董鉥濤 穆瑞芳 張建廣 孫孟昊 王向上 李春林

（北京洛斯達科技發(fā)展有限公司，北京 100120）

當前輸變電工程三維設(shè)計成果質(zhì)量把關(guān)主要采用二維設(shè)計審查為主，工作依托的審圖系統(tǒng)主要功能為文件管理和工作流的管理。為推進輸變電工程設(shè)計工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，著力推進電網(wǎng)全方位、全過程的數(shù)字化建設(shè)，構(gòu)建覆蓋規(guī)劃、建設(shè)、運維等領(lǐng)域的數(shù)字電網(wǎng)平臺，迫切需要進行工程三維輔助評審工具的研究和開發(fā)。而現(xiàn)階段的三維審圖系統(tǒng)仍屬于摸索階段。電網(wǎng)企業(yè)發(fā)布的指導(dǎo)文件作為參考，著力進行三維設(shè)計深化應(yīng)用的研究，但距離三維可視化評審模式的確定還存在一定差距[1]。

本文采用理論與實踐相結(jié)合的研究方式，從輸變電工程三維評審實際需求出發(fā)，基于GⅠM自動化審圖方法及應(yīng)用研究，以全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的電網(wǎng)地理信息、設(shè)備狀態(tài)、竣工圖等大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分步開展審圖支撐信息庫研究，三維設(shè)計模型智能輔助審圖研究。提出了數(shù)字電網(wǎng)工程三維可視化及輔助評審應(yīng)用研究的建設(shè)內(nèi)容、總體設(shè)計和技術(shù)手段以及系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用情況，為開展數(shù)字電網(wǎng)工程輔助評審的建設(shè)提供指導(dǎo)。

1 建設(shè)內(nèi)容

1.1 GⅠM成果數(shù)據(jù)管理

工程文件中包含各設(shè)計階段的工程地理信息數(shù)據(jù)、三維設(shè)計模型和文檔資料，如圖1 所示。

圖1 GⅠM 成果數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)導(dǎo)入前，根據(jù)GⅠM格式注意事項和關(guān)鍵點，對GⅠM數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校對，以保證數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)范性；通過讀取、解析各個設(shè)計階段成果數(shù)據(jù)、工程各類成果資料及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)模型，導(dǎo)入并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行可視化管理。

通過將工程相關(guān)成果數(shù)據(jù)存儲于輕量級數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)工程各類三維模型、參數(shù)信息、圖紙、設(shè)計文件、關(guān)聯(lián)檔案的管理與維護。將工程相關(guān)成果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)支持的格式，依次按照專業(yè)、卷冊、圖紙展示文件目錄結(jié)構(gòu)整理檔案文件，提供以樹形結(jié)構(gòu)的方式顯示三維模型中的工程卷冊文件結(jié)構(gòu)圖的方式，最終實現(xiàn)模型與圖紙資料關(guān)聯(lián)對應(yīng)，空間查詢管理檔案的目的。

1.2 工程成果可視化展示

采用工作平臺進行輸變電工程的可研階段選線工作，利用GⅠS 技術(shù)。

1.3 三維輔助評審設(shè)計

三維輔助評審模塊輔助開展針對工程三維可視化成果的評審工作，針對工程數(shù)據(jù)完整性、模型質(zhì)量、材料量統(tǒng)計、設(shè)計成果正確性等開展檢查和驗證并輸出相關(guān)結(jié)果文檔。

1.3.1 GⅠM文件標準化校驗

GⅠM文件標準化校驗功能實現(xiàn)對提交的工程成果數(shù)據(jù)進行文件完整性、標準化校驗監(jiān)測并出具校驗結(jié)果和校驗文檔，提供工程成果提交單位進行整改。功能模塊結(jié)合國家電網(wǎng)公司最新發(fā)布的《輸變電工程三維設(shè)計模型交互規(guī)范》進行工程GⅠM文件檢查，實現(xiàn)工程文件導(dǎo)入、完整性檢查、校驗結(jié)果導(dǎo)出功能。實現(xiàn)將提交的工程GⅠM文件打包導(dǎo)入并進行校驗，針對校驗結(jié)果，提示檢驗合格、致命錯誤、嚴重錯誤、一般錯誤，針對校驗問題給出提示并輸出校驗結(jié)果供成果提交方進行整改。

