送電三維設(shè)計成果在建設(shè)管理中的應(yīng)用

謝楓 劉耀中 周賀

[摘?要]本文簡單介紹了線路三維設(shè)計的概況，并圍繞三維設(shè)計成果在線路建設(shè)管理過程中所產(chǎn)生的生產(chǎn)效率和管理效益提升展開分析和研究。最終提出通過對三維設(shè)計與工程項目管理有機結(jié)合，實現(xiàn)基于三維設(shè)計的工程項目全壽命周期統(tǒng)一管理，將有利于線路工程項目管理水平的提升。

[關(guān)鍵詞]送電;三維設(shè)計;建設(shè)管理

文章編號：2095-4085（2019）12-0033-03

目前三維設(shè)計在設(shè)計和管理中的應(yīng)用已成為各工程行業(yè)衡量工程設(shè)計水平的標(biāo)志之一?[1]，電力設(shè)計行業(yè)中發(fā)電及變電設(shè)計領(lǐng)域起步相對較早。

線路項目雖然開展三維設(shè)計時間相對較晚，但目前發(fā)展較為迅速，多數(shù)設(shè)計單位已建立或即將建立三維協(xié)同設(shè)計平臺。平臺以三維地理信息系統(tǒng)為支撐，最終實現(xiàn)設(shè)計信息化，軟件集成化，圖紙電子化，管理規(guī)范化。設(shè)計成果相較二維設(shè)計更加直觀，設(shè)計手段更加先進，協(xié)同作業(yè)更加便捷，項目管理更加高效，成果移交更加規(guī)范。

本文主要圍繞三維設(shè)計成果在線路建設(shè)過程中所產(chǎn)生的生產(chǎn)效率和管理效益提升展開分析和研究。

1?利用三維設(shè)計成果提高工程建設(shè)水平

1.1?設(shè)計評審

項目前期的設(shè)計評審是建設(shè)過程中審查單位確認設(shè)計方案合理性及可行性并審定工程造價的重要環(huán)節(jié)。以往工程評審階段，與會專家對本體工程量的審查多是根據(jù)設(shè)計文件說明及以往經(jīng)驗判斷，而通道清理量則是以設(shè)計單位提供的路徑圖加現(xiàn)場照片為依據(jù)。評審過程工作量大且對專家能力要求相對較高。

采用三維設(shè)計手段后，設(shè)計單位提交評審的資料除了通常紙質(zhì)文件外，還包括全線三維模型。由于設(shè)計過程中利用基于高精度地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的三維設(shè)計平臺進行路徑選擇與桿位預(yù)排，工程本體量準(zhǔn)價實，通道清理明晰有據(jù)。以三維數(shù)據(jù)為支撐，能夠輔助評審單位快速，準(zhǔn)確了解工程信息，提升評審效率。

1.2?采購招標(biāo)

施工招標(biāo)的目的是確定工程施工單位，物資招標(biāo)的目的是確定工程物資供應(yīng)商。兩者雖然面向?qū)ο蟛煌家髽?biāo)書中的工程量翔實準(zhǔn)確。一旦出現(xiàn)大的偏差，工程實施及結(jié)算階段可能產(chǎn)生合同變更，簽證索賠等一系列管理問題。對以往工程中出現(xiàn)的工程量問題進行分析可知，主要原因包括設(shè)計單位招標(biāo)前尚未完成外業(yè)定位及勘察工作或是統(tǒng)計過程中出現(xiàn)人為失誤。而采用三維設(shè)計手段后，高精度航飛數(shù)據(jù)能夠大量減少線路外業(yè)調(diào)繪時間，專業(yè)協(xié)同設(shè)計提高設(shè)計效率的同時提升設(shè)計質(zhì)量，相比傳統(tǒng)設(shè)計手段更能保證施工和物資招標(biāo)工程量的及時準(zhǔn)確。

1.3?造價管理

我國現(xiàn)行的工程結(jié)算方式主要有按月結(jié)算，竣工后一次結(jié)算和分段結(jié)算幾種。工程結(jié)算階段，由于基于傳統(tǒng)二維圖紙下的造價管理數(shù)據(jù)比較分散，工程量的拆分和匯總就顯得比較困難。而在三維造價模型的幫助下，這一問題可以輕而易舉地解決，可以獲取工程任意部分的工程量及其造價，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按階段結(jié)算，還可以根據(jù)工程進度進行精確采購和按額領(lǐng)料，編制資金計劃，物資采購計劃和勞動力計劃等，實現(xiàn)真正意義上的項目全過程造價管理。

