3D 建模與3D 打印技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

創(chuàng)新者：高 婧

由于輸電線路通道日益增加，在線路驗(yàn)收與運(yùn)維中，運(yùn)維單位逐步發(fā)現(xiàn)鋼管桿附件的設(shè)置存在很多問(wèn)題。例如鋼管桿橫擔(dān)的扶手，不同的生產(chǎn)廠家設(shè)置的扶手型式和尺寸差異很大，除了扶手問(wèn)題，鋼管桿還存在爬梯設(shè)置位置和間距不合理等附件問(wèn)題。本文將著重介紹如何利用3D 建模與3D 打印技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題，以滿(mǎn)足輸電線路安裝和運(yùn)維的需要。

由于輸電線路通道日益緊張，在新建和改造工程中越來(lái)越多地采用占地較少的鋼管桿，鋼管桿在所轄線路中所占比重也在逐漸增大。在線路驗(yàn)收與運(yùn)維中，運(yùn)維單位逐步發(fā)現(xiàn)鋼管桿附件的設(shè)置存在很多問(wèn)題。例如鋼管桿橫擔(dān)的扶手，不同的生產(chǎn)廠家設(shè)置的扶手型式和尺寸差異很大，有的只在橫擔(dān)上設(shè)置幾個(gè)類(lèi)似門(mén)把手的抓手，有的扶手水平間距很小不便于抓握，有的扶手設(shè)置成水平形式，作業(yè)人員只能爬著在橫擔(dān)上前進(jìn)。除了扶手問(wèn)題，鋼管桿還存在爬梯設(shè)置位置和間距不合理，桿號(hào)牌、相序牌、警示牌等標(biāo)識(shí)牌的掛點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題，防鳥(niǎo)刺安裝支座等附件問(wèn)題。上述這些問(wèn)題給施工、檢修、驗(yàn)收人員帶來(lái)很大安全隱患，同時(shí)給輸電線路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作帶來(lái)很大不利影響。

為解決上述問(wèn)題，規(guī)范輸電線路鋼管桿附件的設(shè)置，需要制定出鋼管桿附件的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)為了縮短標(biāo)準(zhǔn)的制定周期，使鋼管桿附件的設(shè)置更加合理，利用3D 建模技術(shù)，以滿(mǎn)春-習(xí)崗π 入友愛(ài)變110kV 線路工程的電纜終端塔為原型，按照鋼管桿加工圖建立了鋼管桿的3D數(shù)字模型。通過(guò)此模型，可以將鋼管桿附件設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)地在3D 模型中再現(xiàn)，以研究標(biāo)準(zhǔn)的合理性和可行性。在需要時(shí)，可以將3D 模型的局部利用3D 打印技術(shù)生成實(shí)體模型。

實(shí)施方案

準(zhǔn)備桿塔加工圖紙

以典型的桿塔作為模型的原型，在檔案室找到桿塔的詳細(xì)加工圖紙，仔細(xì)閱讀并熟悉圖紙，做好建模前的準(zhǔn)備。

安裝3D 建模軟件

安裝AutoCAD 或其他建模軟件。

根據(jù)圖紙建立3D 模型

根據(jù)桿塔部件的詳細(xì)加工圖，在AutoCAD 中建立部件的3D 模型，在模型空間中組裝桿塔部件，形成完整的3D 桿塔模型。

利用3D 打印技術(shù)打印模型

桿塔的3D 模型建好后，可以根據(jù)需要將桿塔的局部或部件用AutoCAD 的輸出功能生成模型的“.stl”文件。將“.stl”文件交給提供3D 打印服務(wù)的公司打印出模型。

實(shí)施步驟與主要做法

準(zhǔn)備桿塔加工圖紙

以2013 年某供電公司雙回路鋼管桿為模型，準(zhǔn)備桿塔的加工圖紙。

安裝3D 建模軟件

安裝AutoCAD 2012 版。

根據(jù)圖紙建立3D 模型

建立桿塔各部件的3D 模型。

在模型空間中組裝桿塔部件，形成完整的3D 桿塔模型。

實(shí)施后產(chǎn)生的效果及應(yīng)用前景

應(yīng)用效果

圖1 第一段鋼管模型

圖2 第一段下部法蘭盤(pán)模型

圖3 地線橫擔(dān)模型

圖4 上相橫擔(dān)模型

圖5 鋼管桿3D 線框模型

圖6 塔頭效果圖

圖7 角鋼塔標(biāo)識(shí)牌夾具圖紙

鋼管桿3D 模型建好后，可以任意角度、距離觀察3D 模型效果，也可對(duì)任意一個(gè)零件拆卸。

生產(chǎn)工作中起到的作用

可以直觀地表現(xiàn)出線路桿塔，研究鋼管桿附件設(shè)置是否合理，制定輸電線路標(biāo)識(shí)安裝、涂刷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可方便地展示出安裝、涂刷后的效果，縮短了研制周期。

進(jìn)行輸電線路教學(xué)培訓(xùn)時(shí)，利用已有的桿塔3D 模型，直觀明了地講授輸電線路相關(guān)知識(shí)，提高了培訓(xùn)效果。

檢修工作開(kāi)始前，對(duì)照桿塔3D 模型交待工作中的危險(xiǎn)點(diǎn)和注意事項(xiàng)，使檢修人員對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)更加清楚。

對(duì)桿塔進(jìn)行局部改造或加裝附屬裝置，可在3D 模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可在模型中方便地測(cè)量出改造或加裝后安全距離是否滿(mǎn)足要求。

在日常工作中設(shè)計(jì)的工器具或安裝標(biāo)識(shí)牌用的夾具，在3D 模型中進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

圖8 角鋼塔標(biāo)識(shí)牌夾具3D 數(shù)字模型圖

圖9 角鋼塔標(biāo)識(shí)牌夾具3D 打印實(shí)體照片

對(duì)于設(shè)計(jì)好的工器具或夾具，用3D 打印機(jī)將其打印成實(shí)體模型，用于實(shí)體驗(yàn)證。此次以國(guó)家電網(wǎng)公司下發(fā)的《架空輸電線路標(biāo)識(shí)》標(biāo)準(zhǔn)中角鋼塔標(biāo)識(shí)牌夾具為原型，建立3D 模型，并用3D 打印機(jī)打成實(shí)體。

推廣應(yīng)用前景

目前桌面級(jí)的3D 打印機(jī)價(jià)格已相對(duì)較低，每臺(tái)大約在4000 至8000 元，價(jià)格已經(jīng)能夠接受。利用AutoCAD 建立的模型可以方便地輸出為可供3D 打印的模型文件。在輸電線路日常運(yùn)維工作中或QC 小組活動(dòng)中，用3D 建模技術(shù)設(shè)計(jì)出工器具的數(shù)字模型，可很方便地打印出實(shí)體模型，以便于試驗(yàn)驗(yàn)證。不僅在輸電線路方面，變電、配電專(zhuān)業(yè)也可利用3D 建模與3D 打印技術(shù)進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)、工器具設(shè)計(jì)、檢修改造方案制定等。

總結(jié)

此成果目前已應(yīng)用在輸電線路桿塔附件標(biāo)準(zhǔn)的制定和標(biāo)識(shí)牌夾具設(shè)計(jì)，取得了較好的效果，以后將在其他方面深化應(yīng)用。