輸電工程架空線路參數設計與應用

黃福水

（智方設計股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著經濟的發展，電力設施的建設也在穩步發展。由于電力線項目的復雜性高，工期長且地理覆蓋范圍廣，因此從項目到施工都會產生大量的工程圖和材料。但是，二維圖形表達信息的能力有限并且使用過程中缺乏交流，導致不同學科之間涉及信息的交換程度很低[1]。此時利用中央模型實現信息的傳遞、調用與控制可以方便施工各方查看和制定解決方案，從而提高解決方案的工作效率。

1 架空線路參數化設計流程

典型的架空輸電線路設計主要包括線路選擇和布置、塔架設計、基礎設計以及絕緣子組件設計等部分。本文研究輸電工程架空線路參數設計與應用時，該部分設計主要分為塔架設計和支撐件設計兩部分。其中，塔架設計的支撐類型可以分為懸掛支撐和張力支撐兩種，其功能是承受導體和絕緣線的負載[2]。支撐件設計指的是包括支撐件在內的電線、避雷針、絕緣線、跳線、地線以及墊圈等組件結構設計。其中，絕緣線由多個絕緣體和配件組成，用于懸掛電線以及將其與支撐物和地面隔離。根據支架的類型，絕緣線可以分為懸掛式花環和拉力式花環，架空線路參數化設計流程如圖1所示。

圖1 流程圖

根據圖1所示的流程，設計人員可以使用Revit軟件中的CAD導入功能，導入帶有以DWG格式存儲的路線選擇信息的路線底圖，并在3D渲染環境中選擇2D桿塔的選點，并為點分配信息，如高程和跟蹤代碼。然后，通過調用早期創建的參數化族庫，在2D點完成支架和塔架的選擇及自動建模。根據建立的模型自動生成架空線路，以模型中的極點和支撐信息在指定位置生成零件，包括沿高架線路徑的懸架柱或張力柱的自動環路和相位旋轉[3]。最后，在3D渲染環境中設置模型，完成架空線路參數化設計。

2 標準參數化族庫的構建

為了滿足架空線路后期設計過程中可以隨時調用相關參數信息，構建標準參數化族庫。本文結合較早提出的3D參數架空線設計方法，創建一個標準的參數化族庫，其中包括2D路線點注釋族和架空電力線組件族。

2.1 2D路線點注釋族

在傳統的2D設計中，選擇架空布線后，設計人員通常需要組合多個橫截面圖以定位支撐物和塔架。在隨后的設計中，圖紙對帳工作也降低了輸電工程架空線路設計的工作效率[4]。因此，本文將Revit軟件中的2D路線點作為參數化的標簽族，其類型、高度、路徑代碼、數字及其他信息用作族參數，表示有關該位置的塔架類型的信息。下部中心點的空間位置信息以及塔架傳輸線的路徑信息是下一步設計選擇和自動生成模型的重要信息支撐。

2.2 架空電力線組件族

傳輸線設計中的大多數設備和結構都是標準零件，通過創建標準參數化族并根據交互標準命名，將幾何信息和標準零件的一般屬性存儲在標準族庫中[5]。本文結合重新設計技術，在Revit軟件環境中創建除極以外組件的標準參數化族庫。極以外的組件通常由懸掛板、懸掛夾以及絕緣子元件等各種零件組成，這些零件屬于設計規范中的標準化零件。具體實現過程中先創建標準化零件庫，以絕緣子串為例，將絕緣子串設置為調用所需內容，通過更改其參數實現絕緣子串的自動組裝[6]。考慮到不同絕緣子串之間存在不同的幾何特征和非幾何特征，因此對絕緣子串參數進行標準化處理，統一將幾何信息和一般特性均作為族參數，為后續的參數驅動模擬創建輸電線參數化族庫。

在輸電工程架空線路實際施工中，經常會調用到大量的絕緣子串。為避免通過基于上述標準化系列庫結合二次開發技術導致重新更改參數，方法是調用API中提供的應用程序編程接口Revit API功能，該功能可讀取組件家族信息并根據實際施工現狀管理參數的修改，通過這一過程自動創建和完整命名每個組件類型和模型，進一步提高組件的利用率。