工程變更在項目施工過程中是不可避免的，使用三維造價模型，可以實現(xiàn)構(gòu)件替換，相關(guān)的信息也隨之自動調(diào)整，可以重新計算工程量，輸出一個新的算量文件，所有的工作幾分鐘就可以完成。

在施工階段使用同一個三維成本模型，添加時間進度和成本信息，分析統(tǒng)計每階段的成本費用，根據(jù)同一個5D的成本模型支付施工進度款，明確每一階段的任務(wù)，準(zhǔn)確直觀地表達款項信息，不再出現(xiàn)超付或者延付的情況，在此基礎(chǔ)上的索賠現(xiàn)象也會大大減少。

在三維造價模型的支持下，所有的物理信息和幾何信息（如各構(gòu)件的工程量信息，施工進度信息，材料的價格、產(chǎn)地及生產(chǎn)廠家等）都可以儲存在三維造價模型中，并隨著項目的進展不斷更新。通過使用三維造價模型進行管理，用計算機代替預(yù)算員完成工程量的核對，大大降低了預(yù)算人員的勞動強度，同時也提高了計算的準(zhǔn)確度。

1.4?設(shè)計交底

設(shè)計交底及圖紙會審是設(shè)計單位向監(jiān)管，施工，監(jiān)理等單位詮釋設(shè)計方案，提醒工程重點注意事項的重要環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)紙質(zhì)材料相比，在這一環(huán)節(jié)中利用三維技術(shù)輔助二維圖紙開展策劃及相關(guān)工作，能讓設(shè)計方案更加直觀，易懂，各參建單位更好、更深入的理解設(shè)計方案，對于提高工程施工質(zhì)量具有重要意義。

1.4.1?利用三維可視化成果開展數(shù)字化交樁

以往工程施工前施工單位需要根據(jù)設(shè)計單位線路平斷面定位圖中的樁位位置，桿塔檔距，轉(zhuǎn)角度數(shù)等進行現(xiàn)場復(fù)測，實際上，由于設(shè)計階段的外業(yè)定位至施工單位進場施工時間長短不一，受地形條件，地面植被，天氣變化等因素影響，現(xiàn)場可能出現(xiàn)樁位丟失的情況，給施工單位的復(fù)測帶來一定困難。而通過將空間數(shù)據(jù)組織在三維場景中，形成逼真的三維景觀，構(gòu)建三維可視化GIS場景輔助二維圖紙能夠更加清晰地展示樁位、塔位附近的地形條件及敏感因素，方便施工單位快速、準(zhǔn)確鎖定樁位及塔位。

1.4.2?利用三維可視化成果明確通道敏感點

線路路徑及塔位的選擇實際上受大量敏感因素的影響，如沿線地方規(guī)劃，軍事設(shè)施，礦產(chǎn)資源，通航河流，文物分布以及公路，高速等設(shè)施主管部門要求等，在開工圖交底階段提供基于三維可視化GIS平臺的線路路徑圖，并將沿線受控敏感點類型、范圍及保護距離的要求進行分類標(biāo)識，可以更好的讓建管單位了解工程主要矛盾，合理安排建設(shè)協(xié)調(diào)工作，進一步優(yōu)化人力資源配置。

1.4.3?基礎(chǔ)交底

融合地形，地質(zhì)信息的三維交底模型，可以方便施工單位更加直觀的了解線路沿線的地形，地貌，道路交通，基礎(chǔ)型式等情況，通過比對實際地形，避免了后期澆錯塔位的情況。對于特殊塔位，設(shè)計人員調(diào)用更加詳細的細部模型，進行交底，直觀、可視化。

三維交底模型中，明確了環(huán)保，水保措施，以及相應(yīng)的位置，工程量，方便后期實施、驗收的開展。

1.4.4?桿塔交底

三維可視化桿塔交底避免了二維交底，以文字描述為主的弊病。使用融合圖紙信息的三維桿塔模型進行交底，可以十分細致的反映桿塔腳釘，爬梯，接地孔，螺栓穿向等的布置情況。直觀、真實的提出對于加工放樣的要求，以及組塔施工的要求。通過可視化交底，業(yè)主，監(jiān)理，施工單位更容易發(fā)現(xiàn)，指出圖紙中存的不足，設(shè)計人員通過修改三維模型，直接生成新的圖紙或變更單，并在平臺中留存記錄。

