深化应用海拉瓦技术,辅助实现电网工程全过程信息化建设及管理

万明忠，赵 睿，邹 立，宋 洁

(北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京 100120)

1 海拉瓦技术在电网建设全过程中的深化应用

目前，电网建设的设计阶段已广泛采用海拉瓦技术进行路径优化工作，形成了一定的标准化工作方式和数据源格式。在电网建设过程中的其他阶段深化应用海拉瓦技术开展信息化工作，有利于数据在电网建设各阶段的信息化过程中保持良好的一致性。通过建立畅通的电子化移交机制，便于在电网建设全过程建立统一的信息化工作平台和数据中心，促进工作方式向更加便捷转变，促进工作依据转向更加精准，促进信息化工作更加持续。

深化应用的海拉瓦技术以电网建设工作流程为主线，在常规海拉瓦路径优化基础上，结合基建工作信息化的要求，分别向前拓展与向后延伸，形成贯通电网建设全过程的四大平台、四大主体功能和二十余项子功能的应用技术平台和完整解决方案。

图1 电网建设全过程深化应用海拉瓦技术示意图

1.1 可研阶段

主要工作内容：

⑴ 平台建立：根据预可研路径收集处理最新的2.5m分辨率卫星影像和各种专题数据，结合数字地面模型建立二维三维相结合的前期工作平台，以全数字化工作流程提高作业效率。

⑵ 杆塔规划：利用平台及数据快速生成平断面图，实时概略排位，合理配置杆塔数据，提高杆塔利用率。

⑶ 大方案比选： 根据工程量统计和三维路径漫游，结合工程特点和路径选择原则，综合各种因素，进行输电线路的通道规划和大方案比选。

该阶段的成果主要有：卫片选线报告、方案比选、路径优化和排位成果、经济指标统计、正射影像路径图和站址图，多种专题图等。

1.2 初步设计阶段

初步设计阶段的主要工作内容：

⑴ 初步设计选线：对可研路径进行航空摄影，结合外控调绘与基础信息，建立可视化选线平台，配合中标设计单位进行初设选线，提高线路成立的可靠性，并辅助设计单位进行工程量统计和协议办理，支持初步设计招投标工作。

⑵ 初步设计评审：利用前期影像数据和设计资料建立初步设计评审平台，辅助专家综合直观的评判线路初步设计方案，并建立标准化和数字化的评审资料档案库，快速检索查询评审工程的各种相关信息。

图2 前期工作流程

图3 初步设计工作流程示意图

该阶段成果主要有：招投标选线成果及报告、初设选线成果及报告、数字沙盘、资料档案数据库(包括初步设计资料、工程量、主要经济指标，专题信息、各个阶段专家评审意见和会议纪要等)。

1.3 施工图设计阶段

施工图设计阶段主要工作内容：

⑴ 平台建立：组织航空摄影，利用数字影像、外控调绘资料建立三维立体模型，结合工程资料搭建路径优化平台。该平台具有优化排位、选线和数据统计等丰富的功能。

⑵ 路径优化：依据路径选择原则与工程特点，综合考虑地形、地貌、房屋、村庄、厂矿、林区、农田、河流、重要交叉跨越地物、气象、交通、规划区等多种因素，利用快速扫描断面和电子模板排位进行多方案比选，辅助室内快速路径优化，落实每一基塔位，实现“线中有位”、“以位正线”的效果。

⑶ 工程量统计：对各种重要地物跨越量进行统计，对工程建设的本体投资和通道清理工程量进行估算。

该阶段成果主要有：数字影像、空中三角测量成果、转角坐标成果、正射影像路径图、经济指标统计、优化报告等。

图4 路径优化流程图

1.4 施工阶段

施工阶段主要应用有：

⑴ 辅助施工招投标：利用前期影像数据和设计资料，为施工招投标为招标单位提供统一标准的评标平台，结合多种专题数据，根据真实比例模拟全线交叉跨越三维场景，为投标单位提供用以线路调查的有力工具。房屋拆迁招投标量矢量化，使施工单位便捷掌握房屋拆迁信息，合理预算拆迁补偿。三维可视化交互操作，可在室内辅助完成施工方案组织，减少人力和时间成本投入。

