用于規劃設計的數字驅動動態風玫瑰圖的研究

文/韓嘉寧（中國石油天然氣管道工程有限公司）

一、研究、開發背景

2009年，中國部分地區遭受冰雪災害導致天然氣供應緊張。當時，浙江杭州有三分之一的城區居民用氣受到影響,因天然氣短缺關停11家企業；湖北武漢所有出租車停止供氣，武漢市26座加氣站全面停止供氣。

在這樣的情況下，天然氣價格暴漲，國內天然氣批發價平均每噸已暴漲500元以上，漲幅超過兩成。專家指出，氣荒、氣價暴漲的原因主要是突如其來的雨雪天氣導致國內天然氣需求急劇反彈，造成全國多處天然氣供應告急。

據2009年預計，2010年供氣城市會增加到270個，天然氣消費將達到150立方千米。屆時中國天然氣供需缺口約30-40立方千米，而到2015年，缺口還將擴大到50-60立方千米。全國各地將面臨“氣荒”的嚴峻處境。

故此，理順以石油、天然氣等能源資源價格將成為“十二五”改革的重要措施。《中共中央關于制定國民經濟和社會發展的第十二個規劃的建議》提出，要深化資源性產品價格和要素市場改革，理順煤、電、油、氣等資源類產品價格關系，完善價格形成機制。該政策延續至今，從而促成了近年來大批量的天然氣管道項目及相關配套設施的建設。

二、當前存在問題

長輸天然氣工程的站場及截斷閥室較多，每個站場及閥室都需要繪制當地的風玫瑰圖（全稱為風向頻率玫瑰圖）。繪制風玫瑰圖是一項技術難度不大但比較繁雜的工作，需要收集建設地點的風向頻率資料，這些資料或者來源于氣象局，或者來源于規劃局，前期需要進行大量的走訪調研工作，如需詳細準確的資料往往需要前往項目所在地相關單位詢問并索要數據，個別地區氣象數據涉密或由于其他原因，還需調研人員所屬企業開具介紹信或收取相關費用，甚至要求單位間公對公的打款，這些步驟需要消耗不少的時間和精力。

當項目緊急無法進行詳細調研時，設計人員往往只是根據從政府網站上截取的圖片進行手工描繪，或者來源于其他渠道，雖大體上無大的出入，但必然會存在相關偏差。繪制風玫瑰圖時，需要先把這些資料轉換為代表風向頻率的數據，然后在CAD圖形中繪制出風玫瑰圖來。繪制完的風玫瑰圖，一般保存在設計文件中。

當前存在的主要問題是，過去已有的各地風玫瑰圖，并沒有進行收集整理，這些風玫瑰圖還保存在原來的圖形中，同一地區的工程，要使用原來的風玫瑰圖，查找起來比較困難，難以得到重復使用，往往還要重新收集資料和繪制圖形，費時費力，鑒于這種情況，需要對過去的風玫瑰圖進行收集和整理，便于同一地區的站場重復使用，節約時間，節省精力。

三、前期風頻數據收集

要制作風玫瑰自動生成模塊，首先需要大量的各地區風玫瑰數據；風頻數據采集程序的作用是將各地的風頻數據提取到EXCEL數據庫中，該數據庫與動態模塊通過編程處理來進行動態鏈接，便于調用。

使用專門開發的風玫瑰數據采集程序（具備編程常識的工作人員均可制作），將現有收集到的風玫瑰圖的風頻數據自動提取出來并保存到EXCEL數據庫文件中。編程內容多樣化且涉及個人研究成果信息，這里不再贅述。