1.4.5?利用三維可視化成果詮釋金具串連接

傳統(tǒng)的二維圖紙通常采用正視與俯視兩種視角展示金具串中各金具型式及連接情況，隨著電壓等級的提高，金具串組裝越來越復(fù)雜，紙質(zhì)圖紙難以清晰的對上述內(nèi)容進行表述，后續(xù)現(xiàn)場的金具組裝對施工人員的經(jīng)驗要求也相對較高。交底階段通過提供三維可視化金具串組裝模型，可以自由的從不同視角檢視金具連接，幫助其他參建人員更迅速準(zhǔn)確地掌握設(shè)計意圖，同時三維可視化成果基于金具國標(biāo)及國網(wǎng)通用設(shè)計數(shù)據(jù)庫繪制而成，對于金具螺栓穿孔方向等細節(jié)描述更加清晰，便于各參建單位達成一致意見。

1.4.6?利用三維可視化成果詮釋導(dǎo)線布置

常規(guī)線路工程接線簡單的情況下紙質(zhì)圖紙基本可以滿足現(xiàn)場施工管理的需求，而部分開斷線，改接線等工程由于線路存在單雙回路變化，導(dǎo)線布置方式變化等因素，接線較為復(fù)雜，盡管圖紙對相關(guān)情況進行了說明，但并不直觀。采用三維可視化交底，通過提供三維模型讓參加單位以不同視角了解工程接線方案可以讓設(shè)計方案變得更為直觀，也易于施工單位開展方案策劃。

1.5?施工組織及風(fēng)險管控

對于工程建設(shè)而言，設(shè)計和施工是緊密相連且互相影響的兩個重要環(huán)節(jié)，設(shè)計方案在合理控制工程造價的同時應(yīng)統(tǒng)籌考慮施工安全風(fēng)險。因此設(shè)計環(huán)節(jié)一是需要在設(shè)計過程中進行多方案比選，在不大幅增加工程造價的前提下盡量選擇施工風(fēng)險低的設(shè)計方案，二是輔助施工單位開展施工風(fēng)險點管控。

采用三維協(xié)同設(shè)計平臺后由于工程基于高精度的地理信息系統(tǒng)構(gòu)建了精細化的三維模型，通過自動生成施工環(huán)節(jié)演示視頻并在關(guān)鍵步驟處進行風(fēng)險提示可以輔助施工單位開展現(xiàn)場施工安全培訓(xùn)，在此基礎(chǔ)上，利用VR技術(shù)優(yōu)異的可交互性，可以讓施工人員在一個完全虛擬的場景里進行施工步驟演練，排查現(xiàn)場施工安全隱患。

1.6?通道清理

通道清理主要包括房屋拆遷和林木砍伐。傳統(tǒng)的房屋拆遷圖主要缺點為由于線路尚未建成，房屋拆遷范圍現(xiàn)場沒有參考物，且施工圖中房屋影像很難反映現(xiàn)場全貌，導(dǎo)致查證工作相對費時費力。利用無人機飛行平臺搭載傾斜相機，獲取沿線密集房屋區(qū)的傾斜影像并通過影像建模生成真實度極高的房屋模型（見圖1），能夠幫助現(xiàn)場施工人員快速鎖定目標(biāo)，提高工作效率。工程開工后定期對通道進行航飛取證，可以讓建設(shè)單位及時跟進通道清理進度，掌握清理工作難點，同時線路開工前及工程竣工后的通道影像對比也可對工程結(jié)算及移交做出有效的數(shù)據(jù)支撐。

圖1?無人機拍攝的密集房屋區(qū)的傾斜影像

傳統(tǒng)林木砍伐圖的主要缺點是只能反映林木砍伐范圍，具體砍伐工程量多是根據(jù)現(xiàn)場林木株距和行距進行估算，無法做到精確統(tǒng)計。通過地面三維激光掃描技術(shù)獲取通道內(nèi)林木區(qū)段三維點云數(shù)據(jù)，在方便設(shè)計人員對林木砍伐范圍校核的同時也可以精確統(tǒng)計林木砍伐數(shù)量，避免后續(xù)工程竣工階段發(fā)生現(xiàn)場砍伐量與設(shè)計量不一致的問題。

2?利用三維設(shè)計成果提高運維管理水平

根據(jù)國網(wǎng)公司《輸變電工程三維設(shè)計成果數(shù)字化移交導(dǎo)則第2部分、架空線路部分》的要求，本工程后續(xù)設(shè)計完成后應(yīng)利用三維建模技術(shù)和三維可視化技術(shù)，結(jié)合地理信息和工程信息，以數(shù)字化模型的形式，整合輸電線路工程的地理數(shù)據(jù)，設(shè)備數(shù)字化模型數(shù)據(jù)，設(shè)計數(shù)據(jù)，移交給相關(guān)使用或管理部門，實現(xiàn)對輸電線路工程數(shù)字化模型的直觀展示和工程資料的綜合管理。因此，工程在三維設(shè)計階段需同步考慮工程數(shù)據(jù)接口應(yīng)盡可能滿足后期運維單位的生產(chǎn)需求。