本文使用C＃對Visual Studio軟件進行編譯，并通過dll文件實現應用程序參數自動仿真[7]。與此同時，為了幫助用戶更容易調用此功能，本文通過編寫外部應用程序文件在Revit軟件的工具欄中創建功能按鈕，當用戶點擊功能按鈕并輸入相關信息時，即可實現與程序的交互。

3 應用效果分析

3.1 數字化選線

3D數據建模完成后，依靠輸電線路相關數據及轉換信息，利用數字化技術設計真實的輸電線路設計中經過的地形地貌特征，并生成數字3D地形圖像模型，以此作為線路選擇依據。該方法相比傳統的路由選擇具有更多的優勢，其主要原因在于數字3D地形圖圖像模型可以清晰地展現輸電線路沿線的地形地貌信息，并且可以顯示高速鐵路和高速公路等交通線路中重要的交叉點以及重要的電力傳輸通道，在一定程度上可以為輸電線路設計人員提供必要的數據支持，進一步獲取最佳的輸電線路。

3.2 桿塔定位

桿塔定位是架空輸電線路設計的關鍵部分，其直接影響土地使用、植被覆蓋以及后期輸電工程建設中交叉點的協調調度等方面。在傳統設計中，架空輸電線路的支柱位置圖主要分為斷面圖和平面圖兩部分。上述兩種位置圖雖然可以觀測到輸電線路的相關數據，但是不能直觀地觀測到輸電線路交叉點位置分布情況。本文設計的桿塔定位示意如圖2所示。

圖2 桿塔定位示意圖

與傳統的橫截面圖和支撐塔架布局相比，在3D設計平臺中，結合3D地形數據和高程數據可以實現3D塔架的建造、移動、拆卸以及更換等操作，并且可以在操作過程中進行調整。實時檢查安全距離，并基于3D圖像選擇和優化傳輸線的路徑。在3D軟件中，塔架布局的設計可以實時顯示輸電線路沿線分布的相關情況。

3D設計平臺基于對支撐物和塔架位置進行驗證的結果可以自動完成設備校準，并可以第一時間統計輸電線路的使用數量，從而節省人力并減少輸電線路設計時間。3D設計在輸電線路設計中的應用不僅可以直觀地顯示輸電線路沿線相關的地表信息，還可以促使設計人員和施工人員清楚地了解每個輸電線路基礎桿和塔架的周圍地形地貌，并在輸電線施工完成后模擬輸電場景，為塔架正常運行提供保障。

3.3 距離測量

在對塔架之間距離進行現場制圖和最終勘測之后，有關電力線設計中房屋、樹木、道路分布等自然景觀和其他電力線的信息可以傳輸至3D設計平臺。通過測量垂直距離、坡度距離、方位角以及住宅建筑物之間的距離，測算電力線和其他特殊相交物體的安全距離，分析安全距離是否符合國家電力系統相關標準。

3.4 電力金具組裝及校驗

在上述塔架定位以及距離測量完成后，需要對電力金具組裝并對行校驗。通過模塊化組裝和3D視覺組裝實現3D電力金具設備組裝，根據裝配圖或零部件關系完成輸電線路配件線的裝配設計并輸出裝配圖、材料表以及3D實體線模型等文件。同時將實時監測每個組件的連接和協調情況，以避免在實際施工和安裝過程中出現問題。校驗過程主要體現在將線路中每個組件的實際工作情況與標準工況進行匹配。

3.5 通道清理

使用航拍圖像為房屋和森林建模并繪制平面圖，從不同角度觀察輸電線路周邊的三維環境，獲取輸電線路周邊房屋、道路以及河流等位置和高度的精確信息，為實現輸電線路精確設計提供前提條件。輸電線路設計人員可以在3D設計平臺界面中繪制樹木自然生長表面情況，并且可以遍歷和投影表面信息進一步劃分準確的砍伐范圍，有效解決了使用傳統2D平臺無法計算有關在山丘上砍伐樹木信息的缺陷。

4 結 論

本文通過將參數化設計和二次開發技術相結合，可以實現架空線中心模型的自動創建，顯著提高了設計效率和設計質量。該項目的研究結果可作為未來架空輸電線路項目的指南，但是本文尚未針對輸電項目實施路徑選擇和路徑優化，對此在今后將進行更加深入的研究。