⑵ 电子交桩：利用“数字沙盘”和虚拟化的电子桩位进行交桩，不改变现有勘测设计工作流程，施工单位使用GPS设备进行桩位复测，可避免抢栽、抢种等现象，减少通道清理纠纷、桩位丢失等问题，降低通道清理费用。

⑶ 辅助施工过程精益化管控：线路施工过程涉及设计、施工、监理、监造等多家参建单位。利用平台可以跟踪工程施工进度，综合管理各单位的信息，提供图纸、供货、施工进度管理，以精益化的单基塔管理为基础，充分落实从塔图生产、基础、组塔、架线等各施工阶段的计划汇总、信息上报、预测预警、异常分析，便于发现、协调、解决问题，实现施工过程精细化管理，使全线施工始终处于可控、在控、能控的状态。

本阶段成果主要有：影像数据、杆塔信息、施工设计数据、施工进度过程数据、施工平台软件等。

图5 施工阶段应用海拉瓦技术工作内容

1.5 海拉瓦技术在变电站、换流站中的应用

海拉瓦技术应用于变电站和换流站的站址优化，根据推荐站点位置进行区域网航空摄影，建立站址优化平台，协助多专业进行室内优化选址，综合考虑各种因素，按照站址布置要求，进行土石方量计算、土石方平衡、电子标高确定和大比例尺数字化地形图量测，为选择经济合理的站址方案和出线规划提供丰富详细的基础资料，减少劳动强度，提高劳动生产率。工作内容主要如下：

⑴ 平台建立：对规划站址区域进行航空摄影，利用数字影像、外控调绘资料建立三维立体模型，建立站址优化平台。

⑵ 站址优化：根据站址选择原则，结合工程特点，综合考虑各种地物、地貌、交叉跨越等因素，利用自动土石方计算和标高确定进行多方案比选和站址地形图量测，辅助室内快速选择站址方案和出线规划。

⑶ 工程量统计：对房屋、电力线、通讯线、道路、河流等重要地物跨越量和拆迁量的进行统计。

图6 站址优化工作流程

主要成果有：数字影像、空中三角测量成果、站址布置影像图、房屋、电力线和农田面积的统计、1∶1000数字化地形图、站址优化报告等。

2 海拉瓦技术辅助电网智能设计

三维智能设计实现选线、排位、定位的数字智能化，并可实现三维显示，任意二维平面出图等工作。它具有强大的数据分析和数据处理功能，动态修改设计相关参数，模拟各类复杂气象条件和各种不利工况等环境，实时分析导线、金具、杆塔和基础等组件在实时工况下各自安全性能参数变化，并通过三维图景动态显示送电线路的运行状态，对其状态进行分析，输出预警和预测信息等。

应用海拉瓦技术实现三维智能设计，将取代二维设计，使设计成果成品更加直观，更真实，方便施工和运行维护，智能化增强了设计成品的可靠性，节省了大量的人力、物力、财力，并为智能电网的建设打下坚实的基础。

3 应用海拉瓦技术实现电子化移交

传统的资料移交方式，在电网工程建设、管理、运营过程中以传统方式进行数据、信息、资料的移交，工作量大、持续时间长、查询使用不便，不能很好的满足“两型三新”、“三节约”的基本要求,易造成移交资料内容的不全面，是工程建设的信息化、智能化水平提高的障碍。

统一坚强智能电网对工程建设提出了统一规划、统一标准、统一建设的新要求，其中统一标准要求在工程建设中，各平台、软件按照统一的标准实施进行，保证信息的重用以及软件互操作性；统一建设要求开展工程建设的信息化工作时，数据的采集整理按照统一的安排与管理，避免重复工作和资源浪费，实现信息资料的重利用和共享。电网建设各阶段电子化移交的主要数据内容见图7。

电子化移交是电网建设从可研、设计、施工直至生产运行阶段的移交流程，是各阶段信息互通的专项通道。按照固定的流程，将基建过程中逐步构建的数字档案向运行阶段快速移交，实现基建为生产服务的目的。