1.3.2 三維模型校驗

數(shù)學(xué)競賽中的問題專業(yè)、抽象并且難度較大，所以就促使其具有一定的趣味以及教育性。在準備使用圖論時，首先要先掌握圖論的使用原理、方法以及使用過程中存在的問題以及問題的解決方法。在競賽中使用圖論能增強學(xué)生對書本上知識的理解，從而簡單方便的解決社會活動中存在的各種問題，不僅培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，還培養(yǎng)他們通過分析問題，擴散思路，從而提高解決問題的能力。針對教師，用一些教育軟件以及教育案例融入到教學(xué)中，不僅可以提高教師的教學(xué)水平，還可以提高學(xué)生對知識的清晰度和掌握能力。參加一場數(shù)學(xué)競賽，通過事前的準備及學(xué)習(xí)，學(xué)生們可以學(xué)到很多書本上以及生活中常見的解決問題的方法。

三維模型校驗實現(xiàn)針對提交的工程三維模型進行校驗，結(jié)合《輸變電工程三維設(shè)計模型交互規(guī)范》中輸電部分三維設(shè)計模型文件存儲格式、屬性信息、幾何信息等進行檢測，對模型文件缺失、建模深度不足、文件格式錯誤等進行提示并輸出校驗結(jié)果文檔供模型提交方進行整改。功能模塊包括三維模型導(dǎo)入、模型檢測、校驗成果輸出功能。

1.3.3 設(shè)備及材料量統(tǒng)計

設(shè)備及材料量統(tǒng)計結(jié)合提交的三維設(shè)計成果開展設(shè)備及材料量統(tǒng)計，通過解析變電站（換流站）、桿塔、絕緣子串等模型關(guān)聯(lián)的材料、設(shè)備、附屬設(shè)施等文件，以及解析設(shè)計模型屬性表，對三維模型涉及的設(shè)備及材料量進行計算統(tǒng)計，并提供一鍵輸出功能針對統(tǒng)計成果進行結(jié)果文檔輸出。輔助開展工程設(shè)備、材料量統(tǒng)計評審。

1.3.4 工程三維校驗

工程三維校驗功能實現(xiàn)了對工程數(shù)據(jù)的各類計算校驗，結(jié)合工程三維設(shè)計成果，實現(xiàn)導(dǎo)線相間距離校驗、對地安全距離校驗、交叉跨越線間距離校驗、間隙校驗以及可視化查看等功能，并提供輸出功能支持校驗報告生成，對校驗不通過的位置進行重點標識與提示，輔助開展對三維設(shè)計成果的檢驗與評審。

2 總體設(shè)計

在軟件工程思想和GⅠM標準規(guī)范的指導(dǎo)下，以計算機技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、BⅠM 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)、三維顯示技術(shù)、海量數(shù)據(jù)調(diào)度技術(shù)等為基礎(chǔ)進行項目建設(shè)。整個系統(tǒng)的開發(fā)構(gòu)架于.Net Framework 基礎(chǔ)之上，采用Microsoft Visual Studio 作為集成開發(fā)環(huán)境進行實現(xiàn)，利用Microsoft Enterprise Library 訪問關(guān)系型數(shù)據(jù)，采用NSCGlobe實現(xiàn)三維輸電線路展示和采用Unity3D 引擎實現(xiàn)變電站（換流站）場景展示，利用MVP 框架控制人機交互邏輯，在此基礎(chǔ)上搭建數(shù)字電網(wǎng)工程輔助評審平臺，管理、評審用戶在客戶端實現(xiàn)對全省電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的批量顯示、無級縮放、檢索查詢和管理，從而實現(xiàn)三維設(shè)計成果數(shù)字化評審與應(yīng)用[4]，見圖2。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

3 技術(shù)手段

3.1 參數(shù)化圖元建模技術(shù)

圖3 參數(shù)化圖元快速建模

3.2 三維場景快速加載與渲染技術(shù)

電網(wǎng)工程三維評審中三維數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)種類繁多，包含參數(shù)化模型、ⅠFC 模型、航空影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等。其中ⅠFC 模型數(shù)據(jù)量高達2-4G，模型組裝后的整站模型數(shù)據(jù)粒度細并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此為了保證系統(tǒng)能夠快速高效加載大批量電網(wǎng)設(shè)備模型，系統(tǒng)采用四叉樹的模型渲染技術(shù)，為電網(wǎng)三維實體模型建立空間索引，提高模型渲染效率，同時采用先進的LOD 技術(shù)，在不影響視覺效果的情況下降低數(shù)據(jù)復(fù)雜程度和ⅠO 吞吐量，從而更好的提高多面體數(shù)據(jù)的訪問和渲染效率，最終實現(xiàn)整個工程的高效快速渲染。

