3D 建模与3D 打印技术在输电线路中的应用

创新者：高 婧

由于输电线路通道日益增加，在线路验收与运维中，运维单位逐步发现钢管杆附件的设置存在很多问题。例如钢管杆横担的扶手，不同的生产厂家设置的扶手型式和尺寸差异很大，除了扶手问题，钢管杆还存在爬梯设置位置和间距不合理等附件问题。本文将着重介绍如何利用3D 建模与3D 打印技术来解决这些问题，以满足输电线路安装和运维的需要。

由于输电线路通道日益紧张，在新建和改造工程中越来越多地采用占地较少的钢管杆，钢管杆在所辖线路中所占比重也在逐渐增大。在线路验收与运维中，运维单位逐步发现钢管杆附件的设置存在很多问题。例如钢管杆横担的扶手，不同的生产厂家设置的扶手型式和尺寸差异很大，有的只在横担上设置几个类似门把手的抓手，有的扶手水平间距很小不便于抓握，有的扶手设置成水平形式，作业人员只能爬着在横担上前进。除了扶手问题，钢管杆还存在爬梯设置位置和间距不合理，杆号牌、相序牌、警示牌等标识牌的挂点设置问题，防鸟刺安装支座等附件问题。上述这些问题给施工、检修、验收人员带来很大安全隐患，同时给输电线路标准化建设工作带来很大不利影响。

为解决上述问题，规范输电线路钢管杆附件的设置，需要制定出钢管杆附件的设置标准。同时为了缩短标准的制定周期，使钢管杆附件的设置更加合理，利用3D 建模技术，以满春-习岗π 入友爱变110kV 线路工程的电缆终端塔为原型，按照钢管杆加工图建立了钢管杆的3D数字模型。通过此模型，可以将钢管杆附件设置标准真实地在3D 模型中再现，以研究标准的合理性和可行性。在需要时，可以将3D 模型的局部利用3D 打印技术生成实体模型。

实施方案

准备杆塔加工图纸

以典型的杆塔作为模型的原型，在档案室找到杆塔的详细加工图纸，仔细阅读并熟悉图纸，做好建模前的准备。

安装3D 建模软件

安装AutoCAD 或其他建模软件。

根据图纸建立3D 模型

根据杆塔部件的详细加工图，在AutoCAD 中建立部件的3D 模型，在模型空间中组装杆塔部件，形成完整的3D 杆塔模型。

利用3D 打印技术打印模型

杆塔的3D 模型建好后，可以根据需要将杆塔的局部或部件用AutoCAD 的输出功能生成模型的“.stl”文件。将“.stl”文件交给提供3D 打印服务的公司打印出模型。

实施步骤与主要做法

准备杆塔加工图纸

以2013 年某供电公司双回路钢管杆为模型，准备杆塔的加工图纸。

安装3D 建模软件

安装AutoCAD 2012 版。

根据图纸建立3D 模型

建立杆塔各部件的3D 模型。

在模型空间中组装杆塔部件，形成完整的3D 杆塔模型。

实施后产生的效果及应用前景

应用效果

图1 第一段钢管模型

图2 第一段下部法兰盘模型

图3 地线横担模型

图4 上相横担模型

图5 钢管杆3D 线框模型

图6 塔头效果图

图7 角钢塔标识牌夹具图纸

钢管杆3D 模型建好后，可以任意角度、距离观察3D 模型效果，也可对任意一个零件拆卸。

生产工作中起到的作用

可以直观地表现出线路杆塔，研究钢管杆附件设置是否合理，制定输电线路标识安装、涂刷标准时，可方便地展示出安装、涂刷后的效果，缩短了研制周期。

进行输电线路教学培训时，利用已有的杆塔3D 模型，直观明了地讲授输电线路相关知识，提高了培训效果。

检修工作开始前，对照杆塔3D 模型交待工作中的危险点和注意事项，使检修人员对危险点更加清楚。

对杆塔进行局部改造或加装附属装置，可在3D 模型中进行设计，并可在模型中方便地测量出改造或加装后安全距离是否满足要求。

在日常工作中设计的工器具或安装标识牌用的夹具，在3D 模型中进行模拟验证。

图8 角钢塔标识牌夹具3D 数字模型图

图9 角钢塔标识牌夹具3D 打印实体照片

对于设计好的工器具或夹具，用3D 打印机将其打印成实体模型，用于实体验证。此次以国家电网公司下发的《架空输电线路标识》标准中角钢塔标识牌夹具为原型，建立3D 模型，并用3D 打印机打成实体。

推广应用前景

目前桌面级的3D 打印机价格已相对较低，每台大约在4000 至8000 元，价格已经能够接受。利用AutoCAD 建立的模型可以方便地输出为可供3D 打印的模型文件。在输电线路日常运维工作中或QC 小组活动中，用3D 建模技术设计出工器具的数字模型，可很方便地打印出实体模型，以便于试验验证。不仅在输电线路方面，变电、配电专业也可利用3D 建模与3D 打印技术进行教学培训、工器具设计、检修改造方案制定等。

总结

此成果目前已应用在输电线路杆塔附件标准的制定和标识牌夹具设计，取得了较好的效果，以后将在其他方面深化应用。