架空输电线路工程三维数字化设计研究

陶汉训 费晨川 张卓群

摘  要：本文基于三维数字化设计软件，从工程设计的角度出发，重点研究了基于GIM技术的三维数字化设计规程标准、设计流程方法、设计协同理念和应用功能不足等方面内容。研究表明：三维数字化设计可实现场景展示的可视化、模型分析的精细化，专业协同的一致化和移交成果的标准化，未来具有非常良好的发展前景。

关键词：电网信息模型;架空输电线路;三维设计;协同设计

1.引言

随着国家电网公司实施的“三型两网、世界一流”战略目标，以及加快建设坚强智能电网，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合等措施，输电线路三维数字化设计时代已经成为大势所趋。与变电工程三维数字化设计相比，输电线路三维数字化设计起步较晚，究其原因在于线路专业三维数字化设计的对象是整个路径通道，且路径区域范围内相关的控制因素都要考虑^[1]。目前，我国部分输变电工程已开始探索基于BIM技术的三维数字化设计与管理，并取得了一定的成绩，包括：500kV静安（世博）地下变电站和1000kV沪西变电站工程和±1100kV吉泉线（宁夏段）提前架线段施工管理等^[2-5]。如何能够真正发挥三维数字化正向设计的优势，已经成为现阶段电力行业研究的热点与难点。

2.GIM技术简介

电网信息模型^[6]（Grid Information Model，GIM）是依托地理信息系统（Geographic Information System，GIS），将电网的组成元素数字化，以信息模型为载体，集成每个元素全寿命周期内的信息，实现信息的高效、准确、全面的应用，配套技术包括：CAD 技术、参数化建模技术、数据库技术、GIS 技术等。GIM 技术以数据库为基础，研究通用的模型接口技术和统一的编码系统，建立贯穿输变电工程全过程的信息模型，并具备虚拟性、仿真性、全寿命周期性和安全性等特点。设计单位是建立模型的关键环节，其工程设计信息覆盖工程建设的全过程，包括：可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图阶段、竣工图阶段。特别是，近些年来三维数字化技术在输电线路工程中的不断应用和软件的不断发展，都为GIM推广与应用提供了良好的数据基础。目前，国家电网公司已发布5项输电线路标准和3项评审规定，相关规范和文件的发布，基本构建出了基于GIM技术的输电线路三维数字设计的规范与体系，并在不断完善与更新。

3.工程设计应用

本文以某一实际的输电线路工程为例，基于数字地球为载体，在高分辨率影像数据的基础上通过集成和管理基础地理数据、电网专题数据，融入三维选线、二三维同步排位以及实时设计校核于一体，提供在三维可视化场景中的协同设计。输电线路三维数字化设计主要包括以下几个步骤：1.路径优化：线路路径建模是通过导入卫片、高程信息和路径信息，以及搭建地物的基础上，导出三维场景和二维断面后开展路径优化排位，并建立工程数据库。2.金具组装：基于相应的部件组装，完成金具GIM模型入库。3.杆塔建模：基于铁塔计算、挂点设置和铁塔放样完成铁塔GIM模型入库。4.基础建模：基于基础计算、长短腿配置和基础建模，完成基础GIM模型入库。5.立塔校验：基于工程所需导线、地线，和已建金具、杆塔和基础模型，以及地理信息数据、电网专题数据，根据优化路径、杆塔使用条件和二三维联动完成线路立塔和校验。6.成果移交：在初步设计、施工图设计阶段和竣工图编制阶段由线路不同专业联合完成GIM成果移交，主要包括：工程地理信息数据、三维设计模型、文档资料、装配模型等。

4.研究结论

本工程初步完成了输电线路工程三维数字化设计工作，并充分体现了数字化设计丰富的数据资源和三维设计空间分析优势。本系统不仅可以实现场景展示的可视化、模型分析的精细化，而且初步实现了专业协同的一致化和移交成果的标准化。考虑到三维数字化设计仍处于螺旋上升的初级发展阶段，未来该系统将在设计效率与质量，数字成品的附加值，施工模拟与仿真，以及全寿命周期管理等方面取得更大的成绩和更好的前景，为企业赢得更大的经济利益与市场竞争力。

参考文献

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