图7 电网建设电子化移交流程图

采用电子化移交方式可实现电网工程建设的全过程数字化，确保信息移交的深度与广度，实现统一信息平台和数据规约。

电子化移交，对数据实现了从前期、设计、施工、运行的全程监控，更加便于进行数据的安全保密。数据的标准化，保证了各种数据在工程各阶段的应用，是数据兼容性的体现。

电子化移交，以标准化、数据全程化为主导，以节约各种资源、降低工程建设成本为最终目的，呼应了智能电网的建设目标。

4 深化应用海拉瓦技术的成果及效益

4.1 技术创新

⑴ 基于高分辨率、强时效性的航摄影像和卫星影像，结合多专题数据，建立信息化工作平台，利用全数字化的工作方式，对路径通道走廊进行三维全景真实展现，使基建设计和管理工作更加直观、可视、便捷，高效，提高基建工作的可行性与准确性。

⑵ 建立集约化的初步设计评审平台，利用全数字摄影测量技术、GPS技术、遥感技术和三维可视化技术再现现场环境，辅助初步设计工作提供统一、全面、详实、准确的设计数据和工作平台，促进设计单位在招投标阶段就开始进行路径优化和造价控制的生动局面，辅助实现设计精益化。

⑶ 创新的“室内施工线路调查”方式，辅助施工招投标和施工方案制定。

⑷ 创新应用“施工精益化管控”模式，辅助工程建设管理水平和效率提升。

⑸ 创新地实现施工通道数据直观化，提供施工通道纠纷解决辅助依据。

⑹ 创新的数字化档案电子化移交，降低基建信息化建设成本，辅助提升工程档案管理水平；充分体现基建为运行服务的思路。

⑺ 创新的电网建设全过程信息化应用，为智能电网建设提供数据基础。

4.2 技术应用范围

项目组对海拉瓦技术在以下不同等级和规模的电网和电源点建设中的深化应用进行了研究：

⑴ 特高压电网工程和大型跨区电网工程，包括交流1000kV和直流±800kV工程；

⑵ 330kV等级及以上、线路长度一般为50km以上的超高压输电线路，包括部分线路长度50km以下但是走廊地形复杂的超高压输电线路；

⑶ 线路较复杂、通道走廊紧张和线路较为集中的110kV～220kV等级范围的重点输电线路工程，比如电气化铁路110kV输电线路工程，220kV环网输电线路工程；

⑷ 变电(换流)站区域工程，如大型核电站、水电站等。

结合工作实例，综合考虑工作效益和费用等多方因素，得出结论：

①对于上述工程范围，可在初步设计、施工图设计及施工建设阶段深化应用海拉瓦技术，并进行成果的电子化移交。

②对于330kV及以上线路，除上述应用外，建议在前期可研阶段也进行海拉瓦技术的深化应用。

4.3 取费标准研究

本研究项目中的取费测算工作，主要根据各个应用阶段的实际工作内容开展，参照国家发展计划委员会、建设部发布的《工程勘察设计收费标准》(2002年修订本)和中国民航总局下发的《关于调整通用航空收费标准和办法的通知》(民航总局发[1994]第30号)进行研究。

该部分研究通过中电联等单位的专家组联合评审，一致认为海拉瓦技术深化应用费用测算依据充足，方法合理，结果科学可信。同时，考虑到该技术已在工程中成熟使用，建议在合适的时候，将该技术应用和取费标准列入电网工程基建工作相关预规文件中。

4.4 工程实例与效益分析

向家坝-上海±800kV特高压直流输电线路工程创造了电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远等18项世界记录，是具有重大社会效益和经济效益的创新工程。线路工程全长近2000km，途径8省市，建设规模大，技术要求高，建设条件极为复杂。工程以“大建设”理念为引导，在工程的建设过程中通过创优策划和实施，深化应用海拉瓦技术，取得显著效益，仅用11个月就完成全线施工，挑战了同类工程施工进度极限。

