架空輸電線路三維設計應用研究

楊 強，管明文

（中國電建集團江西省電力設計院有限公司， 江西 南昌 33002）

智能電網（Smart Grid）是當今世界電力系統發展變革的最新動向，我國目前正在規劃2030年電網路線圖，智能電網將在未來的中國唱主角。智能電網是在“數字化電網”的基礎上，通過互聯網把各種電力設施、資產連接到一起，從而實現對信息進行整合分析，以此降低成本，提高效率，提高整個電網的可靠性，使規劃、建設、運行和管理（電網的全生命周期）達到最優化。智能電網的建設，必須從數字化、信息互聯、可視化及智能化的電網管理平臺開始，以建設數字化、信息互聯及智能化的輸電線路及變電站為基礎[1]。

現階段，已初步實現了GIS系統在輸電線路前期工程中的應用，實現在三維地形、地貌虛擬環境下的漫游，生成路徑斷面圖，以估算桿塔總量、土方平衡量、選擇線路路徑等基本功能。在直觀的人機交互式界面上進行電網項目的規劃、設計，管理地形圖、遙感圖像及線路，具備空間數據查詢和分析功能，提高了工作效率和設計質量。未來，系統可實現對輸電線路工程的三維智能選線設計；實現區域電網的數字化狀態管理；實現便捷的電網信息檢索、電網信息輸出。軟件涵蓋數字電網功能及接口，提高工程前期設計階段的質量、經濟性及技術層次。軟件的應用可加快設計進度、提高設計質量，減輕設計人員勞動強度，并能較大的提高了工作效率[2]。

1 出線規劃設計

基于三維數字化平臺，結合遠期規劃、通道障礙情況，可對線路走廊進行統一規劃，減少線路交叉跨越，節約走廊資源，為本、遠期線路節約投資，符合國網公司“兩型三新一化”的要求。下圖所示為某新建500kV變電站本期出線規劃。

圖1 某500kV線路出線俯視圖

與傳統方法利用1：10000或1：50000地形圖做的出線規劃相比，三維出線規劃具有障礙物全面及直觀性的優點，對外溝通方面因其直觀性更能取得對方的理解與信任。

2 路徑的選擇及優化

三維設計平臺中底層數據DOM分辨率為0.25米，DEM采樣間距為5米。障礙物的標繪——借助無人機攝影技術，地質和水文等資料標繪。

基于三維數字化設計平臺，建立了本工程路徑方案。利用三維平臺上的方案比較功能，可快速實現優化方案與可研方案的線路長度、地形比例、鐵塔數量、機械化施工臨時道路修筑長度等工程量指標統計對比，進而判斷出方案的優劣，方便快捷，準確性高[3]。

3 鐵塔三維建模及放樣

3.1 鐵塔三維模型

鐵塔三維模型是指包含桿塔節點信息、桿件信息、掛點信息，并滿足《架空輸電線路三維設計建模規范》中對模型數據格式要求的三維立體模型。

圖2 鐵塔三維模型

3.2 三維建模

圖3 整體模型放樣

在三維設計中主要采用通用模型和產品模型。通用模型建模，采用鐵塔計算軟件（道亨、ST等）建立鐵塔的單線模型，然后通過計算，再按《架空輸電線路三維設計建模規范》定義導、地線掛點信息。產品模型建模。在通用模型的基礎上，通用使用放樣軟件進行放樣，在放樣模型中調整角鋼的肢向，輸出桿塔的mod數據文件后，再賦予模型桿塔信息即可生成鐵塔的產品模型。

圖4 橫擔局部放樣

最后通過賦予鐵塔屬性輸出鐵塔GIM數據，用于數字化移交。

圖5 預覽GIM模型

4 基礎三維建模及碰撞校驗

4.1 基礎三維建模

本標包采用基礎型式包括：大板基礎、階梯基礎、錨桿基礎、掏挖基礎、斜插基礎、巖石基礎和承臺灌注樁基礎。通過基礎參數化建模的方式可以快速建立基礎的三維模型，通過調整參數內容實時調整模型樣式與大小，快速搭建滿足用戶使用需要的基礎三維模型，并對基礎模型的參數信息進行統一管理。

4.2 生成可移交的基礎gim數據

通過基礎建模軟件，將設計好的基礎信息進行輸入，生成基礎模型，并輸出基礎的GIM數據文件，用于基礎模型的三維移交。

4.3 基礎碰撞校驗

通過基礎碰撞校驗功能可以對基礎鋼筋與地腳螺栓，基礎主柱寬度與塔底板寬度是否匹配進行校驗。

圖6 柔性臺階基礎實體模型

圖7 配筋模型

圖8 地螺碰撞校驗

5 結論

通過輸電線路的三維設計，可以實現變電站出線規劃，實現路徑優化，實現鐵塔及基礎三維建模和碰撞校驗。對設計人員來說更好提高設計效率，并提高輸電線路的設計的質量，更好服務于“智能電網”的構建。