)合三維地形地貌數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)三維立塔、移動塔、刪除塔、替換塔、升降塔等操作,并可以在調(diào)整桿塔的過程中實時進行安全距離校驗,依據(jù)三維影像進行輸電線路路徑選擇及優(yōu)化。在三維軟件中,可以實時顯示桿塔定位設(shè)計圖,如圖3所示。

基于桿塔定位校驗的結(jié)果,三維設(shè)計平臺可以自動完成金具串匹配,并快速進行相關(guān)材料量的統(tǒng)計工作,節(jié)約人力,縮短設(shè)計時間。應(yīng)用三維設(shè)計,不僅可以直觀地顯示相關(guān)地表信息,而且能夠使設(shè)計人員、評審人員及后期施工人員清晰了解每一基桿塔的周邊地形地貌,并模擬輸電線路竣工后的場景,為桿塔定位提供了決策性的數(shù)據(jù)支持。

圖3 桿塔定位設(shè)計圖

3.3 金具組裝及校驗

在金具三維組裝系統(tǒng)中,可以實現(xiàn)金具的模塊化組裝、三維可視化組裝,為后期施工圖階段金具出圖奠定基礎(chǔ)。根據(jù)組裝圖冊或部件連接關(guān)系,完成輸電線路金具串的組裝設(shè)計工作,輸出組裝圖、材料表、三維實體串模型等文件。系統(tǒng)會校核各部件的連接配合情況,尤其是金具第一連接掛點與鐵塔預(yù)留掛線孔的匹配,避免實際施工安裝過程中出現(xiàn)問題。金具校驗如圖4所示。

圖4 金具校驗

3.4 距離測量

通過現(xiàn)場調(diào)繪及終勘桿塔定位后,輸電線路走廊范圍內(nèi)的房屋、樹木、河流、公路,以及其它電力通信線路等信息可作為矢量立方體轉(zhuǎn)換至三維設(shè)計平臺,便于進行三維空間的水平距離、豎直距離、斜距和方位角等的測量,以及對居民住宅、電力線路和其它特殊交叉跨越物安全距離的計算分析,滿足國家電網(wǎng)十八項反事故措施及相關(guān)手冊規(guī)范等的要求[7-8]。

3.5 通道清理

利用航拍數(shù)據(jù)進行房屋、林木實景建模,繪制空間控制面,實現(xiàn)對房屋拆遷、林木砍伐的精確設(shè)計。多角度觀察三維走廊環(huán)境,準(zhǔn)確獲取房屋、公路、鐵路、河流等的位置與高程信息,為實現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計創(chuàng)造條件[9]?；谌S場景,可以在地表基礎(chǔ)上繪制樹木自然生長高度面,與砍伐控制面交匯并投影,從而形成精確的樹木砍伐范圍。這樣做避免了傳統(tǒng)二維平臺下無法計算丘陵、山區(qū)樹木砍伐信息的缺點。通道清理如圖5所示。

圖5 通道清理

4 施工

對施工過程進行三維仿真,通過模擬現(xiàn)場地形地貌,可以便捷規(guī)劃沿線進場的臨時道路,合理利用現(xiàn)有資源,減少對環(huán)境的破壞。同時可以提前發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的難點,以便在實際施工中采取有效措施克服技術(shù)難點,從而實現(xiàn)對項目的可控性,降低輸電線路的施工成本,優(yōu)化施工方案。這樣做,還可以推進輸電線路工程施工管理模式轉(zhuǎn)變,真正實現(xiàn)輸電線路施工的精細(xì)化管理,提高施工效率和效益[10]。

5 結(jié)束語

筆者對三維設(shè)計在架空輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用進行了研究。在三維設(shè)計應(yīng)用時,采用全流程設(shè)計和多窗口聯(lián)動的桿塔定位技術(shù),有效減少人力、物力的投入,減小設(shè)計返工量。應(yīng)用三維設(shè)計,實現(xiàn)了各種施工圖設(shè)計模塊的有機集成,通過三維精細(xì)化設(shè)計和校驗,有效提高了工程設(shè)計的準(zhǔn)確性。在三維場景中,可以快捷進行交叉跨越分析等工作,進而減小工程建設(shè)對環(huán)境的影響,達到預(yù)期的社會及經(jīng)濟效益。