输电线路张力架线施工计算仿真软件开发

王杰

摘 要：张力架线施工由一整套施工工艺构成，主要包括放线引绳的展放、张力放线、导地线压接、锚线、紧线、耐张塔平衡挂线、耐张塔跳线安装、附件安装等。该文主要根据目前我国超、特高压架空输电线路放线施工现状及辅助软件的实际情况，对贴合工程实际的输电线路张力架线施工计算及动态仿真系统的软件架构进行了分析，提出了软件实现的框架，给出了软件计算模块的计算原理，并基于C++和AutoCAD的二次开发实现了软件开发。

关键词：输电线路 架线施工 计算软件开发

中图分类号：TM752 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（b）-0035-03

1 软件结构概述

根据工程需要将软件实现过程分为工程管理、文件处理模块、张力参数计算模块和动态仿真模块。工程管理模块实现对整个工程项目的管理，要求能新建工程和打开工程；文件处理功能主要针对DWG型文件，实现工程DWG文件中绘图比例设定，完成标注的DWG文件可进行校正及能够实现计算结果的标注；数据提取功能主要是实现计算模块中一些初始数据的提取，其中实现的必需功能包含从DWG文件中提取杆塔坐标和在DWG文件中选取危险点并能够设定相对净空距离；张力计算功能包含整个放线计算过程的相关计算（包含数据读取、曲线绘制和表格生成等）；连续上下山的放线过程的动态显示。

2 开发工具

输电线路张力放线计算机仿真软件是基于AutoCAD二次开发平台产生的，利用VC++与ObjectARX编译软件相互配合、相互调用，从而完成仿真和受力分析。ObjectARX作为AutoCAD面向对象提供的二次开发工具。它在C++环境下设计应用程序接口，扩展AutoCAD的功能。同时兼备AutoCAD应用程序开发、创立以及内置AutoCAD命令模式相同的新命令、扩展AutoCAD类和方法及协议的使用等特点。

3 张力放线动态仿真实现

张力放线动态仿真主要类有如下几方面。

（1）tlModel类，用于维护牵放文档模型的管理类，它又具备如下功能：①是系统运行的枢纽，实现模块内部类的实例之间的数据传递，如，维护放线档列表、提供信息列表、调用求解引擎、设置图形的颜色、调用数据库等；②与视图进行对接，组织起各种具体的各项功能操作任务，如，初始化、计算、校核、绘制和动画各帧计算等；③实现对模型的存取，导出Excel结果工程表单。

（2）tlEngine类，求解引擎接口类，用抽象类实现，定义了初始化、非线性方程组的steffensen数值求解方法、根据危险点求解张力机制张力、连续上下山的计算、水平张力与挂点张力之间的换算、弧垂计算、张力机到各档张力的计算、滑车的3种校核（上场校核、垂直载荷校核、包角校核等）。tlEngine类由两个派生类实现不同的求解，tlCatenaryEngine类是基于悬链方程的求解类，因此求解精度更高。但当系统模型复杂、规模庞大时，会影响求解运行的速度。tlParabolaEngine类是基于抛物线方程的求解类，求解精度相对较低，但已经能够满足绝大多数工程应用。

（3）tlSegment类，放线档类，维护由用户交互输入的放线档数据，包括档号、两侧挂点、档距、档高差、挂点张力和水平张力等，并包含了一个危险点类的实例。危险点可以是无定义、危险点定义和水平线定义3种类型。危险点和水平线共用point数据描述，加上clearance描述净空距离。

（4）tlBalloon类，为提示信息类，用于显示滑车的校核结果、放线档计算结果信息（如弧垂、水平张力）、挂具差等信息。

（5）tlLibrary类，为数据库接口类，它访问数据库，并实现对导引线、牵引绳、导线、地线、光缆、滑车等数据表内各条数据记录的增加/删除/修改/查询等操作。

（6）tlPalette类，主要实现两个功能：①各个实现的图形对象和文字对象的颜色数据的维护；②辅助信息图层的数据。

4 软件界面实现

软件实现的主界面，工具栏中含有【文件】、【放线计算】、【连续上下山】、【弧垂观测】、【计算成果】、【数据库】、【视图】、【帮助】等选项。在菜单栏下面提供了几种典型操作的快捷方式，如，项目新建、文件打开、文件保存、放线计算等。

文件菜单下包含常见的文件操作，实现对已有的张力放线计算进行保存、查看、修改和牵放过程的动画演示。基本的张力放线过程分为3个步骤，如图1所示：（1）张力放线向导；（2）放线档数据采集；（3）计算参数设定并计算。

在软件启动后，选择“放线计算”，系统出现张力放线的设置向导。通过设置向导完成对数据源、牵放参数和牵放对象的设置。

（1）数据源设置。

数据源设置如图2所示。数据源有两种：一种是放线档表格，使用者可以指定用Excel记录的放线档档距、高差等数据来实现数据的自动录入；另一种是完成向导后，系统自动启动AutoCAD，使用者在AutoCAD环境中采集已有DWG文件中的挂点和危险点，来实现数据的录入。对于DWG文件，除了指定放线档数据的来源之外，用户还可以指定DWG文件中断面图的X和Y轴的缩放比例。

（2）牵放参数设置。

牵放参数设置如图3所示。牵放参数包括牵放方向和牵引的对象选择。虽然大多数情况下，都是张力机在左侧，牵引机在右侧进行牵放的。但也有少数场合是牵引机在左侧，张力机在右侧。软件提供了两种方式。

软件提供了4种牵引方式，包括导引绳牵牵引绳、牵引绳牵导线、牵引绳牵地线、牵引绳牵光缆。每一次张力放线的模型只针对一种牵引方式。

（3）牵放对象设置。

在设定了牵放方式后，系统将针对牵放方式的类型，设置对应的牵放对象参数。以图4所示為例，在上一步选择了“牵引绳牵导线”的方式后，在这一步，将出现牵引绳和导线的参数对话框。

牵引绳的参数包括名称、截面积、单位长度自重、许用张力等。导线包括名称、截面积、单位长度自重、弹性模量及导线根数等。光缆、地线的参数和牵绳的参数基本相同。使用者可选择采取新参数，也可点击“型号库”按键，进入数据库中选择已有的线绳型号，这样就大大简化了录入过程。图5所示为连续上下山计算的过程，通过选择开始段和结束段及导线类型和水平安装应力要求值，实现对上下山放线过程的计算。

弧垂观测提供了3种计算方式，即档端法、档内法和档外法。通过点击对应方法名称，则进入相应的观测计算，输入对应的参数，计算弧垂观测值。

计算结果分为两类，为方便操作，软件提供了直接通过点击计算成果菜单下面的“Excel文件”查阅计算结果和“动画”观看动态仿真结果的方式。

5 结语

该文主要介绍了软件的开发原则及开发工具，并给出了数据库的选择，给出了张力放线动态仿真的实现数据类。软件实现后，几个主要界面分别实现不同的操作，软件界面具有Windows风格，并且每一步都做了输入向导，简化了输入的步骤，提高了软件的可用性。

参考文献

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