⑴ 利用卫星影像与设计院提供路径进行大方案比选，最终选择大北方案，综合考虑了路径沿线风景区、规划区、房屋密集区、交叉跨越等诸多因素，辅助资源节约型、环境友好型输电线路工程的实施，并减少长度约69km。

图9 大方案比选路径图

⑵ 对溪洛渡向家坝水电站地区进行区域航空摄影，利用区域集约化设计与整体航飞，辅助站址优化选择，实现精益化设计。

⑶ 对全线进行航空摄影，结合外控调绘资料建立路径优化和初步设计评审平台，采用可研初设一体化招标，避免当前可研单位工作深度不够，导致初设工程造价超可研的问题。辅助17家设计院完成专家评审和投标工作，提高了线路成立的可靠性，加深了初步设计深度。平台准确、直观，提供多种设计辅助工具、多样的基础数据和工作平台，辅助设计单位在室内完成全局宏观的优化选线。与可研路径比较，缩短路径长度约96km，节约本体投资33600万元，约占总本体造价的4.8%。

图10 优化路径实例—避让房屋

⑷ 工程采用三维可视化的辅助施工招投标系统，以“室内施工线路调查”的方式，替代传统野外调查模式，显著缩短施工招投标工作时间，使传统需要带人带车到现场一周的工作量缩短到室内2h～3h即可完成。使施工投标单位提供的工程量更加准确，加强了施工招投标管理工作的力度。

图11 施工管理平台界面

利用前期海拉瓦数据建立向上线三维施工管理平台，辅助施工方案设计和施工过程精细化管控，以“单基塔精益化管控”为目标，有力支撑施工里程碑计划完成，跟随现场施工开展精益化管理应用，为线路工程提供本地化的实时现场施工信息服务，提高了工程建设管理水平和效率。

图12 施工、供货，计划层层比对，进度实时监控

工程以三维可视化平台为基础，整合建设各阶段的“数字化档案”，在实体线路工程建设完成时，同步完成数字化线路的建设。并以创新的档案管理模式，丰富了档案信息量，辅助工程档案管理水平的提高。实现了全过程电子化移交。

该模式可将单基杆塔三维与地形地貌数据、设计图纸等资料合为一体，随实体工程及工程竣工图纸一起移交至运行单位，充分体现基建为运行服务的思路。

图13 数字化档案

在向家坝-上海±800kV特高压直流输电线路工程建设过程中深化应用海拉瓦技术，取得了良好的社会、经济、环保效益，有效地辅助了工程建设水平和管理效率的提升，综合节约投资近10亿，为建设创新工程和创造线路施工奇迹贡献了一份力量。

6 总结

海拉瓦技术在电网建设全过程的深化应用，利用信息化的手段，辅助实现对基建全过程实施更加全面深层的造价、质量、技术、安全、经济等方面管控，辅助提升基建标准化管理和信息化水平。下一步可继续对辅助设计招投标管理、智能设计、设计评审数据库的建设、施工通道清理(拆迁)管理、施工现场监理信息化等方面做进一步的研究探索。

此外，为了提高电网建设工作的信息一体化和数据共享再利用，也可对该技术的应用范围做进一步拓展，继续进行前后延伸，从电网源头的规划开始，直至电网生产运行阶段。规划阶段可收集全面、丰富的规划基础数据建立规划数据工作平台，为国家政府级规划等高端咨询用户提供数据支撑和技术服务，并辅助规划设计人员进行线规划方案设计。生产运行阶段可利用基建阶段积累的数据和电子化移交成果，为电网运行状态监测中心提供统一的数据及展示支持平台，通过与在线监测、多级生产管理系统、调度系统接口等集成，辅助实现运行状态化，通过促进相关工作的标准化和流程化，服务于电网生产运行。

通过对电网建设全过程深化应用海拉瓦技术的研究和工程实践表明：该技术能够基本满足统一坚强智能电网建设的“勘测数字化、设计可视化、移交电子化、信息标准化、运行状态化和应用网络化”要求。该技术的深化应用可提高电网工程建设的信息化和标准化水平，具有广泛的推广价值。

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