楊紫旺

益陽電力勘測設計院有限公司 湖南益陽 413000

隨著技術水平的快速提升，數字化設計方式已經應用到了各個行業(yè)當中，對于電力行業(yè)來說也要加快數字化技術的應用來提升自身的發(fā)展速度。特別是2019年國家電網提出了“兩網”的目標，更是需要加強數字化技術的應用來推動行業(yè)發(fā)展。架空輸電線路是電力系統(tǒng)中最為重要的組成部分之一，在其設計過程中可以利用數字化三維模型對其設計進行模擬仿真，從而提升架空輸電線路設計的效率和準確性。本文主要對架空輸電線路實施數字化三維設計，先對輸電線路模型各組成部分進行分析，之后對于工程案例的架空輸電線路實施BIM技術建模，最后對于所建三維模型和實際測量結果進行對比分析，充分體現出數字化三維設計的優(yōu)勢所在，對于數字化技術的進一步推廣具有重要參考作用。

1 架空輸電線路三維模型的分析

經過多年的發(fā)展，以BIM技術為基礎的數字化設計模式有了較大發(fā)展，特別是在建筑領域應用非常廣泛。相對于建筑領域來說，電網設計實施數字化設計方面還處于初期階段，還缺少較為系統(tǒng)的三維模型方法以及標準。本文針對目前架空輸電線路基本情況簡述其三維模型情況。

1.1 導地線模型

從目前來看，架空輸電線路最為常用的為鋁包鋼或者鋼芯鋁絞線，其橫截面主要為多個圓形通過不同的包裹方式形成。從設計情況來看，在輸電線路設計過程中最為關注的就是導地線空間姿態(tài)、通道內地面、交叉跨越距離等等。在三維模型建設時，如果嚴格按照實體來對導地線進行建模，會大大提升模型的數據量，從而增加系統(tǒng)運行負擔，所以實際三維設計過程中更多的是按照導線外徑進行整體建模，可以充分體現出導線端點、弧垂等方面信息，具體截面情況如圖1所示。

圖1 導地線截面示意圖

1.2 絕緣子串

絕緣子串主要包括絕緣子、金具等部分，其主要用來對桿塔以及導線進行連接。在進行輸電線路設計過程中，每個設計階段的重點所有差異，其中初期設計更多注重的是絕緣子串自身空間姿態(tài)以及對導地線模型空間姿態(tài)的影響等等；施工圖設計階段不但要關注如上兩方面內容，同時也要準確統(tǒng)計出整個線路中全部的絕緣子、金具的用量。所以在絕緣子串建模時也要按照不同的實際需求來設定不同的精度等級[1]。

1.3 桿塔模型

對于架空輸電線路來說，其最主要的桿塔主要有桁架塔、鋼管桿、鋼筋混凝土桿等等，由于鐵塔具有應用便利、成本低等優(yōu)勢得到了最為廣泛的應用。鐵塔在實際使用中要充分考慮到電氣、結構等專業(yè)性要求，所以對其建模時也要充分考慮此兩方面內容，其中電氣專業(yè)更加關注的是桿塔掛線點位置、塔腳根開、主材等內容，結構專業(yè)更加關注的是鐵塔桿件位置、材質和規(guī)格等等。

總的來說鐵塔主要是通過多個不同尺寸的桿件連接形成的，將其轉化為幾何模型就是通過不同屬性的線段所組成。從具體工程情況來看，鐵塔的每個桿件都是利用插接、節(jié)點板、法蘭等實施連接，但是在實際設計過程中無法特別注意節(jié)點連接方式。由于鐵塔桿件相對較多，所以在符合工程設計基本要求的前提下最大程度減少鐵塔模型的復雜性。

1.4 基礎模型

此部分屬于輸電線路的隱蔽工程，三維模型中所顯示的絕大多數都埋入到地下，因此在模型建設時無需考慮基礎自身內部結構，可以將其進行簡化。在三維模型設計過程中只要明確基礎外形尺寸及其和鐵塔連接部分的結構即可。一般情況下基礎模型外輪廓相對規(guī)則，主要是圓柱體、立方體等類型，所以利用常用基礎類型并提取關鍵幾何參數就能夠描述基礎外輪廓。對于基礎和鐵塔的連接部分來說，常常采取地腳螺栓和鐵塔塔腳進行連接，但無需特別關注基礎內的情況，因此在進行模型建設時只要利用一組參數描述每個地腳螺栓位置、規(guī)格以及材質就行。