2.1?利用三維成果開展運行狀態(tài)校核

2.1.1?開展重要交跨校核

線路的通道情況隨著時間的推移可能不斷發(fā)生變化，對于新增重要交叉跨越，如電力線路，高速公路，鐵路，民房等設(shè)施應(yīng)在建設(shè)前對其進行安全距離的校驗。以往設(shè)計單位移交資料均為紙質(zhì)版本，運行單位需對平斷面圖中導(dǎo)線對地距離進行測量及比例換算后確認交跨安全距離，部分特殊情況要求按特定溫度開展校核工作更是需要進行復(fù)雜換算，專業(yè)性強，不易運行人員操作。而采用三維數(shù)字化移交后，可在運維平臺內(nèi)預(yù)留數(shù)據(jù)導(dǎo)入通道及指定導(dǎo)線運行溫度，將新增交跨信息一鍵導(dǎo)入后即時顯示交跨電氣距離，從而極大減輕運維人員工作量，同時校核結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。

2.1.2?開展林木跨越電氣距離校核

從以往我院及其他設(shè)計單位承擔(dān)的工程經(jīng)驗來看，線路投運后另一個對運行可能產(chǎn)生重要隱患的因素為林木。尤其對于通道內(nèi)部分電氣安全距離裕度不大的區(qū)段，由于樹木仍在不斷生長，需要經(jīng)常性開展現(xiàn)場高度測量統(tǒng)計及電氣距離校核工作，這一過程費時費力。采用三維平臺加在線監(jiān)測的方案可以有效減少現(xiàn)場工作量。具體方案為針對需要重點關(guān)注的林木區(qū)段，在線路鄰近塔位安裝林木高度在線監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)控樹木高度并定期向三維平臺傳輸數(shù)據(jù)，平臺根據(jù)林木位置和高度分別開展高溫及大風(fēng)工況下電氣距離校核，一旦接近安全限制，平臺自動報警并顯示具體數(shù)值，方便運維人員擬定后續(xù)處理方案。

2.2?輔助自然災(zāi)害預(yù)警檢測

2.2.1?建立地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫

首先通過北斗定位自然災(zāi)害所威脅的對象，并通過高分遙感影像標(biāo)識入庫。其次將降水預(yù)報等氣象數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。雨量站均由北斗定位。

2.2.2?建立輸電線路地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害與降水關(guān)系的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合預(yù)報降水量，進行預(yù)警判斷。當(dāng)達到預(yù)警級別后，快速發(fā)布預(yù)警信息，通知相關(guān)責(zé)任人，確保啟動相關(guān)級別的應(yīng)急預(yù)案，針對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險較大的情況及時采取避讓措施。

2.2.3?建立輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測平臺

根據(jù)區(qū)域預(yù)警結(jié)果及線路分布情況，列出位于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)段的桿塔風(fēng)險等級情況。逐基建立三維地質(zhì)模型，同時在重點關(guān)注區(qū)域利用傳感器進行長期的自動化精密監(jiān)測。實現(xiàn)了根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的三維地質(zhì)模型的協(xié)同動態(tài)變化，體現(xiàn)了模型的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點，為有限元地質(zhì)災(zāi)害分析奠定了基礎(chǔ)。

2.2.4?建立氣象災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測機制

通過將設(shè)計平臺與本地氣象臺站進行數(shù)據(jù)連接，獲取氣象預(yù)測成果。當(dāng)未來可能發(fā)生覆冰，風(fēng)速等氣象要素超設(shè)計條件的情況時，平臺將自動開展桿塔，基礎(chǔ)，導(dǎo)地線，金具荷載計算和線路電氣距離校驗工作，并對可能無法滿足安全運行要求的危險點發(fā)出風(fēng)險提示，提醒運維人員提前謀劃應(yīng)對措施。

3?結(jié)?論

通過對三維設(shè)計及工程項目管理的有機結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)基于三維設(shè)計的工程項目全壽命周期的統(tǒng)一管理，更有利于項目最終目標(biāo)的實現(xiàn)。三維設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，不僅有利于技術(shù)的更新與換代，更將促使生產(chǎn)組織模式和管理方式的轉(zhuǎn)型，并長遠的影響人們對于項目的思維模式。

參考文獻：

[1]劉檢華，孫連勝，張旭，等.三維數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)內(nèi)涵及關(guān)鍵問題[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2014，20（3）：494-504.