3.3 多源海量數(shù)據(jù)存儲與管理技術(shù)

為了實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)信息的實時顯示和高速服務(wù)，需要對影像數(shù)據(jù)進行有效的存儲管理；并且對原始的數(shù)據(jù)生成影像金字塔，并根據(jù)不同的顯示要求調(diào)用不同分辨率的影像。影像金字塔結(jié)構(gòu)的不同層具有不同分辨率的特點，在對影像數(shù)據(jù)瀏覽時，需要根據(jù)當前顯示的分辨率抽取相應(yīng)金字塔層的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的快速瀏覽。同時為了提高檢索顯示區(qū)涉及的影像塊的速度，必須對影像塊創(chuàng)建高效索引。若分層數(shù)據(jù)以2 倍率抽，則采用線性四叉樹的結(jié)構(gòu)建立索引是一種合理的方案。線性四叉樹是基于四叉樹索引基礎(chǔ)上提出的，通過節(jié)點編碼建立節(jié)點間的關(guān)聯(lián)，從而擺脫了傳統(tǒng)四叉樹索引鏈式結(jié)構(gòu)帶來的冗余信息。

3.4 三維設(shè)計輔助電力評審技術(shù)

為了實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)信息的實時顯示和高速服務(wù)，需要對影像數(shù)據(jù)進行有效的存儲管理；并且對原始的數(shù)據(jù)生成影像金字塔，并根據(jù)不同的顯示要求調(diào)用不同分辨率的影像。影像金字塔結(jié)構(gòu)的不同層具有不同分辨率的特點，在對影像數(shù)據(jù)瀏覽時，需要根據(jù)當前顯示的分辨率抽取相應(yīng)金字塔層的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的快速瀏覽。同時為了提高檢索顯示區(qū)涉及的影像塊的速度，必須對影像塊創(chuàng)建高效索引。若分層數(shù)據(jù)以2 倍率抽，則采用線性四叉樹的結(jié)構(gòu)建立索引是一種合理的方案。線性四叉樹是基于四叉樹索引基礎(chǔ)上提出的，通過節(jié)點編碼建立節(jié)點間的關(guān)聯(lián)，從而擺脫了傳統(tǒng)四叉樹索引鏈式結(jié)構(gòu)帶來的冗余信息。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

本文主要開展了三維可視化及輔助評審應(yīng)用方法的研究及應(yīng)用，成果將基于GⅠM 的三維可視化及輔助評審，以提高三維審圖的質(zhì)量和效率為目標，強化能力提升，突出核心業(yè)務(wù)，進一步規(guī)范設(shè)計監(jiān)理業(yè)務(wù)，用信息化手段固化審圖流程，提供智能化審圖技術(shù)，為三維設(shè)計審查提供技術(shù)輔助手段。全面提升電力工程三維審圖的工作效率與質(zhì)量，拓展數(shù)字化設(shè)計成果應(yīng)用，為實現(xiàn)數(shù)字電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

經(jīng)濟效益方面，本課題的研究解決了目前現(xiàn)場沒有專業(yè)軟件可以查看三維設(shè)計成果的問題，通過使用統(tǒng)一的數(shù)字化移交數(shù)據(jù)，可有效解決各系統(tǒng)間信息孤島問題，并通過完備的移交機制，保證數(shù)據(jù)準確，避免因數(shù)據(jù)不一致、遺漏，為開展三維工程評審提供了必要條件。

社會效益方面，三維可視化及輔助評審系統(tǒng)的開發(fā)積極響應(yīng)國網(wǎng)關(guān)于號召開展“數(shù)字國網(wǎng)”建設(shè)的戰(zhàn)略，提高了公司的工程數(shù)據(jù)管理及優(yōu)秀工程經(jīng)驗推廣能力。同時還將為公司帶來良好的示范效應(yīng)，對于提升企業(yè)形象，擴大社會影響有著積極的意義。

結(jié)束語

本文提出的平臺建設(shè)的研究，是基于對輸電線路通道設(shè)計的經(jīng)驗積累以及多個類似規(guī)模信息化共享平臺項目建設(shè)的歷史經(jīng)驗上，綜合了成本、技術(shù)成熟度、未來擴展性等因素，結(jié)合電力公司信息化的客觀實際，形成的研究成果。在平臺主體框架上，采用了主流成熟的技術(shù)手段，而在設(shè)計階段的專業(yè)領(lǐng)域中，又引入了前沿先進的激光點云及數(shù)據(jù)后處理技術(shù)，為今后輸電工程建設(shè)提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。