以下是三種常見的風頻數據采集方式。

（一）通過傳統的cad文件風玫瑰圖

通過日常工作及長時間的項目積累，我們會收集到大量cad（dwg）格式的風玫瑰圖。

示例：如圖1是某一項目中，重慶市酉陽縣的風玫瑰圖。

圖1 重慶市酉陽縣的風玫瑰圖（dwg格式）

圖2黃色部分是根據圖1提取到EXCEL中的風頻數據黃色部分。

圖2 根據dwg格式風玫瑰提取到的風頻數據

（二）圖片型的風玫瑰圖

來源于網上或者從規劃局拍照取得的圖片型風玫瑰圖，如圖3需要人工采集各方向的風頻數據，填入到EXCEL數據庫中。

圖3 圖片格式的風玫瑰圖

（三）通過WORD或EXCEL型數據文件

有些工程項目經過多方單位溝通及協調，獲得的是WORD或EXCEL格式的詳細的風頻數據，可以通過復制粘貼或人工輸入的方式保存到EXCEL數據庫中。如圖4。

圖4 EXCEL風頻數據庫

四、風玫瑰動態圖塊

（一）制作動態風玫瑰圖圖塊

目前根據統計數據及專業人員開發，圖塊已經制作完成，并以實際投入項目應用，成果穩定且便利、準確。此圖塊需要十分煩瑣但不復雜的編程步驟，不便在此描述。各單位及個人實際需要應用時可委托相關軟件公司或具備相應知識的人員進行制作，制作完畢的動態圖塊大致如圖5所示。

圖5 制作完成的數據驅動風玫瑰圖塊

（二）具體操作步驟及要求

（1）拖動北方向旋轉夾點，建北及其軸線不動，其他部分都繞中心旋轉，使測北、建北與建筑坐標系保持一致。

（2）單擊地區選擇夾點，可選擇不同的城市，將自動切換為新城市的風玫瑰圖。

注：這些操作不需要專門程序的支持，動態圖塊制作完成后復制到任何計算機上都可以具有如上特點。

（三）為動態風玫瑰圖圖塊指定風頻數據

我國國土遼闊，各省、直轄市、自治區下區、縣數量繁多，在前期風頻資料收集時往往無法得到全部資料，在后續項目中如遇到動態風玫瑰中不存在該項目所在地區風頻數據的情況，則可對數據進行二次收集，拿到所需資料后可手動添加至EXCEL數據庫中。

風玫瑰圖塊附上的風頻數據如圖6所示。

在圖6的風頻數據表中點取地區選擇夾點后，將彈出各省名稱的菜單，然后點擊省名，再彈出城市名稱，最后選取城市，風玫瑰圖就變成選取城市的風玫瑰圖了。

圖6 EXCEL風頻數據庫

例如：如要將安徽蚌埠的風玫瑰圖改為廣西桂林的風玫瑰圖，步驟如下:點擊風玫瑰圖后，出現多個夾點，再點擊最下側的夾點，會彈出選擇省的菜單,這時選擇廣西,又彈出選擇城市的菜單,最后選擇桂林。這樣,就自動改為桂林的風玫瑰圖了，見圖7。

圖7 數字驅動風玫瑰的操作步驟示意

（四）當無法使用EXCEL數據庫自動形成風玫瑰圖時的應對方法

有些CAD平臺并不支持動態圖塊或者不完全支持動態圖塊，可能無法使用動態圖塊或其部分功能，可能不能切換城市，并不能實現“全兼容”。

使用這樣的CAD或者繪圖平臺時，就不必使用動態圖塊，可使用本文中介紹的通過技術人員專門開發的程序，從EXCEL文件中讀取數據，在CAD上繪制風玫瑰圖。如圖8。

圖8 從EXCEL文件中讀取數據時顯示的風玫瑰

五、成果作用

（1）可將過去的所有風玫瑰圖數據都提取出來，形成數據庫,供后續工程直接使用，實現資源的再利用。這樣，已有風玫瑰圖的地點，就不必再次收集資料和繪制圖形了，節省時間和精力。

（2）可將新城市的風玫瑰資料快速加入數據庫中，便于擴展，然后直接調用，由計算機自動繪圖，不必人工繪圖，簡化了繪圖流程，提高了設計效率。

（3）新的動態風玫瑰圖具有更好的操作特性，可快速實現北方向的旋轉，與建筑坐標系的角度保持一致；可快速切換任意城市，并在圖上有城市名稱提示,避免用錯地點。

（4)本成果應用后，可大量利用現有的風玫瑰數據，很多站場都不用再次收集風玫瑰資料了，也不用重新繪制風玫瑰了，減少了工作程序，提高了設計的效率。同時為企業節約人力，為部門節約大量的調研時間，從而提升設計質量。