2 架空輸電線路數字化三維設計案例分析

本文主要通過智能航測系統(tǒng)實施航空攝影測量，在采集到所建輸電線路走廊影像數據的基礎上進行實景三維模型的制作，并且將其輸入到三維設計平臺當中。由于無人機航測系統(tǒng)具有續(xù)航時間長、飛行成本低、較高數據分辨率以及機動靈活等特點被廣泛應用在數據采集方面，已經成為了現代航空攝影測量的重要方式。

2.1 具體工程概況

某擬建220kV架空輸電線路處在丘陵區(qū)域，線路長度40公里，線路曲折系數1.20，全線單回路架設。導線采用2×JL/G1A-400/35鋼芯鋁絞線，兩根地線采用OPGW光纜。設計氣象條件為基本風速27m/s、覆冰10mm。海拔高度為200m～1000m，地形比例為平丘70%，一般山區(qū)30%。沿線電力線路、鐵路、林區(qū)等交叉跨越物較多。

2.2 無人機航測系統(tǒng)

本文所應用的為D1000智能航測系統(tǒng)，此系統(tǒng)是建立在旋翼無人機基礎上所建立的智能航測系統(tǒng)，其具有正射、條帶、傾斜、環(huán)繞、全景等不同作業(yè)模式，可以實現自動飛行控制。其中無人機管家專業(yè)軟件能夠實現較大比例尺的精度應用，具有空三解算、控制點測量、一鍵成圖等功能。

2.3 航線設計情況

對于該輸電線路工程來說，為了能夠覆蓋到線路所涉及到的走廊區(qū)域，可以設計為多邊形測區(qū)。通過對該區(qū)域測量能夠得到其平均高程為295m。按照航測標準要求可知，在航攝比例尺≥1:7000的情況下測區(qū)范圍內的地形高差≤1/6相對航高。

2.4 架空輸電線路走廊實景建模

可以通過航空影像技術進行數據源的采集，通過利用三維網格優(yōu)化算法、影像匹配彩色點云數據技術進行自動三維建模并且設置相應的約束條件，從而形成輸電線路走廊三維模型。通過相應影像處理軟件來對所采集到的航攝影片實施預處理，對于影像實施勻光以及降噪，然后利用影像的航向以及旁向重疊數據完成相片的拼接，得到較為完整的影像?？梢酝ㄟ^無人機航飛拍攝得到的POS數據以及地面像控點坐標實施必要校正，之后將影像坐標系轉變?yōu)闈M足工程需要的坐標系，最終利用影像匹配點云、TIN三角建模、紋理貼附等方式得到最終的三維影像模型[2]。

2.5 模型空間距離量算

以BIM技術為基礎形成的輸電線路三維模型（包括塔、線、串等）能夠更加真實的反映出架空輸電線路走廊的具體情況。對于220kV架空輸電線路來說，其安全距離要滿足《110kV—750kV架空輸電線路設計規(guī)范》方面的相應規(guī)定，以此為基礎能夠對輸電線路走廊交跨地物實施空間距離量測，所測結果如下所示：

跨越居民區(qū)時的距離為7.5m；跨越非居民區(qū)時的距離為6.5m；跨越交通困難區(qū)域的距離為5.5m；跨越等級公路的距離為8m；跨越電力線的距離為4m；跨越通信線的距離為4m；跨越樹木的距離為 4.5m。

2.6 設計效果分析

國家電網公司基建部提出了明確要求，全部新建35kV及以上等級輸變電工程都要采取數字化三維設計方式來進行。本文通過D10000航測系統(tǒng)對于輸電線路走廊實施三維建模，更加真實反映了輸電線路的具體情況，能夠為線路的進一步優(yōu)化、交跨地物空間距離量算提供數據依據。通過三維設計和實測結果的比較能夠得知通過數字化三維模型進行架空輸電線路設計具有相應的優(yōu)點，具體為：

第一，無人機航測系統(tǒng)應用便利，操作簡便，數據處理過程較快，能夠快速投入應用；

第二，航測技術覆蓋面廣泛，能夠獲取更加全面的數據，就算是線路錄井出現變化也不用進行重測，更便于實施線路路徑的優(yōu)化；

第三，通過現代化測量技術能夠大大降低人工工作量，能夠縮短測量時間，提升工作效率；

第四，不同于人工測量樹木的方式，航攝能夠更加明顯的顯示出單棵樹木的情況，所以通過航測方式能夠對樹木數量進行更加準確的統(tǒng)計。

3 結語

隨著技術水平的提升，數字化技術逐漸應用到了電力行業(yè)中。在架空輸電線路的設計中應用三維模型能夠更加立體、直觀的體現出輸電線路情況，在此基礎上能夠更加有效的進行線路優(yōu)化，提升設計效率和準確性。本文主要闡述了數字化三維模型的架空輸電線路設計方面的內容，通過本文的介紹能夠對輸電線路設計提供一定參考和幫助。