三维数字化仿真技术在电缆通道建设管理中的应用

邢昆　 赵立刚　 李利军　 郭涛　 裴兴毅　 杨博超

摘 要：当前电力工业正处在机遇与挑战并存的发展时期，智能电网的发展对电力管理系统提出了更新、更高的要求。为解决电缆通道人工建模工作效率低、工作量大，成本高的问题，本文应用计算机机三维自动建模仿真的技术，自动生成各类电缆通道模型，各种不同类型通道衔接自然，仿真程度高，极大地解决了信息管理三维可视化与人工建模工作量大难以匹配的问题。

关键词：电力工业；智能电网；计算机三维技术

1 概况

随着地理信息技术和三维建模、仿真技术的发展，基于地理信息的三维图像呈现给管网管理带来极大的直观性和便利性。推行电缆通道地理信息管理、电缆通道结构及内部电缆设备三维数字化仿真，不仅是设计企业自身发展需求，更是智能电网建设迫切要求，是关乎国家电网发展的大事。

在以往的电缆通道工程建设中，由于不同建设阶段由不同职能部门负责，各部门管理方法和理念各不相同，没有统一标准和规则。所以从来没有过哪个数据库可以贯通整个工程，数据在一个阶段传递给下一个阶段基本都需要人工分类，筛选，记录，分析再使用。在建设周期中存在有大量的数据冗余、重复和错误，造成了大量人力、物力的浪费。通过使用GIS地理信息技术建立的管网信息管理系统，仅使用平面绘图技术，较之以前的人工绘图和CAD辅助绘图已经有了极大的技术进步，但平面视图仍具有一定的局限性。三维数字化仿真以面向对象的思路，将信息赋予以三维空间信息或多维对象，使信息贯穿工程项目的全生命周期。三维数字化仿真内容不仅包括建立逼真的三维模型，进行设计阶段的合理性检查，提高设计质量，更为设计，施工，运行维护管理各阶段提供详细的数据支撑，提高工程项目的整体建设效益。

2 电缆通道地理信息管理系统的设计应用

目前各类电缆通道三维应用基本上以人工建模，三维展示应用为主，为解决人工建模工作效率低、工作量大，成本高的问题，本文设计应用了一种基于电缆井生成电缆通道路径以及根据电缆通道路径GIS数据、规格类型数据、台账信息数据和电缆敷设记录数据作为三维模型的基准参数，利用分段样条插值和曲线平滑算法自动生成各类电缆通道模型，各种不同类型通道衔接自然，仿真程度高，极大地解决了信息管理三维可视化与人工建模工作量大难以匹配的问题。

电缆通道三维建模示意图

在工程项目中，在电缆通道信息管理系统中，集成三维引擎，利用电缆通道信息管理系统中的通道及通道内设施/设备信息，结合电缆通道三维建模算法，通过采用三维数字化自动建模手段，创建整个通道不同类型管网设施的三维模型，实现电缆通道的三维模型智能生成，自动生成的三维模型具体内容包括通道结构三维仿真和通道内敷设的电缆线路三维仿真两部分。

2.1 通道结构三维仿真

顶管支架三维仿真图 排管保护管三维仿真图

2.2 通道内敷设的电缆线路三维仿真

电缆顶管线路敷设三维仿真图 排管线路敷设三维仿真图

在电缆通道地理信息数据基础上，通过嵌入三维仿真引擎，进行动态电缆通道三维模型实体的计算机自动生成；还可以对电缆规划敷设仿真漫游进行视距检查范围，确保设计与项目现有情况一致，规划及预留合理，保证后期施工的顺利进行。

在整个系统的三维仿真应用中，无需通过外部三维设计软件进行人工三维建模工作，电缆通道三维自动建模仿真，避免了需人工建模的巨大工作量的投入，极大的节省了使用三维仿真的时间，单条电缆通道，常规人工建模所需的几周的时间，现在通过自动建模仿真，只需几秒到几十秒的计算机运算和渲染时间，在提高工作效率的同时，减少了人工投入，有效地降低了系统实施和使用成本。

3 三维数字化仿真技术的应用价值

三维数字化仿真，与传统二维设计相比，能通过建立三维信息模型直观地反映出电缆通道结构、内部装置和构筑物的空间信息。通过对信息模型的数据提取，为工程全生命周期更好的提供服务，提升了设计的综合价值。应用计算机三维自动建模仿真的技术，通过基于电缆井生成电缆通道路径以及根据电缆通道路径GIS数据、规格类型数据、台账信息数据和电缆规划/敷设记录数据作为三维模型的基准参数，利用分段样条插值和曲线平滑算法自动生成各类电缆通道模型，各种不同类型通道衔接自然，仿真程度高，极大地解决了信息管理三维可视化与人工建模工作量大难以匹配的问题。

基于同样的数字化设计架构，各专业间能有效开展协同设计工作。集成多专业数据，数据共；通过协同优化设计流程，简化设计步骤；采用專业设计数据驱动，实现设计过程自动化，完善标准化设计体系，实现设计过程标准化。提高设计质量，提高设计效率。GIS地理图形和三维可视化手段增强了用户设计成果的直观感受，所见即所得的模式能及时发现设计上面的缺陷，及时纠正设计中的问题，避免传统设计在脑海中构建三维立体场景。三维可视化的手段能较好地完成布置和空间占用冲突检查工作。颠覆以往把设计资料以图纸形式移交给下一道工序方的方式，转变成以数字化模型（二维或者三维）为介质移交给下一方，可视化的数字化模型明确地表现了设计的内容，所见即所得的表现形式减少了图纸的解译和误差，为优化设计方案，提高设计质量起到积极有效的作用。