三维数字化设计技术在输变电工程中的应用研究

三维数字化设计技术在输变电工程中的应用研究

王文贵 

国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司  内蒙古呼伦贝尔市  邮编021199

摘要：科学技术的发展，促进了我国三维数字化技术的发展，并在输变电工程中得到了广泛的应用。三维模型拓展了信息记录与展示的维度，极具应用潜力，已在电力规划、建设、运维等多个环节初步发挥作用。如何更好地应用三维模型成为行业关注的热点和难点，本文就三维数字化设计技术在输变电工程中的应用进行研究，以供参考。

关键词：三维数字化设计;输变电工程;工程设计

引言

输变电设备的日常检测与维护对电力系统的安全运行至关重要。先进的运维技术与高素质的运维人员可提高输变电设备的运行可靠性。输变电设备的三维模型早期多被应用于虚拟现实仿真培训系统。近年来，随着三维技术的不断发展，输变电设备三维模型开始发挥更多的作用，不仅为电气设备的运维检修培训提供了一种高效、安全的方法，还在数字孪生等新技术的加成下发挥出更大的作用。三维模型对于保障输变电设备安全运行的作用已得到证实。

1三维建模内容

三维模型是供电企业基于工程现场实际状况，采用三维激光点云数据，通过云过滤、数据预处理、几何模型构建、三维可视化等流程，对输变电通道内的特定环境进行处理。要注意的是，从我国现阶段输电线路的特征和实际情况出发，适合使用三维max和SketchUP相结合的方法来建立模型。当前，我国用于大规模场景的3D可视化应用系统大致可以划分为两大类：3DGIS和3DGameEngine。3D地理信息系统的可视化水平高，空间属性强，目前该系统已有较为成熟的空间数据管理经验，能够实现对空间立体信息的查询和处理。但由于游戏引擎更注重场景的绘制效果以及使用者的主观感知，所以并没有突出的空域特征。同时，地图的可视化质量也不高，表现出来的影像也比较随意，精度不高。该平台最大的优势在于可以保证模型的准确性。因此，在电网企业中，应将两者相结合，建立一种相对完备的运行检修服务支撑系统，以满足输电线路运行检修的实际需求。

2三维数字化设计技术的深化应用

2.1输变电工程设计领域

1）依托三维数字化设计技术开展设计交底工作。在三维设计模型中关联强制性条文、标准工艺、反事故措施、质量通病防治措施等关键信息，辅助施工单位在作业前进行安全、质量技术交底。利用BIM技术将传统的二维技术交底转化为三维可视化技术交底，与传统纸质交底相比明显提升交底效率和质量。利用三维设计成果实现线路基础施工、铁塔组立、架线，变电站构架、主变压器、地理信息系统（geographic information system，GIS）施工安装模拟推演。利用三维模型和GIS技术，通过放大GIS地图可详细查看每座杆塔的结构及杆塔的基本信息，以可视化的形式提取并展示现场牵引机、张力机等设备的智能监测动态数据。实现设备吊装、与带电设备的距离等安全风险管控。2）依托三维设计成果进行输变电工程施工全景仿真，提升施工质量。采用三维可视化手段直观展示推演工程进度，辅助编制施工进度计划，解决传统进度控制技术中出现的各单项计划间逻辑顺序错误造成进度拖延等问题，辅助优化工期。通过与施工计划结合，可按月、周、天直观展示工程进度计划，智能分析工程计划进度与实际进度的偏差，当出现偏差时能够及时发布预警信息，实现输变电工程施工过程的精细化管理。3）依托三维模型数据进行输电线路数字化辅助验收。开展基于激光点云和三维模型的线路关键距离测量比对技术研究，利用激光点云技术实现软跳线电气间隙、耐张塔预偏值、导线和地线弧垂、杆塔转角、杆塔全高、杆塔呼高、导线相间距离、导线与地线间的最小距离等线路关键参数的自动测量，并与三维模型进行自动比对分析。

2.2地形实景三维建模

当前，基于DOM图像的三维场景建模方法是在DOM图像中的每个像素上添加DEM数值，将DOM和DEM进行融合，从而获得了显著的三维效果。目前，无人机正射遥感数据主要是真正射影像（TDOM）和数字表面模型（DSM）。DSM的问题在于，由于地表的植物、树木、铁塔、高架路、房顶等都会出现，所以一些地表会非常的突出，进而在3D建模的时候，一些地表的物体（比如植被）需要剔除，而一些房、铁塔、高架桥等）则会以3D建模的方式出现，所以DSM并不一定要用DSM来表达，只需要一个精确的地表高程即可。为此，必须对地面以上的高程资料进行滤波处理。当前，采用无人驾驶飞机制作DEM的工艺过程是先对点云数据进行过滤，再根据过滤后的点云制作DEM。

2.3基于数字孪生三维模型的输变电场景若干新应用功能的建议

从业务需求出发，利用数字孪生三维模型的优势，将业务需求与数字孪生三维模型的优势特点进行组合而得到的，其中部分应用已开发完成，处于试应用阶段。例如：基于三维场景的作业安全培训，包括安全措施布置、危险点识别、可试错的培训、安全技能考核等功能；场站直流系统图纸的智能三维查看、直流电缆空间分布的三维检索、直流电流流向的三维可视化仿真等。实际工程中变电站运维的业务类型、需求是非常复杂的，包括了一次设备、二次设备、自动化系统等多业务、多部门，因此未来应在技术路线指导下，充分理解数字孪生三维模型的优势，从业务需求出发，设计出更多更有价值的应用。数字孪生的出现不是概念的炒作，而是信息化发展到一定程度的必然结果。数字孪生是一种支撑数字化转型的综合技术体系，技术在发展、认识在清晰、应用在深化、体系在演进，其落地应用、发挥效益需要经历量变到质变的过程，需要一定时间才能完成。数字孪生依赖于信息感知、模型构建、软件开发等技术水平，要实现上述应用仍有诸多关键技术或卡脖子问题亟待攻关解决。

2.4智能评审领域

1）实现地理信息数据、电网数据、地质数据、倾斜摄影数据等多源数据的可视化管理，实现对多源数据多维度的统计分析，以及良好的三维轻量化展示效果，并在此基础上为辅助设计提供全面的数据支撑。通过建立数据库，将设备参数存储在设备数据库中，将各种设备的图形存储在设备图形库中，将变电站的整体平面信息、区间信息和采用的设备参数存储在变电站数据库中，能够准确计算材料用量，特别是管道和电缆的长度，实现有效的成本控制。2）根据三维设计成果的评审流程、内容、标准和要点，建立三维地理信息系统，利用高清影像和数字地面模型，结合污染、冰区、天气、地震烈度等各类专题数据，综合展示工程初步设计考虑的各种因素，辅助评审专家快速发现设计缺陷，实现三维设计评审的电子化、共享化、标准化、协同化、智能化、过程化，减少评审工作量，提升评审效率。3）结合GIS数据和三维模型，提高输变电工程基础地理数据、输变电工程设计数据的综合管理水平，三维设计成果的评审由人工评审转变为智能评审，评审效率提高约40%，准确发现设计缺陷，移交效率提高约50%，减少相关人员的工作量，提升管理质效。

结语

数字化三维模型为各类应用的功能设计提供了极为广泛的空间自由度与时间自由度。三维模型应用开发设计，不仅需要利用三维模型的三维几何特征去设计应用，更需要充分结合业务难点、痛点，充分发挥数字化三维模型的优势，从业务出发去设计开发高级应用。

参考文献

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［2］张洋.基于BIM的建筑工程信息集成与管理研究［D］.北京：清华大学，2009.

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